文獻回顧

廣義的崩塌泛指地表經風化作用而破碎的岩屑及土壤，在重力的影響 下，向下運動的各種作用(藤原明敏，1970、1979；渡正亮、小橋澄治 1978、

1987；陳信雄，1995；申潤植，1989)。一般山坡地、丘陵地或台地，其坡

面的一部份，由於土塊失去平衡，向下方或側面移動的現象，皆稱為崩塌。

崩塌的型式依其移動方式可分為墜落(fall)、傾翻(topple)、滑動(slide)、側滑 (spread)與流動(flow)五種，地震或豪雨所造成之崩塌大多以淺層滑動為主。

導致崩塌發生崩塌之因素主要為人為或自然因素，如降雨、地震、人為開 發擾動等。

Dai et al. (2002)提出影響坡地崩塌之因素可概分為兩大類，即潛在因子 (preparatory variables)與驅動因子(triggering variables)。潛在因子使邊坡在現 實條件下處於易崩之狀態，包含土壤強度、地下水分布、植被狀況、坡度、

邊坡幾何以及風化情形等水文、地文與地質條件；而驅動因子則使處於臨 界狀態之邊坡開始發生崩塌，例如降雨或地震等，其中又以降雨所引發邊 坡破壞為台灣較常見之崩塌災害。然而從力學機制的觀點分析，坡地中剪 應力增加與抗剪強度減小，均是發生崩塌之主要因素。因此，如以力學模 式探討降雨引致淺層坡地崩塌，須從降雨期間坡地中孔隙水壓變化，引致 剪應力增加或抗剪強度減小方面著手。

在崩塌預測分析方面，根據van Western et al. (1997)整理相關研究後，

可將分析方法概分為三種方法，(a)經驗法(heuristic)；(b)統計法(statistical)；

(c)物理基礎模式法(the physically-based model)或定率模擬法(deterministic) 等三大類。各方法分項說明如下：

經驗法

經驗法係指依據專家自身專業經驗，利用研究區域過去之崩塌資料建 構邊坡崩塌可能性與潛在因素間之直接關係，所考慮之潛在因素常因研究 者不同而有差異，而直接關係可能為簡易之圖表區分何種潛在因素之組合 會使坡地處於不穩定之狀態，亦可能是簡單之代數式描述潛在因素與崩塌 發生之關係，常見有打荻氏公式(打荻珠男，1971)、power law 公式及降雨 崩塌門檻值(threshold)公式等。在國內相關研究方面，謝正倫(2002)採用打

荻氏公式，估算霧社水庫集水區之土砂產量，並參考日本在集水區治理規 劃上之經驗，推估因一場暴雨造成崩塌地土砂產量；陳樹群(2004)利用篩選 崩塌相關因子並給予各因子評分及權重之方式，依環境影響評估坡地是否 會產生崩塌。雖然打荻氏公式、power law 公式及降雨崩塌門檻值法可以簡 單地應用於評估降雨引發之坡地淺崩塌，但是較無法完整地說明降雨引發 坡地淺崩塌之物理機制。另外，經驗法所得之結果可能具有地區性之限制，

或可能受人為評估因素之影響。

統計法

統計法法係藉由歷年坡地崩塌資料庫之建立，包括航照圖判釋與現址 調查之詳細記錄與相關資料等，研判分析區域坡地發生崩塌之密度與頻率，

利用統計學之概念，例如多變量分析法、模糊理論、類神經網路或貝氏分析 (Bayesian)等，針對過去曾經崩塌之邊坡，探討發生崩塌當下影響因素之組合，以 建立同經驗法類似之邊坡穩定分析公式，而此公式即可用於尚未發生崩塌但與已 崩塌邊坡具有類似條件之地區，相關之研究包含 Carrara (1988)、Carrara et al.

(1992)、Lee and Choi (2004)、Ermini et al. (2005)以及 Wang et al. (2009)等。統計 法主要依據客觀之統計理論，因此其分析成果具有重現性，然此方法主要缺點在 於其泛用性可能受限，當影響因素發生變化時(土地利用改變、氣候變遷或不同分 析區域)，過去之分析成果將可能失去代表性；此外，對於降雨引致之崩塌而言，

因調查資料通常缺乏實際發生崩塌之時間，因此統計法並不能預測邊坡在一場降 雨事件時可能發生崩塌之時刻，而對於崩塌災害預警而言，崩塌發生時刻卻是最 重要之決策項目。

物理基礎模式法

物理基礎模式法乃是以嚴謹的力學概念為基礎，探討坡地崩塌之現象，

分析方法依據塊體破壞面型態，可分為平面或圓弧的破壞面，參照邊坡穩 定理論架構，以莫爾-庫倫破壞準則(Mohr-Coulomb failure criterion)建立破壞

