台灣山區道路邊坡災害防治最佳化之研究---子計畫：道路邊坡崩塌潛勢分析及災損風險評估(III)

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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 █ 成果報告

□期中進度報告

台灣山區道路邊坡災害防治最佳化之研究—

子計畫：道路邊坡崩塌潛勢分析及災損風險評估(III)

Landslide Potentiality Analysis and Damage Risk Evaluation for Mountain Roads

計畫類別：□ 個別型計畫 █ 整合型計畫計畫編號：NSC 96－ 2625 － Z － 011 － 002 執行期間：96 年 8 月 1 日至 97 年 7 月 31 日

計畫主持人：鄭明淵

計畫參與人員：張乃文、莊凱翔、涂建淙、陳冠霖

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告 █完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

■出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢

執行單位：國立台灣科技大學營建工程系

(2)

摘要

關鍵詞：邊坡、擋土工法、崩塌機率、風險分析、災損評估

道路建設為交通建設之主要項目，而台灣為一島嶼國家，山區道路比例相對較高，且位處環太平洋地震帶，地震頻繁土石鬆動，若遭受豪雨或颱風侵襲，常會造成土石崩落與邊坡崩塌等災害，將危及山區道路用路人之生命財產安全，並破壞各項建設而造成損失。但由於山區道路維護資源有限，無法同時針對所有邊坡進行維護，故需對邊坡整治需求程度排序，因此尋找出邊坡整治需求的先後順序是一個極為重要的課題。

本研究運用風險評估概念，建置適合台灣地區的本土化山區道路維護需求評估模式，模式中以量化方式評估山區道路之災損風險，用以輔助公路養護單位決定邊坡整治順序。且運用過往工程記錄或類似工程案例，彙整適用之工法種類以供邊坡整治工程之經濟效益評估，因此本模式乃針對高災損風險區域進行改善，並有效運用有限資源提升山區道路之經濟效益與用路安全。

本研究「邊坡整治工法經濟效益評估模式」包含三個評估模式，主要為

「觀光損失風險評估模式」，以評估於邊坡崩塌時在觀光方面的損失，並彙整文獻 [1]中之「生命損失風險評估模式」與「交通運輸損失風險評估模式」。

根據此風險評估模式，完整評估出每年道路邊坡崩塌風險值，以排序出各路段風險值等級。以經濟產業風險面而論，本文根據模式之評估結果，並結合各種邊坡整治工法之施工成本，來進行經濟性評估。找出最需整治之邊坡及最適合的整治工法組合，並就生命、運輸及經濟三個層面達成邊坡維護效益之最佳化。

本研究亦建立一「邊坡整治工法經濟效益評估系統」，用以提供公路養單位在最短時間內概算出受損道路可能之災損值與適用工法之選項，以及時進行道路維護工作之經濟效益評估。

本研究具體成果，主要計有：

(1)結合各種災害損失風險值，評估出邊坡風險狀態，並針對山區道路整治需求的重要度進行排序。

(2)本研究將邊坡工法基本資料結合風險值進行經濟效益評估，建立出最適整治工法選擇模式。

(3)本研究蒐集工法資料與建立「觀光損失評估模式」，結合文獻 [1]之「生命損失評估模式」及「交通運輸損失評估模式」，完整建立出「邊坡整治工法經濟效益評估系統」。

(4)建立一及時的「邊坡整治工法經濟效益評估系統」，並結合 GIS 圖資，

(3)

以協助使用者以視覺化方式進行判讀。

ABSTRACT

※ Key words: Slope, Mountain-Roads, Probability of Landslides, Risk Analysis, Damage Evaluation

Landslides along the mountain roads of Taiwan often occurred during or after strong earthquake or typhoon induced heavy rainfall that not only cause interruption of road traffic but also cause damage to vehicles and people. Due to the resource limitation of government, the overall assessments and maintenance of all road slops can not be fulfilled. Priority of road for maintenance is a crucial task for road maintenance department to identify.

The purposes of this research are to develop an assessment model for the landslide risk and to make strategies to maintain or repair the slopes. To aim Both needs to take into account the environmental conditions of the slopes, the engineering measures for stabilizing road slopes, the transportation issues, the human concerns, and the tourism effect when dealing with the slopes maintenance along the mountain roads.

