第五章 水文條件對淺層坡地崩塌之影響
6.2 淺層坡地崩塌模擬之實際應用分析
本研究利用所發展降雨及逕流引致之淺層坡地崩塌模式與降雨引致未 飽 和 坡 地 淺 崩 塌 一 維 模 式[ 附 錄 B] ， 於 台 灣 嘉 義 縣 阿 里 山 道 路 37k+500~40k+100 進行現地應用實例模擬與分析，應用位置如圖 6.3，首先 利用一維模式，獲得區域範圍內不同雨量下可能發生崩塌之區域(崩塌潛勢 區域)，再由所發展之降雨及逕流引致之淺層坡地崩塌模式進行單一坡面模 擬，並且對較易崩塌路段，建立降雨門檻值曲線，可做為現場豪雨時期道 路安全警戒使用。
案例說明
台灣嘉義縣阿里山道路(台 18 線)係通往奮起湖、阿里山與玉山等區域 之重要道路，沿線居民均仰賴該進出與運送農產品及觀光山等區域之重要 道路，過去於寶莉颱風(1992)、賀伯颱風(1996)、桃芝颱風(2001)、納莉颱 風(2001)與敏督利颱風(2004)皆曾經發生邊坡崩塌，總坍塌土石量皆超過 10000m3，於 2009 年 8 月莫拉克颱風來襲時，受颱風引進外圍環流的豪大 雨影響，道路40 多處邊坡崩塌、路基坍滑流失，造成交通中斷，其中約有 8 處較大缺口，受到大規模順向坡滑動或圓弧形滑動嚴重毀損，坍滑位置多
處屬於風化層與崩積層。
模式選用
由第五章可知，不同降雨與逕流條件對淺層坡地崩塌具有影響，本研 究所發展之降雨及逕流引致之淺層坡地崩塌模式，可反應降雨逕流之影響，
然而所採用二維耦合演算方法計算複雜且耗時，勢難以應用於大範圍區域 之運算，而過去已有許多學者，利用一維降雨入滲模擬結合無限邊坡分析，
預測大範圍區域坡地在降雨過程中是否發生崩塌，如Iverson(2000)、Baum et al. (2002)、Tsai et al.(2008)。一維模式相較二維模式(表 6.1)，因無考慮側向 水流與地表水流演算，計算效率較高，能反應降雨引致坡地淺層水平滑動 之情況，雖無法分析地表水之影響與劃分坡面破壞弧面，但可做為區域範 圍內坡面崩塌潛勢初估工具。因此，此處採用Tsai et al.(2008) 所發展之一 維模式[附錄 B]，做為預測區域範圍內坡地在降雨過程中是否發生崩塌之分 析工具，依模擬分析結果，再對特定坡面進行二維模式局部模擬。
雨量資料
歷年雨量資料經由中央氣象局雨量觀測站與水利署水文資訊網蒐集獲 得，根據小公田雨量站所量測資料，圖6.4 為歷年雨量分布，歷年平均雨量 約為3250mm，圖 6.5 為月平均雨量分布，雨量主要集中 5 至 9 月，其中以 8 月份最高。
地形分析
根據內政部 95 年建置 DEM 地形資料(圖 6.6)，經由 ESRI 公司所建置 Arc-Hydro 工具，判釋研究區域坡面[附錄 D]，並根據道路與地形修正分割 區域，坡面判釋分割成果如圖6.7，再根據 DEM 資料計算各坡面平均坡度，
如圖 6.8。坡面判釋相較過去格網式坡面模擬，可大幅縮減模擬坡面數量，
且各坡面具有相同坡向與坡度變異不大等物理意義。
歷史崩塌紀錄
根據過去研究調查資料如表6.2，本區域各路段於颱風時期經常發生崩 塌，另根據公路局資料2013 年潭美颱風(累積雨量 446.5mm) 39k+500 處亦 有發生崩塌之紀錄。
土壤參數
土壤強度參數根據交通部公路總局「莫拉克風災台 18 線 37k+500 ~ 40k+100、59k+100 及 71k+100 附近等三處災害修復工程委託測量、地質探 查與設計」所量得 Gs =2.65， 'c =10 ， '
=23°。保水曲線根據鑽探報告，本區域多為粉土與黏土，且該處屬河川上游，由第四章分析結果可知保水 曲線參數與曼寧係數為低影響輸入因子，相近性質土壤於合理變動範圍內 影響較低，參考 Van(1978)選取保水曲線參數，飽和水力傳導係數 Ks為 25 cm/day，N 為 1.8，
