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行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 專 題 研 究 計 畫 成 果 報 告
921 大 地 震 崩 塌 地 對 河 川 輸 砂 衝 擊 之 研 究
The Impace of the 921 Earthquake-Induced Landslides on
Fluvial Sediment Transport
計畫編號： NSC80-2116-M002-052 計畫期限：89 年 8 月 1 日至 90 年 07 月 31 日 計畫主持人：徐美玲 執行機關：國立台灣大學地理環境資源學系 一、中文摘要 民國88年9月21在台灣中部地區發生 芮氏地震規模7.3級的大地震，該地震造成 數千處總面積高達八千公頃以上的崩山。 其中九九峰一帶崩塌地數量龐大，並且位 置集中，值得進行仔細的觀測研究，以瞭 解此等崩塌地的崩塌特性，以及崩塌物質 進入河道輸砂系統的狀況。 本研究擬以三年進行，本年度的研究 重點在於九九峰一帶崩塌地的實地調查， 登錄崩塌地發生位置，詳細描繪崩塌地的 形態、崩塌物質的特徵、崩塌物質的移動 方式和堆積狀況，進行崩塌地的分類，並 初步推測其與河道輸砂的關係。研究發 現，九九峰礫石層分佈區，乃以淺層的岩 屑滑落、岩屑滑崩，小規模的邊坡型土石 流，和大規模的山谷型土石流為主要的塊 體運動方式。其中岩屑滑落和岩屑滑崩通 常發生在山脊線附近，是形成九九峰惡地 形貌的主要崩塌方式。邊坡型土石流發生 在陡峻而內凹的山坡，而小支流山谷中堆 積著谷頭及山谷崩塌下來的物質，可能在 暴雨時形成山谷型的土石流。岩屑滑落和 岩屑滑崩的崩塌物質通常堆積在坡腳，僅 以緩慢的地表沖蝕向下移動。邊坡型土石 流可以快速地將較大量的物質移至坡腳， 但是因為土石中的水分快速消散而使得大 部分的崩塌物質滯留在坡腳。至於山谷型 的土石流則可將大量土石運抵河道，而對 河道輸砂造成嚴重的衝擊。 關鍵詞：921 大地震、崩塌地、河道輸砂、 河道沖淤 Abstract On September 21, 1999, an earthquake with a magnitude of 7.3 at the Richter’s scale took place in central Taiwan. This earthquake induced numerous landslides with total area over 8000 hectares. Since many landslides took place in the Ninety-Nine-Peaks area, it deserves our close inspection for further understanding landslides characteristics and their contribution to river sediment yield.
This proposed study is a 3-year project. The research is focused on field investigation this year, especially on the observation and documentation of the location, morphology of each landslides, and of the characteristics, transportation and deposition of the landslide material. Preliminary research shows that debris fall, debris slide, slope-typed debris flow and valley-typed debris flow are the four major types of mass movement in the study area. Debris falls and debris slides usually occur adjacent to valley divides, while slope-typed debris flows occur on concaved steep slopes, and valley-typed debris flows develop in small tributary