This study developed a Slope Treatments Economic Evaluation System to

enhance the effectiveness and efficiency of decision making. To consider the

probability of landslides, temporal probability, spatial impact probability, the

value of human life, transportation time increased, and travel cost due to

alternative route etc., and then the loss of life and transportation and tourism

can be calculated. Based on the value of risk and the risk acceptance criteria

for loss of life that provides assistance for road maintenance department to

determine the priority of mountain roads for maintenance. According to the

environment conditions of the slopes, suitable slope treatments plans were

advanced by system.

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圖目錄

圖 1.1 研究流程 ... 3

圖 2.1 災損風險評估流程 ... 6

圖 2.2 生命損失風險評估模式流程 ... 8

圖 2.3 交通運輸損失風險評估模式應用程序 ... 10

圖 2.4 全球性安全量化指標 ... 12

圖 3.1 邊坡崩塌影響旅客事件程序示意圖 ... 18

圖 3.2 邊坡崩塌影響旅客事件程序、評估參數與意義 ... 19

圖 4.1 阿里山公路位置圖 ... 24

圖 4.2 阿里山雨量站之歷年雨量統計圖 ... 25

圖 4.3 阿里山雨量站之月平均雨量統計圖 ... 26

圖 4.4 研究範圍及現場調查點位置圖 ... 29

圖 5.1 觀光損失風險評估模式流程 ... 37

圖 6.1 邊坡崩塌前經濟效益評估模式應用流程 ... 55

圖 6.2 邊坡崩塌後經濟效益評估模式應用流程 ... 49

圖 7.1 系統初步規劃工作及流程 ... 50

圖 7.2 系統發展概念示意圖 ... 51

圖 7.3 系統架構 ... 53

圖 7.4 系統應用模式 ... 64

圖 7.5 系統作業環境 ... 55

圖 7.6 系統功能架構 ... 56

圖 7.7 道路邊坡案例資料管理模組功能架構 ... 56

(9)

圖 7.8 道路邊坡案例資料管理模組發展流程 ... 57

圖 7.9 災損風險評估模組功能架構 ... 60

圖 7.10 災損風險評估模組發展流程 ... 61

圖 7.11 經濟效益評估模組功能架構 ... 63

圖 7.12 邊坡工法基本資料管理發展流程 ... 64

圖 7.13 新增評估資料管理發展流程 ... 66

圖 7.14 刪除評估資料管理發展流程 ... 68

圖 7.15 最佳化排序管理發展流程 ... 69

圖 7.16 評估參數組合與迴歸模型管理模組功能架構 ... 70

圖 7.17 使用者帳號管理模組功能架構 ... 71

圖 7.18 道路邊坡崩塌災損風險評估系統整合流程 ... 75

圖 8.1 使用者登入頁畫面 ... 76

圖 8.2 系統主畫面 ... 77

圖 8.3 道路邊坡案例資料管理畫面 ... 77

圖 8.4 天然災害紀錄管理畫面 ... 78

圖 8.5 邊坡案例資料查詢畫面 ... 78

圖 8.6 新增邊坡案例功能畫面 ... 79

圖 8.7 新增天然災害紀錄畫面 ... 80

圖 8.8 新增交通車流資料畫面 ... 80

圖 8.9 新增觀光產業資料畫面 ... 81

圖 8.10 新增現地勘查資料畫面 ... 81

圖 8.11 新增崩塌紀錄畫面 ... 82

圖 8.12 選擇欲刪除之道路邊坡案例資料畫面 ... 82

(10)

