極端降雨對山坡地住宅社區衝擊與
警戒操作基準研究
內 政 部建 築研 究 所 委 託研 究 報告
中華民國 104 年 12 月
極端降雨對山坡地住宅社區衝擊與警戒操
作基準研究
受委託者：財團法人中興工程顧問社
研究主持人：冀樹勇
協同主持人：沈哲緯
研 究 員：辜炳寰、紀柏全
黃春銘、鄭錦桐
內 政 部 建 築 研 究 所 委 託 研 究 報 告
目次
目次 ··· I
表次 ··· V
圖次 ··· XI
摘要 ··· XXI
ABSTRACT ··· XXV
第一章 緒論 ··· 1
第一節
研究緣起與背景 ··· 1
第二節
國內外相關研究現況與參考資料 ··· 3
第三節
工作項目與範圍 ··· 11
第四節
研究方法及進度說明 ··· 12
第二章 文獻回顧與研究區域環境概述 ··· 17
第一節
遙測技術於地質災害判釋應用 ··· 17
第二節
坡地災害及社區風險評估 ··· 34
第三節
坡地災害警戒基準值 ··· 70
第四節
無人飛行載具建置數位模型 ··· 90
第五節
研究區域概述 ··· 97
第三章 前期計畫回顧 ··· 119
第一節
研究方法及過程 ··· 120
第二節
103 年度成果概述 ··· 124
第三節
主要建議事項 ··· 130
第四章 山坡地社區衝擊程度評估 ··· 133
第一節
分析流程與步驟 ··· 133
第二節
坡地整合風險評估 ··· 135
第三節
衝擊程度評估 ··· 148
第五章 無人飛行載具建置數位模型 ··· 153
第一節
無人飛行載具優勢 ··· 153
第二節
無人飛行載具介紹與飛航規劃 ··· 155
第三節
UAV 製作數值地形與三維模型流程 ··· 165
第四節
數值地形與三維模型建置成果 ··· 174
第六章 力學分析反算自然邊坡警戒基準值 ··· 185
第一節
分析理論 ··· 185
第二節
自然邊坡參數率定 ··· 198
第三節
自然邊坡警戒基準值反算成果 ··· 217
第七章 力學分析反算人工邊坡警戒基準值 ··· 224
第一節
分析流程 ··· 224
第四節
人工邊坡警戒基準值反算成果 ··· 252
第八章 山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構研擬 ···· 264
第一節
系統目標 ··· 264
第二節
系統架構 ··· 266
第九章 結論與建議 ··· 271
第一節
結論 ··· 271
第二節
建議 ··· 272
附錄一 評選委員意見回覆 ··· 275
附錄二 第一次專家座談會 ··· 285
附錄三 期中報告審查委員意見回覆 ··· 295
附錄四 第二次專家座談會 ··· 301
附錄五 期末報告審查委員意見回覆 ··· 309
附錄六 人工邊坡資料庫欄位填寫說明 ··· 315
參考書目 ··· 325
表次
表 1-1 各工作項目之研究進度 ··· 15
表 2-1 本研究所蒐集之網格式資料一覽表 ··· 21
表 2-2 汐止區正射航照圖幅編號 ··· 22
表 2-3 本研究所蒐集之向量式資料一覽表 ··· 23
表 2-4 坡地災害風險評估模式之相關文獻一覽表 ··· 36
表 2-5 崩塌風險評估模式比較 ··· 40
表 2-6 崩塌地產砂量模式比較表 ··· 41
表 2-7 風險評估公式彙整 ··· 42
表 2-8 坡地社區使用管理階段相關研究摘要分析表 ··· 55
表 2-9 山坡地社區相關法令檢討 ··· 55
表 2-10 坡地防災風險研究方法學 ··· 56
表 2-11 既有山坡地住宅社區危險度量化初步評估表 ··· 57
表 2-12 土削坡 I.S.分數範圍表 ··· 59
表 2-13 香港生命財產損失潛勢表 ··· 59
表 2-14 優先關注對象分類表 ··· 60
表 2-15 土削坡 C.S.分數範圍表 ··· 61
表 2-16 風險評估損失因子部份評分架構表 ··· 61
表 2-17 95 年度新北市建築物總工程費單價參考表 ··· 62
表 2-18 97 年度行政院主計處一般建物費率 (住宅與宿舍) 62
表 2-19 山區道路損失統計表 ··· 63
表 2-20 臺北市納莉風災產業道路部份緊急處理情形概況表
··· 63
表 2-21 I-R 型臨界降雨系統 ··· 74
表 2-22 I-T 型臨界降雨系統 ··· 74
表 2-23 R-T 型臨界降雨系統 ··· 74
表 2-24 I-P 型臨界降雨系統 ··· 75
表 2-25 其他型臨界降雨系統 ··· 75
表 2-26 各種土石流發生警戒區域畫分研究方法之相關研究
··· 75
表 2-27 日本空間域之土石流警戒區設置依據 ··· 76
表 2-28 各國災害應變機制之比較 ··· 76
表 2-29 臺灣山區道路坡地災害警戒方式 ··· 80
表 2-30 一級監控路段彙整表 ··· 80
表 2-31 日本臨界降雨量線參數組合 ··· 86
表 2-32 國外常用之山崩、土石流雨量門檻率定方式 ··· 88
表 2-35 本研究統計之雨量站特性 ··· 103
表 2-36 汐止區各里人口與戶數統計表 ··· 115
表 2-37 新店區各里人口與戶數統計表 ··· 116
表 4-1 自然邊坡後果指數評估表 ··· 135
表 4-2 人工邊坡後果指數評估表 ··· 136
表 4-3 防減災處理分級矩陣 ··· 149
表 4-4 山坡地社區鄰近邊坡防減災分級因應對策 ··· 149
表 5-1 旋翼型 UAS 規格表 ··· 156
表 5-2 CANON 5D MARK II 數位相機規格表 ··· 157
表 5-3 航拍規劃資訊 ··· 161
表 5-4 常見數值地形名詞及其意義 ··· 172
表 5-5 UAV 重建三維點雲密度及時間表 ··· 174
表 5-6 A005 社區之控制點及檢核點實際量測成果表 ··· 174
表 5-7 A005 社區之高程誤差檢核成果表 ··· 175
表 5-8 A148 社區之控制點及檢核點實際量測成果表 ··· 175
表 5-9 A148 社區之高程誤差檢核成果表 ··· 175
表 6-1 警戒操作基準及因應作為建議 ··· 186
表 6-2 人工邊坡安全查核表 ··· 196
表 6-3 土壤中傾度管滑動面定義結果 ··· 203
表 6-4 各地層物理及力學參數建議表 ··· 207
表 6-5 SPT-N 值與單壓強度 QU 及凝聚力 C 值關係對照表207
表 6-6 邊坡穩定分析剪力強度參數關係彙整表 ··· 208
表 6-7 A148 社區歷年監測地下水位時間對應雨量彙整表 214
表 6-8 A148 社區地下水位及雨量變數 PEARSON 相關性係
數 ··· 215
表 6-9 A148 社區地下水位及雨量擬合曲線上下限與參數變
異性統計結果 ··· 215
表 7-1
M
R之計算程序 ··· 229
表 7-2 人工邊坡安全查核表 ··· 239
表 7-3 人工邊坡安全查核安全查核表之填表參考說明 ··· 240
表 7-4 人工邊坡綜合環境與擋土牆結構等之徵兆分級 ··· 241
表 7-5 人工邊坡安全查核分級 ··· 241
表 7-6 人工邊坡安全查核結果之因應對策 ··· 241
表 7-7 人工邊坡安全診斷分級標準之優缺點比較 ··· 243
表 7-8 人工邊坡安全評估分級標準方案 ··· 243
表 7-9 既有山坡地社區邊坡擋土設施安全評估紀錄表 ··· 244
圖次
圖 1-1 計畫研究流程圖 ··· 14
圖 2-1 網格式資料示意圖 ··· 24
圖 2-2 向量式資料示意圖 ··· 24
圖 2-3 汐止地區網格式資料 ··· 25
圖 2-4 新店地區網格式資料 ··· 27
圖 2-5 淡水河流域近 10 年新增崩塌地目錄空間分布 ··· 29
圖 2-6 非都市土地使用分區圖 ··· 31
圖 2-7 道路及建物分布圖 ··· 31
