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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 （ I I ）
The Impace of the 921 Earthquake-Induced Landslides on
Fluvial Sediment Transport
計畫編號： NSC90-2116-M002-023 計畫期限：90 年 8 月 1 日至 91 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 第一年度的研究發現，九九峰礫石層 分布區崩塌地所生產的淤砂可能以土石流 的型態為進入河道的主要方式，而本區土 石流依其規模大小及發生區位大致上可以 分成邊坡型和山谷型兩種。因此第二年度 的研究乃以烏溪北岸，易達性較高的乾溪 和田尾坑溪作為主要的研究區，進行此兩 類型土石流發生機制的研究。 根據野外調查及室內航空照片及地形 圖的研判資料，邊坡型土石流主要發生在 內聚凸坡型的邊坡上，其崩塌區通常呈碗 狀，並在下方出現一道4 - 6公尺寬的隘 口。而其崩塌區的主軸長度、崩塌深度、 崩塌面積和集水面積均較岩屑滑崩和岩屑 滑落大，並具有統計顯著性。另外，發生 土石流的山谷與未發生者在集水區面積、 區內崩塌地面積比和河谷坡度三項地形參 數的差異均呈現統計顯著性，其中以崩塌 地面積佔集水區面積的比值最具統計顯著 性，其次為集水區面積，最後才是坡度。 初步歸納當發生崩塌的邊坡的上游集水區 面積達1,000平方公尺，且為崩塌面積的 2 到 6 倍時，發生邊坡型土石流的機率較 大。而當山谷的集水面積在15,000平方公尺 以上，且區內崩塌地面積達20％以上，則 極可能發生山谷型土石流。 關鍵詞：礫石層、崩塌地、土石流、地形 閾值 Abstract
The sediment derived from landslides in the conglomerate formations in the Ninety-Nine Peaks area, is transported to the nearby channels by two major forms of debris flows. One is the slope-typed debris flow, the other is the valley-typed debris flow. This study aims to deduce the geomorphic thresholds for the two types of debris flows from data derived from field investigation and aerial photograph analysis of the Dry Creek and the Ten-wei-ken Chi watershed.
Study shows that the valley-typed debris flow always took place on converged convex slopes. They usually had a bowl-shaped appearance, with a constriction 4 to 6 meters wide below the sliding area. The main axis length, the depth of the slide and the size of both the sliding area and its watershed for slope-typed debris flows are all significantly greater than those for the other slope movements. Meanwhile, the watershed size and the total area of landslides inside the valleys where valley-typed debris flows took
2 place are significantly larger than those without such phenomenon. It is discovered that when the contributing area of a landslide exceeds 1,000 square meters, and also exceeds 2 to 6 times of the sliding area, slope-typed debris flows are very likely to take place. When a watershed is larger than 15,000 square meters, and the area of the landslides within them exceeds 20% of the watershed area, valley-typed debris flows also tend to take place.