2 valleys. The sliding mass from debris falls and debris slides seldom reaches river channels unless they are adjacent to the channels. Slope-types debris flows move considerable earth mass, but the material usually stays in the slope foot. Only the valley-typed debris flows could contribute significant sediment to river channels effectively
Keywords：the 921 Earthquake, landslides, fluvial sediment transport, River channel change 二、緣由與目的 台灣的山地由於地質脆弱、坡勢陡 峻，加上暴雨頻仍，經常發生大小規模的 崩塌。又因為崩塌現象多半發生在水庫集 水區的上游，所產生的淤沙有減損水庫使 用壽命之虞，因此必須針對崩山與集水區 淤沙生產和輸送過程進行深入的探究。然 而集水區的淤沙生產源不只一端，尤其是 近年來許多集水區的上游不斷開拓高山農 業，以及開闢各種產業或景觀道路，經常 引發嚴重的土壤沖蝕和棄土問題，造成研 究崩塌事件對河川輸砂或水庫淤積衝擊時 的干擾，加上所討論的崩塌地多指該集水 區長時期的累積現象，各崩塌地的發生和 演變情形互有差異，因此雖然有許多有關 河道輸砂的研究（郭朝雄、蔡萬宮、林金 水，1984；郭朝雄、蔡萬宮、林志銘，1988； 何智武、汪正忠，1987；McLean, D. G., Church, M. and Tassone, B., 1999；McLean, D. G. and Church, M., 1999；Martin-Vide, J. P., Ninerola, D., Bateman, A., Navarro, A., and Velasco, E., 1999），但是針對崩塌地與 河川輸砂方面的研究則相對地非常稀少。 少數的幾篇研究論述則多以數值模擬和水 工模式去推估崩塌土方與河川輸砂的關係 （黃宏斌、廖翊鈞，1991；黃宏斌、何智 武，1992），很難明確分析崩塌物質進入 河道和影響河川輸砂的過程。 民國89年9月21日清晨在台灣中部地 區所發生的芮氏地震規模7.3級的大地震， 不但造成生命財產的嚴重損傷，也引起數 千處總面積高達八千公頃以上的崩山（李 三畏，1999）。這些崩塌地必然為所在集 水區的河川提供大量的淤沙，並可能在其 後的暴雨中往下游輸送，屆時非但有造成 土石流的疑慮，也可能大舉改變河川原有 的輸砂平衡，甚至導致下游水庫的嚴重淤 積，非常值得進行仔細的觀測研究。由於 此次崩塌地的數量極大，發生位置也甚為 集中，此等崩塌勢必成為當地集水區的主 要淤沙來源，對河川的淤沙供應量也必遠 遠超過其他淤沙源，因此對於釐清崩塌現 象與河川輸砂的關係，提供一次絕佳的研 究機會。又因為此等崩塌現象廣泛地分布 在不同的地質地形區，因此也成為研究各 地理區邊坡穩定性，以及各種崩塌現象與 河川輸砂關係的有利條件。 因此本研究希望選取具有不同地質 地形特性的地理區進行921大地震崩塌地 的調查，觀察各集水區崩塌地崩落物質進 入河道的情形，分析各集水區河川輸砂在 地震前後的變動，以瞭解各地理區崩塌與 河川輸砂間的關係。 三、結果與討論 本研究首先以921地震崩塌地集中的 烏溪支流北港溪右岸南坑溪、油車坑溪、 田尾坑溪和乾溪等流域做為研究區進行實 地踏勘，針對崩塌的型態、崩塌的物質特 性、以及崩塌地與河道相關位置進行詳細 的登錄和分析。另為瞭解921大地震後河川
3 輸砂量的變化，蒐集研究區各溪流匯入烏 溪主流處上、下游的水文測站的流量及懸 浮固體監測資料，進一步解析研究區崩塌 事件對河川輸砂的影響。然而本區水質測 站的資料僅乾峰橋一站涵蓋921大地震前 後的懸浮固體濃度。就每月一次的採樣資 料而言，地震過後懸浮固體濃度並無顯著 增加的現象。反之，分析歷年採樣資料與 採樣日前五日的流量大小卻有比較明顯的 相關性。 河川懸浮固體濃度與流量的正相關 性，顯示本區河川「搬運控制」的輸砂特 性，因此調查影響崩塌物質被雨水沖刷、 搬運難易度的崩塌地特性應是掌握淤砂供 應狀況的關鍵。首先比對921大地震前後的 航空照片，判釋圈畫出九九峰四個小集水 區因地震所引發的新崩塌地。然後前往研 究區進行實地調查，以確認或修訂原先的 判釋結果，登錄各崩塌地的規模、崩塌物 質的組成和崩落的狀況。 