圖 2-8 次集水區及水系圖 ··· 32
圖 2-9 汐止區近 10 年新增崩塌地目錄空間分布 ··· 33
圖 2-10 山坡地住宅社區災害風險管理層次圖 ··· 64
圖 2-11 風險管理架構與策略 ··· 64
圖 2-12 天然災害風險管理程序概念圖 ··· 65
圖 2-13 風險分析元素概念圖 ··· 65
圖 2-14 危險度圖範例－岩坡崩塌 ··· 66
圖 2-15 邊坡崩塌危險度分析模式流程圖 ··· 66
圖 2-16 現場調查資料分析方法的示意圖 ··· 67
圖 2-17 NPCS 一般評分條件範圍選定圖 ··· 67
圖 2-18 NPCS 特別評分條件範圍選定圖 ··· 68
圖 2-19 地形調查項目示意圖 ··· 68
圖 2-20 香港 GEOMETRY 分類圖 ··· 69
圖 2-21 臺灣不同警戒區之劃設方式 ··· 77
圖 2-22 土石流警戒區發布模式 ··· 77
圖 2-23 土石流警戒區發布時機 ··· 78
圖 2-24 日本土石流及坡地災害之紅黃警戒區示意圖 ··· 78
圖 2-25 公路總局易致災路段分布圖 ··· 81
圖 2-26 交通部公路總局封路標準作業流程圖 ··· 81
圖 2-27 交通部公路總局封路標準作業流程圖 (交通部公路
總局，2011) ··· 82
圖 2-28 日本政府臨界降雨量線示意圖 ··· 85
圖 2-29 日本各縣市臨界降雨量預警系統圖 ··· 85
圖 2-30 降雨逕流系統與水桶模式轉換概念圖 ··· 86
圖 2-31 傳統線性臨界降雨量線 ··· 86
圖 2-32 美國各州 I-D 型山崩警戒雨量線 ··· 89
圖 2-33 加拿大 I-D 型山崩警戒雨量線 ··· 89
圖 2-36 交向攝影方式示意圖 ··· 92
圖 2-37 平行攝影方式示意圖 ··· 92
圖 2-38 彩色三維點雲加密前後比較示意圖 ··· 94
圖 2-39 以彩色三維點雲為參考建置三維模型示意圖 ··· 95
圖 2-40 攝影機視域分析示意圖 (投射框線為依攝影機設定
條件及規格之可視範圍，當中較暗的區域為受遮蔽
而不可視之區域) ··· 96
圖 2-41 汐止區地形陰影圖 ··· 98
圖 2-42 汐止區交通環境圖 ··· 99
圖 2-43 新店區地形陰影圖 ··· 99
圖 2-44 新店區交通環境圖 ··· 100
圖 2-45 研究區域平均年雨量分布圖 ··· 104
圖 2-46 汐止地區地質圖 ··· 109
圖 2-47 新店地區地質圖 ··· 109
圖 2-48 臺灣活動斷層分布圖 ··· 110
圖 2-49 汐止地區土壤圖 ··· 111
圖 2-50 新店地區土壤圖 ··· 112
圖 2-51 汐止區各里行政區域分布圖 ··· 117
圖 2-52 汐止區既有山坡地社區分布圖 (共 63 處) ··· 117
圖 2-53 新店區各里行政區域分布圖 ··· 118
圖 2-54 新店區既有山坡地社區分布圖 (共 56 處) ··· 118
圖 3-1 坡面尺度評估案例社區篩選結果 ··· 123
圖 3-2 研究社區坡地整合風險評估成果圖-極端降雨情境127
圖 4-1 坡地整合風險評估及衝擊程度評估流程 ··· 134
圖 4-2 汐止區後果指數評估因素空間分布圖 ··· 137
圖 4-3 新店區後果指數評估因素空間分布圖 ··· 138
圖 4-4 研究社區自然邊坡後果指數成果圖 ··· 139
圖 4-5 研究社區人工邊坡後果指數成果圖 ··· 141
圖 4-6 研究社區自然與人工邊坡不穩定機率整合結果-極端
降雨 ··· 144
圖 4-7 研究社區自然與人工邊坡不穩定機率整合結果-氣候
變遷 ··· 145
圖 4-8 研究社區坡地整合風險評估成果圖-極端降雨··· 146
圖 4-9 研究社區坡地整合風險評估成果圖-氣候變遷 A1B147
圖 4-10 山坡地社區處理對策及維護管理流程 ··· 150
圖 4-11 研究社區坡地衝擊程度評估成果圖-極端降雨 ···· 151
圖 5-3 旋翼型 UAS POS 原型設計 ··· 156
圖 5-4 IMU 模組 ADIS16405 ··· 157
圖 5-5 單頻載波相位接收儀 LEA-6T ··· 157
圖 5-6 CANON 5D MARK II 數位相機 ··· 158
圖 5-7 UAV 操作使用程序標準作業流程 ··· 160
圖 5-8 A005 社區 UAV 飛行航線規劃 ··· 162
圖 5-9 A148 社區 UAV 飛行航線規劃 ··· 163
圖 5-9 A148 社區 UAV 飛行航線規劃(續) ··· 164
圖 5-10 UAV 拍攝影像製作 DSM 流程圖 ··· 165
圖 5-11 共軛點影像匹配示意圖 ··· 166
圖 5-12 相機率定示意圖 ··· 167
圖 5-13 透鏡畸變修正前後影像比較 ··· 168
圖 5-14 影像拍攝時的方位資訊示意圖 ··· 168
圖 5-15 紅色十字交岔點為原有特徵點示意圖 ··· 169
圖 5-16 人造空標點示意圖 ··· 170
圖 5-17 使用 VBS-RTK 儀器示意圖··· 170
圖 5-18 點雲加密前後示意圖 ··· 171
圖 5-19 DEM 及 DSM 示意圖 ··· 172
圖 5-20 正射影像製作示意圖 ··· 173
圖 5-21 新北市汐止區 A005 社區之彩色三維點雲成果 ··· 176
圖 5-22 新北市汐止區 A005 社區 DSM 陰影圖成果 ··· 177
圖 5-23 新北市汐止區 A005 社區數值地形分布圖 ··· 177
圖 5-24 新北市汐止區 A005 社區正射影像成果 ··· 178
圖 5-25 新北市汐止區 A005 社區三維模型重建成果 ··· 179
圖 5-26 新北市新店區 A148 社區之彩色三維點雲成果 ··· 180
圖 5-27 新北市新店區 A148 社區 DSM 陰影圖成果 ··· 181
圖 5-28 新北市新店區 A148 社區數值地形分布圖 ··· 181
圖 5-29 新北市新店區 A148 社區正射影像成果 ··· 182
圖 5-30 新北市新店區 A148 社區三維模型成果 ··· 183
圖 6-1 自然邊坡採力學分析反算警戒基準值分析流程 ···· 187
圖 6-2 無限邊坡示意圖(單層土) ··· 188
圖 6-3 無限邊坡示意圖(雙層土) ··· 189
圖 6-4 無限邊坡示意圖(三層土) ··· 190
圖 6-5 雙層土無限邊坡案例示意圖 ··· 193
圖 6-6 EXCEL 電子表單-雙層土模型 ··· 193
圖 6-7 EXCEL 電子表單中 FORM 分析結果示意圖 ··· 194
圖 6-10 EXCEL 電子表單-雙層土模型 ··· 195
圖 6-11 EXCEL 電子表單(驗證案例結果) ··· 197
圖 6-12 網格資料示意圖 ··· 199
圖 6-13 案例社區坡度圖(網格) ··· 200
圖 6-14 案例社區平均坡度圖(斜坡單元) ··· 200
圖 6-15 案例社區(A148 社區)土壤中傾度管位置圖 ··· 201
圖 6-16 案例社區(A148 社區)BH-2B 土壤中傾度管監測結
果與滑動面定義位置圖 ··· 202
圖 6-17 案例社區(A148 社區)各斜坡單元採用土壤傾度管分
布圖 ··· 203
圖 6-18 淡水河流域土壤厚度與坡度分布圖 ··· 204
圖 6-19 案例社區斜坡單元平均土壤厚度分布圖 ··· 205
圖 6-20 新北市範圍內地質鑽探蒐集分布圖 ··· 208
圖 6-21 新北市範圍內地質鑽探修正 SPT-N 值分布圖 ···· 209
圖 6-22 各地質鑽孔凝聚力推估結果分布圖 ··· 209
圖 6-23 各地質鑽孔摩擦角推估結果分布圖 ··· 210
圖 6-24 案例社區周邊斜坡單元採用凝聚力推估結果分布圖
··· 211