圖 8.13 選擇欲修改之天然災害紀錄畫面 ... 83

圖 8.14 修改天然災害紀錄畫面 ... 83

圖 8.15 災害紀錄查詢畫面 ... 84

圖 8.16 輸入交通車流資料查詢條件畫面 ... 84

圖 8.17 顯示交通車流資料畫面 ... 85

圖 8.18 顯示觀光產業資料畫面 ... 85

圖 8.19 輸入道路邊坡案例資料條件畫面 ... 86

圖 8.20 勾選道路邊坡案例資料畫面 ... 86

圖 8.21 顯示道路邊坡案例資料畫面 ... 87

圖 8.22 災損風險評估功能主畫面 ... 88

圖 8.23 輸入欲評估邊坡案例條件畫面 ... 89

圖 8.24 勾選欲評估邊坡案例畫面 ... 89

圖 8.25 確認選取邊坡案例畫面 ... 89

圖 8.26 災損風險評估結果畫面 ... 90

圖 8.27 輸入欲查詢評估結果條件畫面 ... 90

圖 8.28 勾選欲查詢評估結果畫面 ... 91

圖 8.29 顯示詳細評估結果畫面 ... 92

圖 8.30 輸入欲刪除評估結果條件畫面 ... 93

圖 8.31 勾選欲刪除評估結果畫面 ... 93

圖 8.32 輸入欲檢視風險分佈圖條件畫面 ... 94

圖 8.33 選擇風險分佈圖顯示之資料類型畫面 ... 94

圖 8.34 GIS 圖資檢視 ... 95

圖 8.35 邉坡整治工法經濟效益評估功能主畫面 ... 96

(11)

圖 8.36 邊坡工法基本資料管理畫面 ... 96

圖 8.37 經濟效益評估功能主畫面 ... 97

圖 8.38 邊坡崩塌前、後評估選擇畫面 ... 97

圖 8.39 新增邊坡工法資料畫面 ... 98

圖 8.40 選擇欲刪除邊坡工法基本資料畫面 ... 99

圖 8.41 選擇欲修改邊坡工法基本資料畫面 ... 99

圖 8.42 修改邊坡工法基本資料畫面 ... 99

圖 8.43 選擇欲查詢之邊坡工法條件 ... 100

圖 8.44 合乎條件之邊坡工法資料畫面 ... 100

圖 8.45 崩塌前經濟效益評估輸入資料之畫面 ... 101

圖 8.46 選擇欲進行經濟效益評估邊坡之畫面 ... 101

圖 8.47 將進行評估邊坡基本資料之畫面 ... 102

圖 8.48 選擇適用整治工法之畫面 ... 102

圖 8.49 單一邊坡選擇最有效益工法之畫面 ... 103

圖 8.50 刪除評估資料管理畫面 ... 103

圖 8.51 崩塌前各邊坡整治工法最佳化排序之畫面 ... 104

圖 8.52 崩塌後經濟效益評估輸入資料之畫面 ... 105

圖 8.53 選擇欲進行經濟效益評估邊坡之畫面 ... 105

圖 8.54 輸入欲評估邊坡資料之畫面 ... 105

圖 8.55 將進行評估邊坡基本資料之畫面 ... 106

圖 8.56 選擇適用整治工法之畫面 ... 106

圖 8.57 選擇最有效益工法之畫面 ... 107

圖 8.58 刪除評估資料管理畫面 ... 107

(12)

圖 8.59 崩塌前各邊坡整治工法最佳化排序之畫面 ... 108

圖 8.60 評估模式管理主畫面 ... 109

圖 8.61 評估參數管理畫面 ... 109

圖 8.62 迴歸模型管理畫面 ... 110

圖 8.64 新增評估參數組合畫面 ... 110

圖 8.65 刪除評估參數組合畫面 ... 111

圖 8.66 選擇欲修改之評估參數組合 ... 111

圖 8.67 修改評估參數組合 ... 112

圖 8.68 選擇欲查詢之評估參數組合 ... 112

圖 8.69 顯示查詢之評估參數組合 ... 113

圖 8.70 新增空間機率迴歸模型 ... 113

圖 8.71 刪除迴歸模型 ... 114

圖 8.72 選擇欲修改之空間機率迴歸模型 ... 114

圖 8.73 修改迴歸模型 ... 115

圖 8.74 顯示資料庫中所有迴歸模型 ... 115

圖 8.75 使用者管理主畫面 ... 116

(13)