面剪應力與剪力強度關係，並依據土體的抗剪力與驅動力分析其穩定性。

其後，學者將地下水孔隙壓力運算代入邊坡穩定分析，藉以分析降雨引致 破壞行為，Montgomery and Dietrich (1994)首先依據穩態地下水變化(Steady water table)結合坡地崩塌理論進行坡地崩塌潛勢之估算，Iverson(2000)假設 土 壤 入 滲 能 力(infiltration capacity) 等 於 飽 和 水 力 傳 導 係 數 (saturated hydraulic conductivity)，利用近似飽和理查氏方程式之簡單解析解，計算不 考慮超滲降雨作用下斜坡之地下水入滲，並利用無限邊坡穩定分析，模擬 地下水上升引致飽和層坡地淺崩塌。Iverson (2000) 與 Baum et al. (2002)結 合 無 限 邊 坡 穩 定 分 析(infinite slope stability analysis) 及 地 下 水 文 模 擬 (hydrological modeling)，發展 TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration and Grid-based Regional Slope-Stability Analysis)模式。Collins and Znidarcic (2004) 將無限邊坡穩定之臨界關係線建立於入滲濕鋒隨時間下降之壓力水頭與深 度關係圖上，並分別模擬在均勻入滲下，飽和層與未飽和層兩種不同型式 之破壞。Tsai and Yang (2006) [附錄 A] 經由引入非線性地面入滲邊界條件，

修正 TRIGRS 模式中無法考慮窪蓄(ponding)效應所造成降雨入滲量高估及 模擬孔隙水壓過大之不合理現象。Tsai (2008)利用修正 TRIGRS 模式，進行 降雨量、降雨延時及降雨雨型(rainfall pattern)對淺崩塌之影響，以水文觀點 結合物理基礎模式探討引發淺崩塌之降雨門檻值。楊錦釧與蔡東霖(2008) 修正 TRIGRS 模式應用於石門水庫集水區，以一階變異數分析法建構崩塌 風險模式，探討不同降雨量下集水區崩塌潛勢，並評估庫區淤積之風險。

Tsai et al.(2008)進一步求解完整里查氏方程式，探討雨量以及延時對緩坡與 陡坡中飽和層與未飽和層兩種不同型式淺崩塌之影響。Lee and Ho (2009) 應用水文模式估算集水區逕流量下，暴雨引致地下水位上升，評估小集水 區崩塌不穩定度。Tsai and Wang (2011) 利用所發展之一維模式探討雨型對 未飽和坡地淺崩塌之影響。上述一維淺層坡地崩塌模式並不能考量側向邊

界條件與側向水流，Cai and Ugai (2004)利用有限元素法解二維入滲方程式 並結合坡地穩定分析，探討不同土壤參數條件與邊界條件與對坡地崩塌之 影響。Collins and Znidarcic (2004)另應用二維崩塌模式於現場案例。Rahimi

et al. (2011)利用二維模式探討不同前期降雨雨型對坡地崩塌之影響。上述降

雨引發崩塌評估研究皆利用極限平衡法，即不考慮土壤變形下，假設土體 為剛體，分析土體內下滑力與阻抗力是否達平衡，然而亦有多位學者耦合 水流與土體變形作用，使坡地穩定分析理論更加完善，如 Sandhu and Wilson(1969)、Zienkiewicz et al. (1977)、Iverson and Rei(1992)、邱彬晟(2002) 與陳俊傑(2004)等。

相較經驗法與統計法，物理基礎模式法具有通用性與客觀性，不受地 區性限制與人為因素之影響，且能預估崩塌發生之時刻，而上述崩塌分析 研究對於超滲降雨引致地表逕流僅能簡單推估其影響，無法實際利用物理 力學模式計算地表逕流對於地下水入滲與坡地崩塌之影響。物理力學模式 計算地表水流結合地下水流方面研究，過去研究大多應用入滲率以非耦合 方式結合，如Smith and Woolhiser (1971)、Liggett and Dillon (1985)與 Wallach et al. (1997)等；在耦合計算上 Freeze(1972)首先利用渠道水深與入滲率結合 一維渠道水流與三維地下水傳輸，Akan and Yen (1981)利用交替演算結合一 維地表漫地流與二維非飽和地下水傳輸，Bradford and Katopodes (1998)利用 地表水深與入滲率控制疊代誤差，結合二維地表漫地流與二維非飽和地下 水傳輸，Morita and Yen(2002，2004)更進一步結合二維地表漫地流與三維非 飽和地下水傳輸，並探討顯示與隱示有限差分法對地表水以及地下水計算 適用性。上述研究中均說明，降雨過程中地表水對地下水入滲壓力水頭分 佈具有影響，台灣地區因降雨集中於颱風豪雨時期，短延時與高強度降雨 分布下，多數雨水由地表逕流而下，因此，考量降雨逕流造成未飽和入滲 引致之淺層坡地崩塌，乃是一個重要且具實用價值之研究課題。