圖 6-25 案例社區周邊斜坡單元採用摩擦角推估結果分布圖
··· 212
圖 6-26 A148 社區歷年地下水位觀測結果 ··· 215
圖 6-27 A148 社區各觀測井地下水位及雨量擬合結果··· 216
圖 6-28 A148 社區所在區域斜坡單元劃設成果圖 ··· 217
圖 6-29 斜坡單元(ID：10782)安全係數及破壞機率隨地下水
位抬升變化關係曲線 ··· 218
圖 6-30 A148 社區不同地下水位高情況自然邊坡安全係數
成果 ··· 220
圖 6-31 A005 社區不同地下水位高情況自然邊坡安全係數
成果 ··· 222
圖 7-1 人工邊坡採力學分析反算警戒基準值分析流程 ···· 225
圖 7-2 擋土牆側向力計算示意圖 ··· 227
圖 7-3 力平衡解析 ··· 227
圖 7-4 設計點 Z*於標準常態空間下之示意圖 ··· 234
圖 7-5 坡地社區鄰近人工邊坡調查流程圖 ··· 236
圖 7-6 既有山坡地社區邊坡擋土設施安全診斷之作業流程
圖 ··· 237
圖 7-9 重力式擋土牆可靠度設計理論推導模型 ··· 253
圖 7-10 重力式擋土牆可靠度設計 EXCEL 電子表單 ··· 253
圖 7-11 EXCEL 電子表單中 FORM 分析結果示意圖 ··· 254
圖 7-12 規劃求解按鈕位置 ··· 254
圖 7-13 規劃求解對話視窗 ··· 255
圖 7-14 A148 社區人工邊坡不同牆後水位下各破壞模式安
全係數成果 ··· 257
圖 7-15 A005 社區人工邊坡不同牆後水位下各破壞模式安
全係數成果 ··· 260
圖 7-16 A148 社區案例邊坡安全係數(SR)與牆後水位高度比
關係 ··· 263
圖 8-1 結合 GOOGLE EARTH 與 3D 模擬飛行應用 ··· 265
圖 8-2 坡地社區災害風險分析 GIS 展示系統 ··· 267
摘要
關鍵詞：極端降雨、坡地社區、衝擊程度、邊坡警戒基準值 一、研究緣起 近年受全球氣候變遷影響，臺灣地區頻頻出現極端降雨事件，2004 年至 2008 年間(薔蜜、辛樂克、卡玫基颱風)，單日近 1,000mm 累積降雨事件頻仍，2009 年莫拉克颱風重創臺灣中南部地區，造成各地山坡地社區與聚落有嚴重的崩塌或 土石流災情傳出，包含政大御花園、廬山溫泉地區等，由歷年災例可知，臺灣地 區因颱風豪雨造成坡地災害導致保全對象產生損害時有所聞，山坡地集合住宅因 人口密集，一旦發生災害，其社會成本與生命財產損失龐大，甚至非政府所能承 受之後果，然目前甚少針對既有山坡地社區研擬極端降雨引致坡地災害衝擊評估 之模式，更遑論研擬警戒降雨基準值進行災中應變與常時整備工作，因此，如何 快速、客觀評估山坡地因極端降雨誘發坡地災害易致災區域，研擬山坡地住宅社 區衝擊評估及邊坡警戒操作基準，儼然已成為一項重要且刻不容緩的議題。 二、研究方法與過程 山坡地社區有自然邊坡與人工邊坡之雙重影響，本研究延續內政部建築研究 所 103 年「極端降雨對山坡地社區衝擊程度探討及其調適策略之研究(二)-以坡面 尺度為例」計畫中「坡地整合風險評估成果」為基礎，篩選兩處汐止區既有山坡 地社區為例，採力學分析方法(擋土牆穩定分析與無限邊坡理論)，分別研擬人工 與自然邊坡警戒基準值，期建議具體可行山坡地社區警戒操作流程，其中人工邊 坡以牆背水位高、牆體傾斜度為警戒基準物理量；自然邊坡以降雨量、地下水位 為警戒基準物理量，依序建置社區內邊坡警戒操作基準，並計算極端降雨下邊坡 安全係數與破壞機率，建立社區衝擊程度，研訂山坡地住宅社區疏散避難警戒系 統架構，提前因應氣候變遷極端降雨之衝擊，提供中央與地方建築管理機關進行 社區監測管理、災害防治與警戒操作參考。 以山坡地社區而言，坡地災害不外乎來自鄰近之自然邊坡與人工邊坡，如何 利用坡面尺度，劃分斜坡單元，並就自然邊坡及人工邊坡計算極端降雨下邊坡安 全係數與破壞機率，建立社區衝擊程度，研訂山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構，提前因應氣候變遷極端降雨之衝擊，提供中央與地方建築管理機關進行社 區監測管理、災害防治與警戒操作參考不穩定機率進行評估實屬重要，實際災害 大多屬於自然邊坡及人工邊坡同時發生的複合災害。然目前鮮少分析模式將自然 邊坡及人工邊坡整合進行探討，或常侷限於自然邊坡，致使分析結果常與實際社 區鄰近邊坡災害有所不同。因此，本研究以建研所(2014)提出之坡地整合風險評 估方法，探討山坡地社區衝擊程度評估，輔以力學分析反算自然邊坡及人工邊坡 警戒基準值，並進行山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構研擬，包含山坡地住 宅社區疏散避難警戒系統資料庫規格、應有功能及運行架構。據以提供既有山坡 地社區及極端降雨下之疏散避難警戒參考，完善防災整備及災中應變工作，提早 因應氣候變遷之影響。本研究具體研究目標及效益如下三項： (一) 山坡地社區衝擊程度評估 (二) 以力學分析反算自然邊坡及人工邊坡警戒基準值 (三) 山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構研擬 三、重要發現 (一) 山坡地社區衝擊程度評估 衝擊程度係參考建築研究所 (2013)「極端降雨對山坡地社區衝擊程度探討 及其調適策略之研究(一)－以鄉鎮尺度為例」建議，以山坡地社區處理對策及維 護管理流程為之，透過「防減災處理分級矩陣」將衝擊程度區分為三級(第一類、 第二類及第三類)，配合山坡地社區鄰近邊坡防減災分級因應對策，據此達成衝 擊程度分級管理機制，落實社區邊坡管理及防治工作。依此方式於社區尺度風險 評估結果中，新店區 A148 社區為第一類風險，A005 社區為第二類社區。 (二) 力學分析反算自然邊坡及人工邊坡警戒基準值 本研究以力學分析反算自然邊坡及人工邊坡警戒基準值之分析流程。自然及 人工邊坡以無限邊坡及重力式擋土牆開發一階可靠度分析法，分析中考量各參數 不確定性，進行破壞機率估算，並計算邊坡地下水位及牆後水位高變化對安全係
1.自然邊坡 自然邊坡方面，148 社區西北側邊坡安全係數隨地下水位變化較為明顯， A005 社區基地所在斜坡單元隨地下水位變化相較於 A148 社區明顯，地下水位 達邊坡高度一半時，基地斜坡單元已達警戒值，需立即進行技師安全巡勘與緊急 維護作為，若地下水位達邊坡高度時，基地斜坡單元已達警戒狀態，應伺機發布 疏散避難聚集至社區外安全避難處所，啟動社區巡勘、技師檢查等防減災作為。 以 A148 社區座落斜坡單元(ID：10782)為例，結果顯示斜坡單元安全係數 SR 隨著地下水位升高而逐漸降低，當水位上升至地表面時則破壞機率 Pf處於滑 動臨界狀態，由關係曲線可知，當達警戒狀態時(SR=1.2)，地下水位高達 0.89 倍 邊坡高度時(17.0m)，對應之有效累積降雨達 350mm 時，應立即啟動技師巡勘， 當達行動管理狀態時(SR=1.1)，地下水位高等同邊坡高度(19.2m)，對應之有效累 積雨量達 530mm 時，此邊坡其上方住民應採取往社區東側管理中心聚集，避免 滑動邊坡或有破壞徵兆之擋土牆對建築物或生命財產造成損害。 2.人工邊坡： 由 A148 社區與 A005 社區人工邊坡資料庫中，挑選重力式及半重力式人工 邊坡共計 84 座，以一階可靠度分析法完成不同牆後水位情境下傾倒破壞、滑動 破壞及承載力破壞之分析結果，結果顯示，安全係數隨水位上升而逐漸下降，傾 倒破壞與滑動破壞分布及警戒基準雷同，傾倒破壞安全係數隨牆後水位變化最大， 滑動次之，最末為承載力破壞模式，經統計歸納可知，牆高大於 4.5m 者的漿砌 石擋土牆，隨牆後水位上升安全係數隨之下降之情況高於所有重力式混凝土牆。 四、主要建議事項 建議一 山坡地社區建築管理履歷資料庫建立與加值應用：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署 高度密集之坡地集合住宅，若有災害發生影響甚鉅，實有必要將社區開發至 今基地條件與歷史災情彙整成資料庫，稱為「山坡地社區建築管理履歷資料庫」。 成果除可提供專業人員現地調查參考外，也能進行大數據分析(Big Data)找出社 區周緣坡地災害之關鍵因子，回饋社區防災與設施維護修繕機制，強化資料庫科