表目錄

表 2.1 生命損失風險評估計算式 ... 9

表 2.2 交通運輸損失風險評估計算式 ... 11

表 3.1 農林畜牧業產值 ... 16

表 3.2 道路邊坡崩塌影響因子 ... 19

表 3.3 崩落類型崩塌潛能 ... 20

表 3.4 坍滑類型崩塌潛能 ... 21

表 3.5 沖蝕類型崩塌潛能 ... 21

表 3.6 邉坡崩塌搶修時程 ... 22

表 3.7 雨天道路需求流量折減率 ... 23

表 3.8 車道受阻時道路容量折減率 ... 23

表 4.1 重大風災事件對阿里山公路造成崩壞之情形 ... 28

表 4.2 台十八線已崩塌邊坡案例 ... 30

表 4.2 台十八線已崩塌邊坡案例 ... 31

表 4.3 台十八線未崩塌邊坡案例 ... 32

表 4.3 台十八線未崩塌邊坡案例 ... 33

表 4.4 台十八線沿線觀光景點每月旅客人次 ... 34

表 4.5 台十八線沿線觀光景點旅客消費 ... 35

表 5.1 觀光損失風險評估計算式 ... 38

表 6.1 山區道路邊坡整治工法彙整 ... 44

表 6.2 山區道路整治工法施工時間與經費 ... 44

附

表 1.1 生命損失個人風險評估結果 (單位 :次 /年 ) ... 120

(14)

附

表 1.2 每年潛在死亡人數評估結果 (單位 :人 /年 ) ... 121

附

表 1.3 生命損失社會風險評估結果 (單位 :元 /年 ) ... 122

附

表 2.1 旅行時間損失風險評估結果 (單位 :元 /年 ) ... 123

附

表 2.2 車輛額外損耗風險評估結果 (單位 :元 /年 ) ... 124

附

表 3.1 風險評等結果 ... 125

(15)

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第一章緒論

1.1研究動機

道路建設為交通建設之主要項目，其所提供之服務品質對於社會整體發展、經濟成長、保障社會安全，甚至在確保國防安全均有關鍵性之影響。然而台灣是個多山的島嶼國家，山區的道路佔了極大比例。且因台灣大部分地區的地質年代較輕，造山運動仍在進行中。地殼因受到造山運動的擠壓而摺皺斷裂，導致地表岩體破碎，故常有落石及崩塌的情形發生。加上台灣位處環太平洋地震帶上，地震發生頻率高，易引致造成山區邊坡發生崩塌；若是豪雨或颱風侵襲，大量降雨夾帶土石崩落至山區道路上，將造成用路人生命、當地經濟產業及各項建設蒙受極大的損失。然而在道路邊坡維護經費及人力有限情形下，道路養護單位無法同時對所有邊坡進行全面檢測與修復之工作。因此，探討評估邊坡整治優先順序與最合乎經濟效益之整治工法，將有限資源做最有效運用之研究更顯重要。

國內對於邊坡破壞可能造成生命及經濟損失之相關研究，針對「生命損失風險」及「交通運輸損失風險」進行評估與建置系統 [1]。除此之外各產業的經濟活動均需仰賴公路進行交流，因此本研究為求合理估算損失風險值而針對經濟產業建立ㄧ評估模式，令道路養護單位能更精確判定整治優先順序。

由於單一山區道路之邊坡通常有一個以上邊坡同時崩塌，各邊坡所採取之整治工法也有所不同，礙於人力與資源的限制下必須針對最迫切需要之邊坡進行最合乎經濟效益之方式整治。因此本研究結合估算後之災損風險值與整治工法建立經濟效益評估模式，以輔助政府公路養路單位決定邊坡整治之優先順序及資源分配，達到有效節省公帑、時間、人力及充分運用政府資源之目的，並減少危險邊坡對人民財產的威脅。

1.2研究目的

依據於上述之動機，本研究擬定出下列三項研究目的：一、建立適合用於國內之災損風險評估模式：

導入風險評估觀念，由道路發生災損可能造成觀光損失之相關資料，建

立災損評估模式。並結合文獻建立完整的災損風險評估模式，用以評估各邊

坡的重要度。

(17)

二、建立邊坡整治工法經濟效益評估模式：

以量化後之風險值與邊坡整治工法做評估，而針對各邊坡整治工法做最佳化的建議，用以輔助道路管理者對邊坡整治方法制訂策略。

三、建立邊坡整治工法經濟效益評估系統：

依據道路邊坡災損風險評估模式與邊坡整治工法經濟效益評估模式，本研究開發邊坡整治工法經濟效益評估系統，將蒐集彙整之道路邊坡案例資料、崩塌紀錄、交通車流資料、觀光統計資料及天然災害紀錄，儲存於道路邊坡案例資料庫，提供公路養護單位藉由系統化之作業方式，於短時間內概算出受損道路可能之災損值，並依評估結果排列出邊坡整治之優先順序。再結合工法進行評估，做出最佳工法組合方案，使決策者可將資源做最有效的分配。另建立道路邊坡風險分佈圖，針對道路邊坡評估所得之災損風險值，利用地理資訊系統 (Geographic Information System, GIS )，將評估所得之災損風險值以圖形方式展示。