為 0.01，曼寧係數為 0.05。土壤厚度依量測資料給定 平均1~4m，如圖 6.9。初始條件
考慮不同初始條件，土層底部起始壓力水頭分別為0 至-1.5m，各深度 孔隙壓力依深度線性分布給定，利用一維坡地淺崩塌模式，模擬敏督利颱 風 1058mm，比對結果如圖 6.10，圖中分別標記毀損之道路(表 6.2)與安全 係數模擬結果。由結果可知，初始條件為0m 時，模擬結果崩塌範圍較實際 發生路段超出許多，模擬結果 38k+700 至 39k+700 路段發生崩塌，實際情 況有三處發生崩塌，40k+800 亦發生崩塌與實際情況相符，另二處實際崩塌 位置模擬結果安全係數接近1.1；初始條件為-0.5m 時，模擬結果與 0m 時接 近，但安全係數較大，模擬結果亦較實際崩塌範圍廣泛許多；初始條件-1.0m
時模擬結果38k+700 至 39k+500 路段發生崩塌，實際情況有三處發生崩塌，
其他三處實際崩塌位置，雖模擬未發生崩塌，但安全係數接近1.1，整體模 擬崩塌範圍超出實際情況較小，較接近現地崩塌情況，因此以下崩塌模擬 分析皆採用-1.0m 做為初始條件。
崩塌潛勢模擬
本研究利用一維淺崩塌模式，根據地形分析與地質參數條件之設定，
考慮中央型降雨，2 日累積降雨量分別為 100mm、200mm、…至 1000mm 等，圖6.11 至圖 6.20 為各雨量下崩塌潛勢分布圖。由圖中可看出，200mm 累積雨量下，39k+300~39k+400 路段下邊坡較易發生崩塌；300mm 累積雨 量下，39k+200~39k+500 路段下邊坡與 39k+450 處上邊坡較易發生崩塌；
40mm 累積雨量下，39k~39k+500 路段下邊坡與 39k+450 處上邊坡較易發生 崩塌；800mm 累積雨量下 38k+700~39k+500 路段下邊坡、38k+700 處與 39k+450 處上邊坡較易發生崩塌。各雨量下崩塌面積如圖 6.21，其中累積雨 量100mm 至 500mm 崩塌面積增加較多，累積雨量大於 500mm 崩塌面積增 加較少。進一步利用降雨及逕流引致之淺層坡地崩塌模式(二維模式)，對 39k+450 處上邊坡進行崩塌模擬分析，同樣根據地形分析與土壤參數條件之 設定，考慮中央型降雨，2 日累積降雨量分別為 100mm、200mm、…至 500mm 等，圖6.22 為不同雨量下安全係數隨時間變化，圖中安全係數隨時間下降，
其中可知累積降雨量超過400mm，降雨過程中安全係數(FS)低於 1，可能發 生崩塌，圖6.23 為 39k+450 處坡面形狀與模擬崩塌破壞面之位置，其破壞 位置為坡度較陡處。由結果可知，一維模式模擬結果較為保守，即發生崩 塌可能之雨量較低；二維模式則可反映細部地形之變化。
降雨門檻圖建立
利用降雨及逕流引致之淺層坡地崩塌模式，對 39k+450 處上邊坡進行
進行崩塌模擬，同樣根據地形分析與土壤參數條件之設定，考慮均勻降雨，
以及分別考慮上游具有均勻逕流入流量分別為0.00002 m2/s 與 0.0002m2/s，
進一步製作雨量與延時之降雨門檻值曲線，如圖 6.24。由結果可知，未考 慮逕流入流之門檻曲線降雨量低於300mm 即不會發生崩塌，考慮逕流入流 之門檻曲線任何雨量皆具有最低延時門檻值，如圖中坡地降雨量趨近於0，
然而上游持續入流55 小時，亦可能發生崩塌。由圖中亦可知，降雨延時低 於 40 小時，考慮逕流入流亦不會發生崩塌，因此，降雨延時 40 小時可做 為此處降雨延時門檻值。從圖 6.24 亦可了解，如未考量上游逕流入流，可 能會判斷300mm 以下雨量不會發生崩塌，過於樂觀之結論，因此，考慮逕 流後之門檻值曲線可做為更為嚴謹之判斷標準。