提供中央與地方建築管理機關進行社區監測管理、災害防治與警戒操作。 建議二 應用序率水文模式與監測物聯網於坡地社區崩塌預警之可行性研究：中長期 建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：無 現行災害警戒基準值均由大尺度分析成果所研提，實務上並不利於坡地社區 之操作，本研究篩選一處社區邊坡為研究場域，參考內政部建築研究所 104 年度 「極端降雨對山坡地住宅社區衝擊與警戒操作基準研究」計畫中所率定之自然邊 坡警戒基準，透過現地土壤試驗、數值分析及自動化監測儀器設置，結合理論、 分析、實驗與量測，釐清降雨引致地下水抬升之序率水文歷程(非飽和、統計與 力學方法整合模式)，並探討納入自動化監測技術、落實智慧防災之可行性，期 提出社區疏散避難警戒雨量基準分析及監測流程之建議，以提早因應氣候變遷極 端降雨可能引致山坡地社區衍生之龐大災害損失及社會成本支出。 建議三 山坡地社區智慧防災監測預警系統研發：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：六都直轄市政府工務局或水利局主管單位 政府部門積極推動 ICT 智慧科技應用，若以 ICT 智慧科技應用優化整合防 災產業上中下游技術，落實智慧防災科技，應符合現行社區自主與智慧防災需求 潮流，除提前因應全球氣候變異與極端氣候現象外，防災預警上亦能達到事半功 倍之效。有鑑於此，透過統計與力學分析方法，研擬自然邊坡與人工邊坡各項監 測儀器預警與行動值，透過整合資料擷取系統整合地中傾斜管、水壓計、土壤含 水量計、傾度盤及雨量計等多項監測資料，以資料串聯平台與發佈管道，連結物 業(保全)監控系統，設置社區管委會電子公布欄(跑馬燈)，或以社區內部網站、
ABSTRACT
Keywords: extreme rainfall, hillside community, hazard impact, warning value of slopes
On the basis of the integrated system for slopeland assessment established from the previous research, the project aims to determine warning values for natural and man-made slope by using limit equilibrium method. The warning values include rainfall, ground water level and inclination of man-made slope. Slopes around two hillside communities are taken as examples in order to verify the warning values. On the other hand, the hazard impact induced by extreme rainfall is also studied in this project.
The expected results in this project are listed as below:
1. Establishing an impact assessment method for hillside communities under extreme rainfall.
2. Determining warning values by using limit equilibrium method, for natural and man-made slopes respectively.
第一章 緒論
第一節 研究緣起與背景
壹、研究緣起 近年受全球氣候變遷影響，臺灣地區頻頻出現極端降雨事件，2004 年至 2008 年間(薔蜜、辛樂克、卡玫基颱風)，單日近 1,000mm 累積降雨事件頻仍，2009 年莫拉克颱風重創臺灣中南部地區，造成各地山坡地社區或聚落有嚴重的崩塌或 土石流災情傳出，包含政大御花園、廬山溫泉地區等，由歷年災例可知，臺灣地 區因颱風豪雨造成坡地災害導致保全對象(山坡地社區或聚落)產生損害時有所 聞，也因為人口密集，一旦發生災害，其社會成本與生命財產損失龐大，甚至非 政府所能承受之後果，因此，如何快速、客觀評估山坡地因極端降雨誘發坡地災 害易致災區域，研擬山坡地住宅社區安全管理策略與工程減災方案，儼然已成為 一項重要且刻不容緩的議題。 有鑑於此，內政部建築研究所(簡稱建研所)長年致力發展既有山坡地社區風 險評估成果，民國 97~98 年「山坡地社區災害防制技術之研究(二~三)」計畫以 新北市汐止區與新店區為研究區，考量環境地質災害影響研提「既有山坡地社區 風險分級圖」，民國 102 年考量氣候變遷情境研提「新北市汐止區坡地災害風險 評估與衝擊程度分級圖」，探討現況及兩種氣候變遷情境(A1B 及 B1)崩塌及土石 流衝擊影響，建立村里尺度及社區尺度風險評估及衝擊程度探討，民國 103 年篩 選 3 處較高風險之既有山坡地社區為例，以邊坡尺度為基準，綜合考量人工邊坡 與自然邊坡風險，進而建立極端降雨下邊坡可能的災害衝擊，完成「社區鄰近坡 地整合風險評估及其衝擊程度」，檢討社區內既有建築物衝擊程度，並研訂高風 險邊坡(關鍵斜坡)處理對策，上述成果皆是災前整備之相關研究，然而災中應變 及平時修繕維護啟動機制所需之社區警戒基準值，將是社區防災下一階段應著墨 之重要議題，分析上應採力學分析方法，分別研擬人工與自然邊坡警戒基準值， 再與實際監測結果(觀測值)進行比對，建立降雨及邊坡穩定性關係曲線，依據相 關法令或監測比對結果訂定警戒值，研提具體可行之山坡地社區警戒操作流程， 將是社區防災重要且關鍵的技術。本研究具體研究目標及重要性如下三項： 一、提前因應氣候變遷與極端降雨對既有山坡地社區及其鄰近邊坡之衝擊影二、研擬山坡地住宅社區警戒操作基準及疏散避難警戒系統架構。 三、擴充地理資訊系統資料庫與提昇社區防災應用層面。
貳、研究背景
邊坡於暴雨狀態時，土壤材料可能泡水軟化、地下水入滲及滲流改變等諸多 因 素 影 響 而 存 在 不 確 定 性 ， 故 香 港 土 木 工 程 拓 展 署 (Civil Engineering and Development Department (CEDD), 1984)建議人命風險高的邊坡在最差地下水文 條件下，其安全係數仍應高於 1.1。國內建築技術規則建築構造篇基礎構造設計 規範(內政部營建署，2011)、水土保持手冊(行政院農委會水土保持局，2005)等 規範亦有相同規定。綜合上述考量及參考經濟部中央地質調查所(2007~2013)「集 水區地形及地質資料庫流域調查-集水區水文地質對坡地穩定性影響之調查評估」 計畫建議，採安全係數 1.2 時為預警值，採安全係數 1.1 時為行動值。 本研究延續建研所 103 年「極端降雨對山坡地社區衝擊程度探討及其調適策 略之研究(二)-以坡面尺度為例」計畫中「坡地整合風險評估成果」為基礎，篩選 兩處新北市既有山坡地社區為例(汐止區 A005 與新店區 A148 社區)，採一階可靠 度分析方法(First-Order Reliability Method：FORM) (Ang & Tang 1984)，與實際監 測值進行比對，依上述建議安全係數反算預警值與行動值，研提人工與自然邊坡 警戒基準值，並建立不同雨量強度下邊坡安全係數與破壞機率關係，輔以現地監 測回饋數據，觀察安全係數異常變化或急遽變化時，應優先啟動設施維護行為， 如達到預警值時除了勸導預警，更應即時派遣技師巡查因應，至行動值除優先疏 散外則需搭配緊急修繕，最後依據上述監測數據、警戒作為及相關圖資彙整研擬 山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構，提前因應氣候變遷極端降雨之衝擊，提 供中央與地方建築管理機關進行社區監測管理、災害防治與警戒操作參考。