1.3研究範圍與限制

本研究之研究範圍主要針對道路邊坡破壞時可能造成之經濟損失進行探討，並結合國內相關風險評估因子做經濟效益評估。以國內山區道路為主要研究對象，取省道台十八線作為本研究之研究域。

1.4研究流程與方法

本研究之流程如圖 1.1 所示，以下針對研究流程步驟進行說明。

(18)

圖 1.1 研究流程步驟一、確立研究目的與範圍

首先針對邊坡整治對山區道路之重要性，以及道路邊坡在破壞發生後可能造成之損害類型等，進行初步瞭解，並針對邉坡維護整治提出最佳化評估之構想，據以擬定本研究之研究目的。

步驟二、確立研究方法與流程

依據本研究所界定之動機與目的，擬定出所採用之研究方法與研究流程。

步驟三、蒐集資料與文獻回顧

文獻探討與資料蒐集階段主要的工作項目如下所示： 1. 瞭解風險管理相關知識。

2. 回顧國內外天然災害風險相關評估之方法。 3. 回顧過去地理資訊系統之應用。

4. 蒐集山區道路邊坡保護工法。

(19)

步驟四、彙整邊坡案例、觀光與整治工法相關資料

1. 針對研究區域之現地勘查資料與過去該區域之邊坡破壞歷史案例進行蒐集與彙整。

2. 針對研究區域之觀光產業相關資料蒐集與彙整 3. 針對邊坡整治工法資料蒐集與彙整

步驟五、研擬觀光損失風險評估方法

參考國內外災損評估相關研究所發展之評估概念，以及現有觀光產業之案例資料，研擬一套適於國內現況使用之風險評估方法

步驟六、案例資料統計與分析

根據前一步驟所擬定之災損風險評估方法，針對所得之邊坡案例資料、崩塌紀錄及觀光統計資料分析與災損間的關連性。

步驟七、建立道路邊坡崩塌災損風險評估模式

觀光損失風險評估模式由步驟五、六之統計分析結果，推估道路邊坡崩塌時，各觀光景點收益損失的可能性，以貨幣單位將生命損失量化，推估道路邊坡生命損失風險值。

將觀光損失風險評估結合文獻之生命損失風險評估模式與交通運輸損失風險評估模式，並引入適當之風險評估準則，對災損風險程度進行評等，建立完整的道路邊坡崩塌災損評估模式。並對風險程度進行評等與邊坡整治需求排序。

步驟八、建立邊坡整治工法經濟效益評估模式

邉坡整治工法經濟效益評估模式由步驟七的評估結果，結合步驟四彙整的整治工法，對邊坡進行工法的效益評估。用以決策出各邊坡最佳化整治工法。

步驟九、建立邊坡整治工法經濟效益評估系統

利用步驟四蒐集所得之邊坡案例資料建置道路邊坡案例資料庫，以作為道路邊坡災損評估系統開發之基礎。本系統係以災損風險評估與經濟效益評估為主體，規劃完整之邊坡整治工法經濟效益評估系統，主要功能包括：道路邊坡崩塌災損風險評估、災損風險程度評等，以及整治需求程度排序。並應用地理資訊系統將不同類型之災損風險值，以圖層方式顯示。

步驟十、結論與建議

針對本研究所完成進度，提出適當之結論與建議以供後續研究發展及實

際運用時之參考。

(20)

第二章文獻回顧

本研究所探討之問題為如何對道路邊坡整治工法做最佳化的經濟效益評估，其中應用風險管理之概念，建立觀光損失災損風險評估模式，並納入文獻中「生命損失風險評估」與「交通運輸損失風險評估」兩個模式，以判斷各道路邊坡之綜合風險值與風險等級。並於系統結合地理資訊系統 (GIS)，有助於使用者以視覺化方式對山區道路之風險程度進行判讀。

