堰塞湖的危害形成必須具備致災體(壩體部分),及可能影響到上、
下游地區之受災體,前者是自然動力作用所造成的災害活動;後者是 河道沿岸村里之生命與經濟可能之損失。這兩方面都具備時,堰塞湖 有機會形成危害過程。而這兩方面條件不但決定災害是否發生,而且 決定了成災規模的大小。
堰塞湖潰決所造成具有災害突發性災害(潰壩洪水)及緩慢性災 害(土砂、河道淤積問題)特性。其中,突發性災害活動階段相當短 暫,這類災害的評估主要是天然壩形成後壩體的危險度和潰壩後的對 下游的危害度,以防災減災工作角度,災前危險度與災時之危害度評 估尤為重要,乃為堰塞湖防災的工作和研究重點。至於堰塞湖緩慢性 災害,如土砂、河道淤積問題,屬於後續河道治理計畫所考量,未納 入堰塞湖緊急災害應變之考量,因此本章節之重點在於堰塞湖形成後,
淹水危害度評估方法之建立。
汶川地震後,中國學者發展了一套評估堰塞湖危害度的方法(Cui et al., 2009; Xu et al., 2009; Yin et al., 2009)。該方法係根據堰塞湖壩高、
湖體積以及壩體材料組成進行危害度評估,根據此一方法可將堰塞湖 區分為非常高危害度、高危害度、中等危害度以及低危害度四級。此 一方法之缺點包括:
(1)無法將天然壩破壞可能性高低納入考慮;
(2)壩體組成材料甚為重要,但短時間不易取得;
(3)潰壩之“危害”未直接納入考量。
本計畫建議根據危險度指標(天然壩破壞可能性高低)、及潰壩洪峰 之淹水危害影響來反應潰壩對下游河川之“危害度”,其相關說明見第 一節說明。
根據第參章堰塞湖形成後危險度評估後,天然壩體本身危險度
將影響到堰塞湖危害度評估,其中,堰塞湖形成後,其上游勢必被淹 沒,因此需要有快速評估方法,估算出淹沒區的範圍,如圖 4-1 為上 游淹沒區的短時間與長時間評估方法之流程圖。在時間界定上,以人 員到達堰塞湖,並藉由堰塞湖天然壩緊急調查與危害度初步評估野外 手冊(初稿)進行處理,稱為短時間評估方法,其目的在瞭解上游迴水範 圍與在此範圍內之土地利用情況。而長時間分析主要目的為推估上游 多少降雨量時,可能會發生溢流現象,可藉由降雨逕流、渠流演算得 知。
當堰塞湖形成對下游無立即性危害時,可展開壩體之後續調查與 處理工作,如溢流口降挖、裝設監測儀器、材料組成分析、河道測量 等工作。詳細資料收集完備後,並可進一步進行詳細評估分析,其評 估方法稱之為長時間評估方法,包含潰決最大流量、洪峰到達下游各 村里時間等,如圖 4-2 為堰塞湖發生潰決對下游可能淹水之短時間與 長時間評估方法流程圖。
堰塞湖形成
危害定量分析
危害度評估
危害定性分析
長時間 短時間
堰塞湖處置計畫
河川地籍圖 等高線圖
淹沒區域劃設 水文-水理模擬
庫容體積與降雨 量關係
上游危害度等級判斷 對上游之威脅
圖 4-1 上游淹沒區危害度分析流程圖
堰塞湖形成 危害度(Hazard)定義說明如下:
危害度:一個極端事件或是在特定時間地點外發生的潛在損害
(聯合國人道事務部, UNDHA ,1993)。換言之,具有潛 在破壞力的自然事件、現象或人類活動,可能造成傷亡、
財產損失、社會經濟混亂或環境退化等潛在威脅與隱患
(聯合國國際減災策略委員會, ISDR, 2002)。水利署
(2010)「脆弱度及風險地圖分析方法之研究」對淹水危 害度係指淹水過程中諸多可能造成危險之因子總合指 標,如淹水深度、漫地流流速、淹水上漲速率等。
(一)危害度因子