第二節 國內外相關研究現況與參考資料
壹、內政部營建署-「山坡地住宅社區安全檢查記錄表」之判定 內政部營建署 (以下簡稱營建署)乃於 86 年 11 月 28 日制定「山坡地住宅社 區安全檢查記錄表」供業主、社區委請專家研判及擬定坡地災害防制對策。該記 錄表經專業技師、建築師於查證後，審慎客觀予以評估及建議，經簽章確認後， 向社區住戶詳予解說，作必要之協助，並經社區簽章同意後，送當地政府機關備 案各地方政府給予追蹤列管，並應作適當之輔導辦理措施。該計畫將山坡地社區 安全分為三級，各級定義分述如下： 一、A 級社區 基地範圍內有地質災害或相關結構物及設施等災害現象，須急迫性穩定處理 者；或研判在雨期、地震等自然營力作用時，有立即發生災變之可能性者；或有 人民生命財產損傷之可能性者。 二、B 級社區 基地範圍內有異常現象，研判屬於地質災害或相關結構物及設施等不穩定徵 兆，且須釐清后列疑慮者： (一) 在雨期、地震等自然營力作用時，有惡化並擴大範圍之可能性，但無立即 發生災變或導致人民生命財產損傷之可能性者。此狀況需局部整修補強。 (二) 有安全疑慮之異常現象或補強、穩定處理後，但需採用科學方式 (如安全 監測等)驗證其穩定性者。 三、C 級社區 基地範圍內有地質或相關結構物及設施等缺失，但無異常不穩定現象致有安 全疑慮且無發生災變或導致人民生命財產損傷之可能性者；或曾有安全疑慮，經 過科學方式 (如安全監測等)驗證後，現況已呈穩定無安全疑慮者。 貳、中央地質調查所-「都會區及周緣坡地整合性環境地質資料庫建置計畫」 經濟部中央地質調查所 (以下簡稱地調所)於 91 年度開始執行「都會區及周 緣坡地整合性環境地質資料庫建置計畫」陸續完成全省坡地環境地質災害調查工 作，五年內建置完成一套以防災為著眼的坡地環境地質災害敏感區資料庫。該計 畫所使用調查底圖比例尺為 1/5,000，為改善傳統航照立體判釋於轉繪過程所造 成之誤差，於地理資訊系統平台進行各類環境地質災害之航照立體像對判釋與圈繪數化工作，以減少轉繪誤差。為加強判釋準確度，並利用空間分析模組來處理 DTM 資料，以提供更多地形資訊來輔助圈繪環境地質災害區域。而野外調查則 使用 PDA 配合 GPS 定位功能，根據不同地質災害因子類型依其地形、地質、植 生等狀況進行資料登錄，以提昇工作效率與資料處理方便性。 參、臺北市政府建設局-以風險管理方式針對保護區臨界住宅區環境敏感邊坡進 行安全檢查」計畫 臺北市政府建設局 (現為臺北市政府工務局大地工程處)於 93 年執行完成 「以風險管理方式針對保護區臨界住宅區環境敏感邊坡進行安全檢查」計畫，該 計畫除了提出地質敏感區影響範圍劃定準則、風險評估準則及現場調查紀錄表外， 並且完成基本資料蒐集、計畫範圍內環境地質敏感地點清查、執行構想與方法確 認及確立各潛在因子評估及量化標準等作業方法與計畫。此計畫完成環境地質敏 感區風險順序後，將針對高風險地區進行安全檢視管理，並建立地質敏感區安全 觀測資料，以做為後續執行管理之依據，以降低山坡地發生地質災害之風險。 肆、內政部建築研究所-「山坡地社區災害防制技術之研究 (一至三)-GIS、RS 科技應用坡地社區環境災害評估判釋準則建立之研究」 一、96 年計畫成果簡述 內政部建築研究所 (以下簡稱建研所)96 至 99 年「山坡地社區災害防制技術 之研究 (一至三)」計畫結合自然及人文環境資料、整合不同環境地質災害資料， 並利用福衛二號、SPOT 及航空照片等遙測影像技術，針對不同尺度的坡地社區 範圍進行瞭解，將各項資料整合建置於 GIS 資料庫中，提供坡地社區環境地質 災害判釋及風險分析之基礎資料。 利用 3S 技術初步提出各類型坡地環境地質災害判釋原則，針對新北市新店 區及汐止區五處坡地社區進行環境地質敏感區之室內遙測判釋 (RS+GIS)，並實 際前往現地進行調查工作與檢核 (GPS)，針對調查成果撰寫社區調查報告及建置 GIS 圖資。此外，運用 5m×5m 解析度之數值地形進行空間分析，製作高精度坡 度圖以反應出自然陡坡及部分人工擋土構造物之邊坡，藉由 GIS 及 RS 的室內
之關鍵問題。 二、97 年計畫成果簡述 此計畫結合坡地社區遙測影像災害敏感區判釋及蒐集相關環境地質災害圖 資，搭配高解析度數值地形，進行災害潛在因子萃取，針對新北市汐止區內登記 有案之坡地社區，利用多變量統計方法建立風險分析模式，並對不同風險等級社 區建議具體之控管手段，期使負面後果與破壞發生機率降至最低，以達風險最適 化 (Risk optimization) 之 目 標 ， 據 此 建 立 一 套 務 實 可 行 之 風 險 管 理 (Risk management)流程。 風險根據模式分析災害發生機率與後果指數，以其成果繪製汐止市坡地社區 環境地質災害風險圖(63 個社區)，可提供相關主管機關研擬坡地社區詳細監測、 調查與管理之災害防制技術參用。此外，藉由立體像對空間實景判釋環境地質災 害，由立體像對萃取坡度、高程差、水平距離等資訊協助判釋災害規模與類型， 另藉由高精度 0.5m 數值地形判斷立體對判釋區位之正確性，可有效判釋出社區 周緣之環境地質敏感區域與訂定優先敏感防制區。 基於上述風險分析結果，挑選數個第一類優先防制坡地社區進行社區內部現 地調查，以 97 年計畫確立之坡地社區遙測影像災害敏感區判釋及災害防制調查 流程為基礎，針對新北市汐止區內 2 處第一類優先防制坡地社區進行遙測災害 判釋並進行現地調查，依照調查結果與風險分析進行驗證，並判釋優先敏感防制 區域位置，完成坡地社區環境地質敏感區圖以及建置資料庫，根據現地調查表量 化成可計數值，進行優先敏感防制區域之風險排序，並與汐止區坡地社區風險分 級圖結合繪製坡地社區總體風險圖，成果可供社區災害預防管理、處理對策研擬 與資源有效分配參考。 三、98 年計畫成果簡述 依據環境地質災害風險分析之成果繪製新店市坡地社區風險度分級圖(56 個 社區)，針對新北市新店區內兩處第一類優先防制坡地社區進行遙測災害判釋並 進行現地調查，依照調查結果與風險分析進行驗證，並判釋優先敏感防制區域位 置，完成坡地社區環境地質敏感區劃設，根據現地調查表量化成可計數值，進行 優先敏感防制區域之風險排序，並與新店市坡地社區風險等級圖結合繪製坡地社 區總體風險圖，成果可供社區災害管理、處理對策研擬與資源有效分配參考。 本年度另一重點工作為 GIS 資料庫系統建立，主要將蒐集得到的航照影像、 衛星影像、地質資料、環境地質資料及分析成果建置於 GIS 倉儲系統內，其中向