本研究區為礫石層分佈區，區內的塊 體運動方式以岩屑滑落、岩屑滑崩、邊坡 型土石流和山谷型土石流為主。前兩者通 常分佈在山脊線附近，崩落的深度較小， 乃造成九九峰呈現禿頭山的主要崩塌型 態。當山脊線因為崩塌而內凹，逐漸形成 明顯集水區，崩塌作用似乎受地表逕流侵 蝕的助力更顯著，結果使下方邊坡逐漸往 內凹陷形成凹槽，如此當上方岩層再度發 生崩落的時候，崩落物質便順著該凹槽往 下衝，形成邊坡型的土石流。而本研究區 各集水區主流河谷向兩側所發育的一些小 山谷，通常谷口相當狹窄，谷底坡度大並 且佈滿土石，兩側邊坡陡峭，儼然有土石 刷深的痕跡，行至谷頭附近兩側山坡突然 開展，山谷則止於陡峭壁立的弧形崩崖。 個別岩屑滑落和岩屑滑崩所產生的 崩塌物質較少，而且多半堆積在山坡的坡 腳，受雨水和地表片流的沖蝕，除非緊鄰 主河道，否則對河水輸砂量的影響並不 大。邊坡型土石流通常發生於暴雨時，山 邊坡的崩塌物質被集中的逕流往下由沖而 在坡腳凹谷口形成平淺的扇形堆積，因為 土石中的水分快速消散，到達平地後缺乏 繼續往前的沖力，除少數得以進入緊鄰的 河道外，多半停留在寬平的河谷平地上。 至於本區的小山谷堆積著因谷頭和山谷兩 側長時期提供的大量崩塌土石，一旦暴雨 強度夠大，雨水快速滲入土體，或上游有 新的崩塌土石滑落，觸動谷中原有的堆積 物，促使大量土石往下游運送，則形成山 谷型的土石流，對河道輸砂的貢獻最為顯 著。 四、計畫成果自評 本研究原擬以野外崩塌地特性的調 查結果配合河川輸砂資料，進行崩塌型態 與輸砂特性的定量性研究。然因本區鄰近 的水文觀測站有限，而相關的流量和懸浮 固體濃度測量資料又不完整，僅能針對崩 塌地的調查、分類和淤砂供應狀態進行定 性分析，初步歸納不同型態崩塌類型發生 地點與地形的關係，及推測其對河道輸砂 的貢獻。往後擬持續進行各崩塌地和崩積 物質演變的調查研究。利用立體航照判釋 崩塌地的範圍並加以數化，並以DEM資料 進行崩塌地的地勢分析，歸納各類崩塌地 的地形特性，並估計其對河川輸砂的影 響。另擬選擇不同的地質區進行研究，以 比較地質特性對崩塌和河川輸砂的影響。 五、參考文獻 [1] 李三畏（1999）台灣的山崩問題與 處理對策。中日九二一地震災害與
4 防災第二次研討會，民國 88 年 12 月 7 日，國立台灣大學地理學系主 辦，台北。 [2] 黃宏斌、廖翊鈞（1991）崩塌對河 道沖淤之影響研究。中華水土保持 學報，22（1）：69─83。 [3] 黃宏斌、何智武（1992）台灣東北 部上游集水區泥沙來源與河道沖 淤之研究。81 年度水土保持及集水 區經營研究計畫成果彙編，農委會 林業特刊 42：363─386。 [4] 郭朝雄、蔡萬宮、林金水（1984） 濁水溪砂質（沖積扇）河段輸砂特 性研究。行政院國家科學委員會， 防災科技研究報告 72-32 號。 [5] 郭朝雄、蔡萬宮、林志銘（1988） 濁水溪砂質（沖積扇）河段輸砂特 性研究（五）總報告。行政院國家 科學委員會，防災科技研究報告 76-49 號。
[6] McLean, D. G., Church, M. and Tassone, B. (1999) Erosion, Sedimentation, and Geomorphology - Sediment transport along lower Fraser River, (1) Measurements and hydraulic computations,
Water
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, 35(8): 2533-2548.[7] McLean, D. G. and Church, M. (1999) Erosion, Sedimentation, and Geomorphology - Sediment transport along lower Fraser River, (2) Estimates based on the long-term gravel budget,
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, 35(8): 2549.[8] Martin-Vide, J. P., Ninerola, D., Bateman, A., Navarro, A., and Velasco, E. (1999) Runoff and sediment transport in a torrential ephemeral stream of the Mediterranean coast.