根據水利署(2010)「脆弱度及風險地圖分析方法之研究」
整理各國在危害度方法評估所考慮之危險因子,如表4-1 所示。
因為用途而有所差異,如美國主要為洪災保險使用,僅考量到 淹水深度。而日本因防災與避難需求,除考量淹水深度外,亦 考量洪水速度。而荷蘭因國土大部分都低於平均海平面,防災 與避難時間需要更精確判斷,除考量淹水深度、與速度外,亦 考量淹水上漲速率。歐洲許多國家亦根據該國需求進行淹水危 害因子之考量。此外,在生命受到洪水的威脅調查上,
Jonkman(2007)統計世界各地所有在河川氾濫區(不包括洪水至 河道)的人約 0.5%是死於河水氾濫,約 3.6%於山洪,約 1%於 大規模的沿海洪水。上述數據與反應時間、洪水發生的速度、
及流速有密切之關連性。另一方面,洪水危害度,有財物損失 與人類生命價值為不同考量之屬性,前者可以金錢量化,後者 則不宜金錢量化,且無法由財物損失比較。
表 4-1 淹水危害因子考量 國別
淹水因子
美國 日本 荷蘭 歐洲(不含
荷蘭)
深度 V V V V
速度 - V V V
水位上漲速率 - - V V
V:有考量,-未考量。資料參考:水利署(2010)「脆弱 度及風險地圖分析方法 之研究」
根據水利署(2010)報告在台灣將淹水危害度分成生命與 財產危害度二種類型,其中,生命危害因子之考量以淹水深度、
洪水速度與上漲速率為主,而財產危害因子則考慮淹水深度、
上漲速率與淹水時間。水利署(2011)「高屏溪、東港溪及高雄 市、高雄縣、屏東縣脆弱度及風險地圖製作示範」報告亦依上 述危害度分析進行風險地圖之製作。因此,本計畫將參考該報 告對危害度評估方法進行堰塞湖形成後,以生命面向危害度進 行評估。茲說明如下:
Hazard = α × WD + β × WV + γ × WR
上式中 WD:淹水深度(water depth)分級分數;WV:水流 流速(flow velocity)分級分數;WR:水位上升速率(water raising rate)分級分數;α:淹水深度權重值;β:水流流速權重值;γ:
水位上升率權重值。
根據水利署(2011)「高屏溪、東港溪及高雄市、高雄縣、
屏東縣脆弱度及風險地圖製作示範」經由層級分析法與專家問 卷結果,α ≔ 0.24、β ≔ 0.44、γ ≔ 0.32。此外,該報告中之 採用 WD、WV 與 WR 之分級分數係以村里內最大淹水深度、
最大水流流速與及最大水位上升速率進行分級分數的推估。本 計畫根據上述概念,並將 WD、WV 與 WR 進一步定義,說明 如下:
WD:以村里內道路用地為考量之最大淹水深度分級分 數。
WV:以村里內道路用地為考量之最大水流速度分級分 數。
WR:以村里內道路用地為考量之最大水位上升速率分級 分數。
1、淹水深度因子(water depth,WD)
在淹水深度因子方面,主要在淹水災害中人員的行動是 否受影響,且對人命的影響甚大,因此,根據一般民眾的活 動為標的作淹水深度因子的分級,如表 4-2 所示。
第一級:淹水深度d < 0.3𝑚,深度在大人或 5 歲孩童的膝蓋 以下,應屬安全範圍;
第二級:淹水深 度0.3m ≤ d < 0.5𝑚,到成人膝蓋左右,使人 行走開始發生困難,此深度亦達車輪一半或底盤高 度,足以影響汽車行駛;
第三級:淹水深 度0.5m ≤ d < 1.0𝑚,水深到達人腰部高 度的 地方,行走非常困難且車子已經無法正常行駛;