量式圖層以 Microsoft Office Access 資料庫進行倉儲(*.MDB)，網格式資料則轉檔 成為 JPG 格式進行儲存，將所有資料封包於 GIS 系統連結資料夾下，以提供『坡 地社區災害風險分析 GIS 展示系統』連結。以 ArcGIS 9.X 地理資訊系統完成 GIS 圖檔數化及屬性建檔工作，並結合 GIS 資料庫系統建置一套『坡地社區災害風險 分析 GIS 展示系統』。 伍、坡地災害評估分析方法 一、定性及半定量分析 定性及半定量分析可再分為地形判釋法及專家評分法兩種。地形判釋法是由 專家依照經驗直接進行地形判釋及劃設山崩潛勢區。地形判釋法的缺點是主觀性 太強，不同專家所產製的山崩潛勢區難以比較，且潛勢圖也不容易更新。專家評 分法是由專家依照經驗，就現場實際之山崩情形，給予各山崩因子相對之排序， 及賦予各因子之權重值，最後將各因子疊合，計算最終之山崩潛勢值 (Landslide Susceptibility Index, LSI) (Stevenson, 1977; Ives and Bovis, 1978; Sidle, 1985)。專家 評分法的優點是程序簡便，但其缺點是人為給定之權重及因子評分不夠客觀，難 有進一步發展。在國內，張石角 (1980)在都市坡地利用潛力調查與製圖中，以 工程地質因子及動態地形因子利用線性組合法繪製工程地質圖及工程風險率。王 鑫 (1981)以地景法研究阿里山公路沿線的地形與地質因子及繪製不穩定邊坡分 布圖。陳振華及潘國樑 (1985)在全省都會區環境地質資料庫中，以岩性、坡度、 災害為因子，利用因子組合法進行 LSA (Landslide Susceptibility analysis)及土地 利用潛力評估，將山崩潛勢分為低、中低、中高與高潛勢等四級，並製成五千分 之一比例尺的山崩潛勢圖 (Landslide Susceptibility Map, LSM)圖集。近年，陳凱 榮 (2000)採用岩石工程系統及落石危害度評分系統，針對中橫公路東勢到德基 段進行山崩潛勢分區，也是專家評分法的一種。 二、統計分析 統計分析方法係分析某一地區山崩地點及非山崩地點之因子組合及其統計 參數特性，再以適當之線性方程式計算全區各網格之山崩潛勢值，並用來預估目 前尚未發生崩塌但具有相似因子組合特性之區域發生山崩的可能性。運用在山崩
用線性疊加法計算各網格之山崩潛勢值及完成山崩潛勢圖製作 (Koukis, 1991; Hearn, l995)。統計分析方法之計算模式較為複雜，資料的需求量較大，但其優點 是較為客觀。其中，判別分析及羅吉斯迴歸分析更可以有效處理因子相依性的問 題及獲得較為合理的因子間之權重值。在國內相關研究方面，鄭元振 (1992)運 用地理資訊系統 (Geographic Information System, GIS)萃取最小邊坡單元，並以 條件機率法將山崩潛勢因子之評分及權重定量後進行疊加。簡李濱 (1992)則將 研究區域劃分為格網，並以不安定指數法進行區域性山坡穩定評估。陳永寬、賴 晃宇 (1994)則以坡度梯度、剖面曲率、平面曲率、上坡流域面積及蝕溝指數等 五種因子由三階 Lagrange 多項式推估地景形態參數，並用在山崩潛勢評估。林 中興 (1994)使用條件機率法，以水系的距離、坡度、坡型等因子針對梨山地區 進行山崩潛勢分析。游中榮 (1995)則利用卡方檢定值評估因子間的權重，並針 對北橫公路復興至巴陵段進行山崩潛勢研究。黃士昌 (1998)利用日本點數法、 模糊集理論法及多變量分析法進行崩壞潛勢值分析。林書毅 (1999)利用多變量 分析法中的主成份分析法對各項因子進行轉換，嘗試解決因子間相依性的問題。 林昆賢 (2001) 針對南橫公路埡口至海端段以多變量分析法求取其不安定指數 後，判定沿線各崩塌處之危險程度。王嘉燁 (2002) 利用現場調查及衛星影像， 以坡度、坡向、斷層分布、植生覆蓋等因子，經多變量分析，再以線性疊加的方 式，劃設南橫公路潛在災害路段。Lee et al. (2004) 運用判別分析方法在國姓地區 進行山崩潛勢分析，繪製集集地震、桃芝及賀伯颱風等促崩事件之山崩潛勢圖。 三、定值分析
山崩潛勢分析中的定值分析 (deterministic analysis)係指無限邊坡法 (infinite slope stability model)。無限邊坡法基本上是假定山坡不穩定現象可以無限長的平 面滑動模式代表，並可以極限平衡法 (Limit Equilibrium Method, LEM)計算得到 山坡穩定之安全係數及以此係數代表之山崩潛勢值。這種分析方法通常被用於特 定豪雨誘發山崩或地震誘發山崩之研究。它的缺點是全區的強度資料及地下水文 資料不易取得，而有賴分析前先進行強度參數之反算工作 (back analysis)及水文 參數之評估工作。在豪雨誘發山崩分析中，水文參數方面主要是考慮到地下水位 的變化。Luzi and Pergalani (2000)以無限邊坡法及一般切片法 (ordinary slices method)，嘗試製作義大利五萬分之一比例尺之安全係數分布圖。朱聖心 (2001) 以無限邊坡安全係數的概念，分析天祥地區及中橫公路東段，評估 1995 年安珀 颱風誘發山崩之潛勢分布。陳嬑璇 (2002)則以 1996 年賀伯颱風及 2001 年桃芝
颱風為災害研究事件，以同樣的分析模式進行分析。在地震誘發山崩方面，無限 邊坡模式可提供仿靜態之邊坡穩定分析。但近年來國外對於地震誘發山崩分析已 普遍採用所謂的 Newmark 位移法 (Newmark, 1965; Jibson, 1998; Miles and Ho, 1999; Jibson et al., 2000; Keefer, 2000; Luzi and Pergalani, 2000; Refice and Capolongo, 2002)。為了評估地震誘發山崩的機率， 一般均以 Newmark 永久位 移值對應實際測繪之地震誘發山崩崩壞比進行迴歸，找出其關係式。永久位移值 與山崩崩壞比之關係建立後，即可用來進行區域性地震誘發山崩機率圖之繪製。 在國內相關研究方面，朱聖心 (2001)、陳嬑璇 (2002)、鄭傑銘 (2003)、李馨慈 (2004)等人均使用 Newmark 位移法進行地震誘發山崩之評估。Liao and Lee (2004) 結合位移法地震誘發山崩分析及地震危害度分析，提出一套機率式地震誘發山崩 危害度分析之評估方法及流程，並以集集地震實際誘發山崩進行驗證。
四、人工智慧方法
近年來人工智慧技術逐漸成熟，因此已有一些學者開始將其應用在 LSA 之 上，其中最具代表性之方法為類神經網路 (neural network)及模糊集 (fuzzy set) 之應用。許琦 (1989)考慮地形、地質、環境、水文四大類共十七個因子，以模 糊集進行山崩潛勢分析。吳少明 (1993)引用邏輯關係組合法中的層級規則組合 法，對高雄甲仙地區進行山崩潛勢及開發適宜性分析。謝獻仁 (1998)利用類神 經網路分析中橫谷關－德基水庫間落石坡危險度。楊智堯 (1999)針對高雄縣岡 山及楠梓地區，利用類神經網路求取各個山崩潛勢因子與破壞潛勢值之間的關係。 王淑慧 (2000)利用類神經網路預測道路邊坡落石坍方。周晏勤 (2000)在南橫公 路甲仙到埡口段，利用多變量分析方法與類神經網路法進行邊坡破壞因子之分析。 謝豐隆 (2000)則在中橫公路利用類神經網路方法建立落石危害度等級評估模式 及降雨引致落石危險度之評估模式。藍世欽 (2000)針對南橫公路甲仙－梅山路 段，以道路邊坡的工程地質因子，利用類神經網路及多變量分析法進行研究。Lee et al. (2001)針對韓國 Yongin 地區，建立地理人文及環境資料庫，以其中的坡度、 坡向、曲率等七項因子與山崩潛勢值進行類神經網路學習，並回想得到區域內的 山崩潛勢圖。王智仁 (2001)利用類神經網路進行南橫公路邊坡穩定評估。林信 亨與林美聆 (2002)則利用 GIS 及類神經網路進行土石流危險溪流危險度判定。