Keywords: Conglomerate formation,
landslides, debris flow, geomorphic threshold
二、緣由與目的 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，第一年度的研 究重點在於九九峰一帶崩塌地的實地調 查，選擇烏溪北岸，易達性較高的乾溪和 田尾坑溪作為主要的研究區。初步發現該 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，其 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。然初步調查發現，並不是 所有的崩塌地都發展出土石流，因此針對 這種地質條件算是相當均勻的地區進行調 查，以尋求礫石層崩塌型態及環境條件與 土石流發生間的相關性，探討土石流的發 生機制，以利進一步推估集水區崩塌物質 移動的過程。 三、結果與討論 本區邊坡運動除土石流外，尚包括岩 屑滑崩、岩屑滑落等型態，觀察並比較其 與邊坡型土石流發生區地形特徵的差異， 可以有效凸顯發生邊坡型土石流的地形條 件，野外調查主要的觀察項目包括：各崩 塌地的形狀、發生在邊坡上位置、該邊坡 的坡形，及發生區下方的隘口，並分別針 對各崩塌地的發生區、流動區及堆積區的 長、寬、高、坡度及面積等進行仔細地量 測。而山谷型土石流的規模太大，野外調 查著重在谷口堆積區的地形量測，並分析 地形圖及航空照片圖以獲取谷口以上區域 的地形參數。室內作業包括掃瞄五千分之 一相片基本圖，以Imagine軟體將其轉成具 有經緯度座標的數位地圖，又利用航照圖 判識並描繪各支流集水區內的崩塌地，並 藉由ArcView軟體將各支流集水區邊界及 崩塌地數化在數位地圖上，以計算發生山 谷型土石流山谷的集水區面積、平均河谷 坡度、區內崩塌地面積及主要河谷長度等 參數。利用簡單的統計及差異檢定歸納邊 坡型土石流與其他崩塌類型間主要的地形
3 特徵差異，以及山谷型土石流發生山谷的 主要地形特徵。 研究結果顯示，邊坡型土石流主要發 生在內聚凸坡型的邊坡上，其崩塌區通常 呈碗狀，並在下方出現一道 4 - 6 公尺寬的 隘口。邊坡型土石流崩塌區的主軸長度、 崩塌深度、崩塌面積和集水面積均較岩屑 滑崩和岩屑滑落大，並具有統計顯著性。 資料顯示，發生崩塌的邊坡，若其集水區 面積達 1,000 平方公尺，且為崩塌面積的 2 到 6 倍時，比較可能發生邊坡型土石流。 而發生土石流的山谷與未發生者在集水區 面積、區內崩塌地面積比和河谷坡度三項 地形參數的差異均呈現統計顯著性，其中 以崩塌地面積佔集水區面積的比值最具統 計顯著性，其次為集水區面積，最後才是 坡度。發生土石流山谷的集水區面積以及 區內崩塌地面積比率皆較未發生者為大。 初步歸納當山谷的集水面積在 20,000 平方 公尺以上，且區內崩塌地面積達 20％以 上，山谷極可能發生土石流。 將上述歸納所得的地形參數值，當作 邊坡型土石流與山谷型土石流發生的地形 閾值，選擇緊鄰田尾坑溪的油車坑溪集水 區進行檢測。結果發現，油車坑的邊坡型 土石流發生區的集水面積皆符合上述條 件，即至少在1,000平方公尺以上，且為該 邊坡崩塌面積的2至6倍，顯示此等閾值確 實具有判別力。而油車坑溪集水區內凡是 集水區面積達20,000平方公尺，且區內崩塌 面積比例達20％以上者，皆如預期已經發 生土石流，但是另有3個山谷面積雖未達 20,000平方公尺的閾值，卻發生土石流。檢 視此三個集水區的其他地形參數，發現該 等集水區區內的崩塌面積比例高達30％以 上，但若再檢查其他小面積的集水區，發 現當面積小於15,000平方公尺時，即使區內 崩塌面積比例高達40％也未發生土石流。 因此認為應將山谷型土石流的集水區面積 閾值修正為15,000平方公尺，較為理想。 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。另外，雖以立體航照製作崩塌前 後的DEM資料，然因原始資料的精度與崩 塌地崩塌深度或河谷地表變動程度大致相 當，因此很難據以精確計算集水區淤砂的 變動量。 五、參考文獻 [1] 林炳森、馮賜陽、李俊明（1993） 礫 石層土石流發生特性之研究，中華水 土保持學報，24（1）：55-64。 [2] 何春蓀（1997）台灣地質概論，經濟部 中央地質調查所。 [3] 吳正雄（1985）林口台地林地之地形因 素與土石流發生之關係研究，國立中 興大學森林學系碩士論文。 [4] 施邦築、謝正倫（1998）土石流特定水 土保持之判識，土木技術第 1 卷第 1 期：200-211。
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