第四級:淹水深 度1.0m ≤ d < 3.0𝑚淹水深度已達成人胸部以 上,有生命危險,因為此時人在逃生時可能要以游 泳的方式,而且對於無法游泳必須以步 行逃生之人,
水壓會造成胸口之壓力,而且也有遇到水中或水面 上漂流物體導致受傷之可能性,此時已經到達人可 以避難逃生的臨界程度;
第五級:淹水深度d > 3.0𝑚,淹水深度可至二樓以上,若無 二樓以上之建築則有避難的困難。
2、水流流速因子(flow velocity,WV)
在淹水災害中若水流速度過大會無法行走,進而威脅到 生命。根據日本研究(中山大地等,2009),在身長比(淹水深 度/身高)大約 0.5 的情形下,意指淹水深度約至身高的一半,
在於流速約大於 0.7m/s 時即會行走困難,如圖 4-3 所示。根 據救災人員的活動為標的作淹水水流流速因子的分級,如表 4-3 所示,說明如下:
第一級:水流流速約 0 至 0.5m/s,其淹水深度在救災人員深 及腰之條件下(0.28<淹水深度/身高<0.6),皆可順 利進行救難行為;
第二級:水流 流速約為1.5m/s 至 0.5m/s,其淹水深度在救災 人員膝部之條件下(淹水深 度/身高>0.6),皆可順 利進行救難行為;
第三級:水流 流速在1.5m/s 以上,救難人員已無法順 利進行 救難行為的深度(0.28>淹水深度/身高)。
本計畫以淹水水位大於 0.3 公尺之流速為評分標準。
表 4-2 淹水深度對生命因子影響分級表
淹水深度(d)分級 分級分數(WD) 說明
d < 0.3𝑚 0-0.49 淹水深度在孩童膝蓋高度以下,應屬安 全。
0.3m ≤ d < 0.5𝑚 0.50-0.69 淹水深度已達成人膝蓋高度左右,行走 已有困難,此深度亦達車輪一半或底盤 高度,足以影響汽車行駛。
0.5m ≤ d < 1.0𝑚 0.70-0.89 淹水深度已達成人腰部高度,行走非常 困難,車子已經無法行駛。
1.0m ≤ d < 3.0𝑚 0.90-0.99 淹水深度已達成人胸部以上,有生命危 險。
d > 3.0𝑚 1.0 淹水深度可至二樓以上。
資料來源:水利署(2011)「高屏溪、東港溪及高雄市、高雄縣、屏東縣脆弱度及風險 地圖製作示範」
圖 4-3 水流流速-身長比圖 (利根川研究會,1995) 表 4-3 水流流速對生命因子影響分級表
水流流速(V)分級 分級分數(WV) 說明
0 < 𝑉 < 0.5𝑚/𝑠 0-0.69 救災人員在水深及腰之條件下,皆 可順利進行救難行為
0.5 ≤ V < 1.5 𝑚/𝑠 0.70-0.99 救災人員在水深及膝之條件下,皆 可順利進行救難行為
1.5m/s ≤ V 1 已無法順利進行救難行為
資料來源:水利署(2011)「高屏溪、東港溪及高雄市、高雄縣、屏東縣脆弱度及風險 地圖製作示範」
3、水位上升率因子(water raising,WR)
Kok(2005)指出,若水位上升率很大,則致命率會明顯上 升。水位上升 率的影響在淹水深度達1.5m 以前最為重要, 若 在淹水深度達1.5m 以前其水位上升率大於 0.5m/hr,會在 3 小時以內就很容易超越一個人的身高,以至於危害到生命,
因此在這個情況下會產生較大的致死 率。水利署(2010)以 避難時間為標的,假設淹水深 度達1.5m 的條件下所需的撤離
因此在這個情況下會產生較大的致死 率。水利署(2010)以 避難時間為標的,假設淹水深 度達1.5m 的條件下所需的撤離