類神經網路探討山崩發生與山崩潛勢因子間之關係，並首度引用模糊隸屬函數的 觀念於山崩潛勢分析，建立一套人工智慧方法的山崩潛勢分析模式。 陸、坡地災害警戒基準值相關文獻 一、臨界雨量 臨界雨量(Critical Rainfall)定義為誘發山崩之最小累積降雨量，即在降雨事 件期間，自降雨強度開始明顯增加，至邊坡開始發生崩塌為止之累積降雨量。 Guzzetti 等人 (2007)依據研究尺度之不同而分為：全域性 (Global)、區域性 (Regional)及局部性(Local)三類臨界雨量。其中，全域性臨界雨量係採用跨地區 之降雨促崩資料評估山崩臨界雨量，因此其結果不受地區差異影響而一體適用， 惟其成果可能是極保守之下限值。至於區域性臨界雨量則需考量各區域氣象、 地質及地文等特性對坡地穩定性之影響，故評估所得之臨界雨量將受上述條件 所影響而有區域性之差異。至於局部性臨界雨量則多以局部單一邊坡案例作為 研究對象，探討累積雨量達某局部性臨界雨量後則邊坡會開始產生破壞。本研 究屬局部性臨界雨量研究，研究對象以特定邊坡為主，並推估此局部單一邊坡 之山崩臨界雨量。除了上述定性說明臨界雨量之基本定義及其適用範圍之外， 為求得山崩臨界雨量門檻值(Rainfall Threshold)，則需透過定量方式予以評估。 傳統上，山崩臨界雨量之評估可透過統計法(Statistical Approach)或定率法 (Deterministic Approach)進行，兩者概念不同，茲將其差異說明於后。 二、統計法 統計法常應用於全域性或區域性之山崩臨界雨量推估，此法係利用過去山 崩歷史資料與當時降雨特性資料，包括降雨強度、降雨延時、累積雨量或前期 雨量等特性參數，透過統計分析方法推估發生山崩時之臨界降雨特性。以統計 法評估臨界雨量之研究最早可溯自 Caine (1980)，該研究蒐集 73 個世界各地山 崩土石流案例之降雨強度與降雨延時資料，並根據資料下限值統計迴歸出一條 線性關係曲線，視為臨界線(Critical Line)，並將其應用在評估土石流之發生門 檻值。後來陸續有許多研究基於此觀念推廣應用在判定山崩及土石流發生條件 判定及訂定相關警戒準則之用。統計法依據選定之特性參數不同，其推估臨界 雨量模式可再區分為：(1)降雨強度-累積雨量、(2)降雨強度-降雨延時、(3)累積
雨量-降雨延時及(4)降雨強度-前期雨量等四種配對方式作為臨界雨量之判定指 標(Keefer et al., 1987; Terlien, 1998; Jakob & Weatherly, 2003)。針對上述指標之 配對組合，將各降雨事件特性資料繪製於圖上(例如降雨強度-累積雨量圖)，其 中降雨誘發山崩之降雨事件與未誘發山崩之降雨事件以不同的符號表示。再透 過統計方法將兩類事件以迴歸線區隔開，視該迴歸線為降雨臨界曲線。當未來 某場預測降雨事件之降雨特性達到降雨臨界曲線以上時，則推定該場預測降雨 引致山崩之發生機率相當高；反之，則發生山崩之機率明顯較低(譚志豪等人， 2009)。 三、定率法 定率法係以物理模型結合力學理論推估山崩時之降雨特性，可應用於各種 研究尺度之山崩臨界雨量推估。一般自降雨落於坡面後，雨水經由入滲作用進 入地中，造成坡地內部力學性質的改變 (例如單位重增加、孔隙水壓上升、剪 力強度降低等)，進而影響邊坡穩定性。當邊坡穩定性達到臨界破壞時，往往開 始造成岩體滑動或崩落進而形成山崩災害。因此降雨誘發山崩之機制應與邊坡 之岩土成分、組構、含水量及入滲等特性有著密切的關係，上述因素將影響山 崩發生的時間與規模(Iverson, 2000;Godt, 2004; Savage et al., 2004)。此法首先需 整合坡地水文及地質特性資料以建立物理模型。隨後再輸入降雨歷程，並透過 未飽和傳輸理論評估降雨入滲對地下水壓之影響程度。再採用極限平衡法求得 邊坡單元之穩定性隨水壓之變化。最終輸入不同大小的降雨量，計算出邊坡穩 定性達極限狀態時所對應之累積雨量，該雨量即視為該特定邊坡之山崩臨界雨 量(譚志豪等人，2009)。由於台灣地區山崩與其相連結之降雨資料相當缺乏且 不易取得，故利用統計方法推估特定邊坡崩塌發生之臨界雨量，其精度恐嫌不 足。本文在山崩臨界雨量推估上主要採用定率式方法，利用局部性降雨誘發崩 塌潛勢分析模式評估特定邊坡於臨界滑動狀態下之臨界雨量門檻值。
第三節 工作項目與範圍
本研究擬以建研所(2014)提出之坡地整合風險評估方法，探討山坡地社區衝 擊程度評估，輔以力學分析反算自然邊坡及人工邊坡警戒基準值，並進行山坡地 住宅社區疏散避難警戒系統架構研擬，包含山坡地住宅社區疏散避難警戒系統資 料庫規格、應有功能及運行架構。據以提供既有山坡地社區及極端降雨下之疏散 避難警戒參考，完善防災整備及災中應變工作，提早因應氣候變遷之影響。本研 究工作項目及預期成果如下三項： 壹、山坡地社區衝擊程度評估 延續建研所 103 年「極端降雨對山坡地社區衝擊程度探討及其調適策略之研 究(二)-以坡面尺度為例」計畫中「坡地整合風險評估成果」(坡面尺度)，考量社 區尺度風險評估與坡面尺度風險評估結果，透過「防減災處理分級矩陣」將衝擊 程度區分為三級(第一類、第二類及第三類)，配合山坡地社區鄰近邊坡防減災分 級因應對策，據此達成衝擊程度分級管理機制，落實社區邊坡管理及防治工作。 貳、以力學分析反算自然與人工邊坡警戒基準值 香港土木工程拓展署(CEDD, 1984)建議人命風險高的邊坡在最差地下水文 條件下，其安全係數仍應高於 1.1。國內建築技術規則建築構造篇基礎構造設計 規範(內政部營建署，2011)、水土保持手冊(行政院農委會水土保持局，2005)等 規範亦有相同規定。因此，本研究將以安全係數 1.2 為警戒值，安全係數 1.1 為 行動管理值，透過力學分析反算臨界狀態、警戒狀態及行動管理狀態下雨量基準 值，以利做為自然與人工邊坡警戒與行動管理發布基準。 參、山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構研擬 以建研所(2008)「山坡地社區災害防制技術之研究（三）」計畫中開發之「坡 地社區災害風險分析 GIS 展示系統」為基礎，納入自然邊坡風險評估、人工邊 坡風險評估、坡地整合風險評估、現地監測資料、建管資料與建研所歷年防災研 究成果，且納入本研究之山坡地社區衝擊評估及力學分析反算自然及人工邊坡臨 界降雨量成果，建構社區建築管理履歷資料庫，針對系統資料庫規格、應有功能 及運行架構提出「山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構」。第四節 研究方法及進度說明
本研究工作之執行步驟與流程圖如圖 1-1，主要工作項目及其進度規劃如表 1-1所示。本研究已完成之工作項目說明如下： 壹、 蒐集完成本研究需求之相關文獻 (包括遙測技術相關、風險分析方法相關 文獻、衝擊評估方法相關文獻及邊坡警戒基準值相關文獻)。 貳、 蒐集完成研究區域之各項圖資，包括網格式資料 (衛星影像、航照、數值 地形)、向量式資料 (環境地質圖、土地利用圖、集水區、水系、路網、工 程配置、地質圖、活動斷層、建築物分布)、雨量資料 (時雨量及累積雨量)、 歷史災害記錄 (崩塌及土石流)、社區巡勘報告、照片及監測資料(地下水位、 地中傾斜管、擋土牆傾度計)等，並完成相關資料 GIS 資料建檔、處理、轉 檔及坐標轉換 (本研究全文圖資皆為二度分帶 97 坐標)等工作。 參、完成兩處案例社區斜坡單元劃設，並已完成山坡地社區衝擊程度評估。 肆、已於 4 月 13~14 日，及 6 月 2 日分別完成 A148 社區及 A005 社區人工邊坡 調查與建檔。 伍、已於 5 月 5 日至 A005 社區進行第一次 UAV 調查，惟因現場雨勢太大被迫 取消，另於 5 月 11 日及 14 日依序完成 148 社區及 A005 社區 UAV 飛行調 查。 陸、彙整 A148 社區歷年雨量、地下水位、地中傾斜管等監測成果，並建立與累 積雨量關係式，以利自然邊坡與人工邊坡反算雨量警戒基準值參用。 柒、完成一階可靠度分析程式開發，分就自然邊坡與人工邊坡反算警戒值與行動 值，透過監測資料比對，完成兩處案例社區邊坡警戒基準值分析。玖、民國 104 年 06 月 24 日 (星期三)上午 10:00 至 12:00 於財團法人中興工程顧 問社防災科技中心 5 樓中型會議室完成第一次專家座談會議，會議紀錄與回 覆詳附錄二；民國 104 年 10 月 13 日 (星期二)上午 10:00 至 12:00 於財團法 人中興工程顧問社防災科技中心 302 會議室完成第二次專家座談會議，會議 紀錄與回覆詳附錄四。
圖 1-1 計畫研究流程圖
資料來源：本研究計畫成果。
表 1-1 各工作項目之研究進度
月次 工作項目 第 1 個 月 第 2 個 月 第 3 個 月 第 4 個 月 第 5 個 月 第 6 個 月 第 7 個 月 第 8 個 月 第 9 個 月 第 10 個 月 第 11 個 月 第 12 個 月 備 註 資料蒐集彙整 包含衛星影像判釋 自然及人工邊 坡單元劃設、 建檔及現調 含兩處社區現調及複核 山坡地社區衝 擊程度評估 力學分析反算 自然邊坡警戒 基準值 以力學分析反 算人工邊坡警 戒基準值 疏散避難警戒 系統研擬 專家座談會 第一場：6 月 24 日 第二場：10 月 13 日 期中報告 104/06/29 提送 (符合契約要求) 期末報告 期末報告已於 104/10/15 前提送 (符合契約要求) 成果報告 104/12/21 前提送 成果報告已於 預 定 進 度 ( 累 積 數 ) 5 . 7 11.4 17.1 28.6 38.6 51.4 62.9 74.3 90.0 94.3 98.6 100 說明： 1 工作項目請視計畫性質及需要自行訂定，預定研究進度以粗線表示其起訖日期。 2 預定研究進度百分比一欄，係為配合追蹤考核作業所設計。請以每 1 小格粗組線 為 1 分，統計求得本研究之總分，再將各月份工作項目之累積得分(與之前各月加 總)除以總分，即為各月份之預定進度。 3 科技計畫請註明查核點，作為每 1 季所預定完成工作項目之查核依據。資料來源：本研究計畫整理。
第二章 文獻回顧與研究區域環境概述
本章針對遙測技術於地質災害判釋應用、坡地災害及社區風險評估、坡地災 害警戒基準值及無人飛行載具建置數位模型等研究作一歸納整理，並針對研究區 域環境概述加以說明，以供本研究後續針對極端降雨對山坡地住宅社區衝擊與警 戒操作基準研究之參考。第一節 遙測技術於地質災害判釋應用
本研究已蒐集及建置各種圖資資料，所有資料將以 GIS 系統整合，以利於計 畫進行分析與展示。本節將說明資料來源、內容、格式、出版年份及建置單位等 屬性資料。本研究所蒐集之圖資主要分為網格式資料及向量式資料，網格式資料 有衛星影像、航空照片及數值地形等；向量式資料則有自然環境、環境災害資料 及其他社經資料等。 由於目前國內相關主管機關及學術機關於各相關計畫中均已建立許多可供 參考之資料，故本研究前期計畫已針對研究區域 (新北市汐止區)蒐集相關之自 然、人文、地質、環境及既有歷史災害等資料，並整合各單位所建置之環境災害 相關資料，將各項資料建置於 GIS 資料庫中，以提供後續建立坡地災害判釋與模 式建立使用，以及作為衝擊評估與調適策略研擬之基礎。 壹、資料蒐集與建置 本研究蒐集與計畫相關之圖資，例如各種遙測影像、自然環境資料、環境地 質災害資料、崩塌與土石流災害目錄及社經相關資料等，此些資料將有助於本研 究之後續分析與評估。 在圖資的坐標系統方面，有二度分帶 67 (簡寫為 TWD67)與二度分帶 97 (簡 寫為 TWD97)兩套坐標系統，政府在民國 67 年制訂 TWD67 坐標系統，隨著時 代的演進，內政部在民國 86 年時制訂新的大地基準 TWD97，九二一地震後的圖 資均改用 TWD97。本研究的圖資涉及兩種坐標系統，且已把 TWD67 的圖資全 數轉換成 TWD97 坐標系統，以利於圖資的整合及進一步的使用。此外本研究採 行之地圖投影法為二度分帶橫麥卡脫投影法 (Transverse Mercator，簡稱 TM)， 其緯度原點為 0°，中央子午線為 121°，中央子午線尺度比為 0.9999，原點向西 位移 250,000 m，原點向北位移 0 m。本研究所需之基本資料依照建檔類型，大格 (grid of cell)格式儲存，網格式資料示意圖如圖 2-1所示。網格式資料包含衛 星影像、航空照片、數值地形、掃瞄圖等。第二類是向量式資料 (Vector data)， 這種資料以點、線、面的方式展示世界上的地理現象，向量式資料示意圖如圖 2-2所示。此外可以用表格的方式記錄這些向量資料的屬性，常用的道路圖、行 政區域圖、水系圖即屬於此種資料格式。以下針對所蒐集到的網格式資料及向量 式資料說明如下： 一、網格式資料 本節說明目前本研究蒐集新北市汐止區及新店區的網格資料，包括各期衛星 影像、正射航空照片、數值地形及其他相關影像，如五千分之一像片基本圖及局 部一萬分之一像片基本圖，所有網格式資料列表於表 2-1。各期影像主要運用在 研究區域內不同時期之崩塌地判釋、社區之全貌瀏覽、野外調查之規劃等；數值 地形則可進一步加值處理為崩塌機率模式的山崩潛感因子，如坡度、坡向、高程、 地形曲率等。各種網格式資料內容說明如下： (一)各期衛星影像 本研究已蒐集 2001~2004 年及 2006~2010 年 SPOT 衛星影像，為擬自然色影 像，故僅有 R、G、B 三波段 (圖 2-3 (A), (B), (C)、圖 2-4 (A), (B), (C))。另蒐集 2007~2010 年新北市福衛二號衛星影像，此影像具有 R、G、B 及 NIR 四個波段 (圖 2-3 (D), (E))。2001 年~2003 年影像解析度為 6.25 m × 6.25 m，2004、2006 年~2010 年 SPOT5 影像解析度為 2.5 m × 2.5 m，2007 年~2010 年福衛二號影像解析度為 2 m × 2 m。 此外，歷年崩塌地資料對於本研究後續研究相當重要，為了後續應用，本研 究擴大以「淡水河流域」為崩塌地資料建立範圍，本研究蒐集水規所 (2012)「淡 水河流域因應氣候變遷防洪及土砂研究計畫 (1/2)」計畫建置的 10 期颱風衛星影 像，據此完成崩塌機率模式建置及驗證工作，10 起颱風事件分別為 2004 年艾利 颱風、2005 年海棠颱風、2005 年馬莎颱風、2006 年六九豪雨、2007 年聖帕颱風、 2007 年柯羅莎颱風、2008 年辛樂克颱風、2008 年薔密颱風、2009 年莫拉克颱風 及 2012 年蘇拉颱風，各期颱風事件衛星影像及新增崩塌地分布如圖 2-5所示。
系統為 TWD97。涵蓋本研究區域汐止地區的五千分之一圖幅共 26 幅 (圖 2-3 (F)、 圖 2-4(D))，圖幅編號詳表 2-2。航空照片上的崩塌地及土石流之地形特徵相當明 顯，若搭配航照立體對觀測，即使被植被覆蓋的古崩塌地或歷史土石流災害，其 地形遺跡亦能做某種程度的識別。
(三)數值地形模型
數值地形模型 (Digital Terrain Model, DTM)以網格方式儲存空間中的高程資 料，，最原始版本為農航所製作 1986 年全臺灣 DTM，解析度是 40 m × 40 m， 圖幅涵蓋全臺灣本研究所購買的 DTM 有兩個年份；一為臺北市政府委託航測學 會製作，解析度 5 m × 5 m，年份為 2003 年，圖幅涵蓋臺北地區，二為新北市政 府工務局提供，解析度 5 m × 5 m，年份為 2010 年，圖幅涵蓋新北市，本研究蒐 集之圖幅範圍同正射航空相片之涵蓋區域 (圖 2-3 (G)、圖 2-4(E))。DTM 可進一 步處理，製作成等高線圖、坡向圖 (圖 2-3 (H)、圖 2-4(F))、坡度圖 (圖 2-3 (I)、 圖 2-4(G))，這些與地形相關的資訊，均為崩塌機率模式重要的山崩潛感因子。 (四)像片基本圖 本研究所蒐集之像片基本圖 (第三版)精度為五千分之一，為農林航測所於 民國 83 年製作，圖幅涵蓋範圍為所有汐止地區 (圖 2-3 (J))，而新店地區山區部 分無產製五千分之一圖幅，僅有一萬分之一像片基本圖像片(圖 2-4(H))，基本圖 可提供集集地震前研究區域之原始地貌，若再進一步蒐集早期之航照則可以透過 判釋，數化出研究區域內年代較久遠之崩塌地分布資訊。 二、向量式資料 向量式資料以政府機關推行之計畫成果為主，部分有公布成果、部分則尚未 釋出。本研究所蒐集之向量式資料均為 ArcGIS Shapefile 格式，種類有基本資料 及災害資料，資料名稱、格式、出版年份及建置單位如表 2-3。非都市使用分區 圖如圖 2-6 所示；道路及建物分布如圖 2-7 所示；次集水區及水系分布如圖 2-8 所示。 三、山崩目錄蒐集與判釋成果 本研究整合模式係考量崩塌機率模式及土石流流動模擬兩項技術，因本研究 崩塌機率模式採多變量統計方法，需有足夠崩塌樣本進行分析，然本研究研究區 域 (新北市汐止區)歷史崩塌較少，故崩塌機率模式擴大以淡水河流域為模式建
立範圍，其中汐止區新增崩塌地空間分布如圖 2-9所示。建研所(2013)以此作為 發展「整合崩塌-土石流災害潛勢評估模式」之基礎。