各邊坡之風險值與風險等級經評估排序後，進而結合工法成本與工期做最佳化的經濟效益評估。可望在邊坡維護管理中，將有限的資源做最有利的分配。以下便針對上述議題進行相關文獻回顧與整理。

2.1災損風險評估

風險是一強調未來、可能性及未發生事件等之不確定性的概念。如果活動不具有不確定性，則無風險的存在。缺乏對於自然力量、人力及投入資源的控制、缺乏適當可靠及熟悉的資訊以及缺乏事件發生前可應變的時間等皆為風險形成的來源。

具體而言，風險係為事件的「發生頻率」 (Frequency)及發生後事件的

「後果」(Consequence)之組合乘積，缺一則無法完整表達風險內容。風險之衡量單位可依管理的設定為某特定期間或者為某特定活動之潛在後果，因此事件「發生」的單位便可為每單位期間內發生某事件之次數或者為某特定活動中發生某事件的機率；事件「後果」的單位則為每事件發生時之總後果（如死傷、財物損失等）規模數量或每事件發生時某特定風險承受者遭遇某後果之機率等。

風險評估可以分為定性 (qualitative) 、定量 (quantitative) 兩種 [2][4][28][30]。定性風險評估通常是將破壞發生的可能性及破壞後造成的結果區分為若干等級，形成得分系統，如此可以評估破壞造成相對之風險性，以作為防制工作之參考依據。定量風險是將風險予以量化，分別計算破壞發生機率 (Frequency)，與破壞後形成之結果 (Consequence)，並以兩者之乘積表示為風險。

其中以定量風險較能明確說明風險之程度，對於決策單位選擇處置之方式與管理辦法較有助益。香港土力工程處 (GEO) [28]於 1997 年針對香港地區 23 條公路 ,41 個曾經發生過邊坡滑動造成災損之公路路段，稱之為 Busy Road With a history of Landslides(BRIL)，各路段之長度範圍在 14 公里至 120 公里，交通流量大小 (Annual Average Daily Traffic， AADT)為 450/日 /年到 150120/日 /年，以定量風險評估方式，將結果於以排序，排序方式為每年經濟損失，每年死亡人數以及每公里每年總損失 (死亡人數與經濟損失合計 )。

藉由風險值之排序可決定邊坡穩定整治改善優先順序。本節以下及針對其定

(21)

量風險評估模式進行簡要說明。

圖 2.1 災損風險評估流程 [28]

1.災害與風險辨識

香港土力工程處歸納歷史邊坡崩塌資料，將邊坡形式分為填土與挖方邊坡，填土邊坡主要破壞模式為沖刷與滑動；挖方邊坡其主要破壞模式為滑動，道路開發形成之填土邊坡與挖方邊坡及其破壞時之影響範圍。

2.頻率分析

根據歷史資料統計不同邊坡形式滑動之年發生率，各邊坡形式佔總破壞邊坡資料筆數之比例，香港土力工程處 (GEO)於 1997 年統計在 1984~1996 年間之歷史記錄，其中，在 350 次邊坡滑動事件中以挖方邊坡發生破壞機率最高達 88%，尤其土壤邊坡又以岩石邊坡發生破壞機率最大。由以上統計資料可以歸納出各種邊坡類型的邊坡破壞頻率。

3.災損分析

在 BRIL 中，災損種類分為山頂或山腳道路或小徑損壞導致之潛在死亡

人數 (Potential Loss of Life, PLL)，及導致道路封閉因而影響交通阻塞或車輛

繞道行駛造成之經濟損失 (PLE)，由於其災損評估對象是針對道路開發類型

之邊坡，因此未考慮建物等設施之保全對象。此外亦統計滑動之角度、坡高

與滑動體積之間的關係，以做為風險計算之依據。

(22)

4.風險計算

邊坡破壞發生頻率與災損評估結果之乘積可得到風險值， BRIL 採用之風險值為每年死亡人數 (PLL/year)以及每年造成的經濟損失 (PLE/year)。

5.風險評估

風險評估以每年潛在死亡人數 (PLL)或年死亡率 (F)及死亡人數 (N)，即為社會風險表示方式或以單一用路人之年死亡率之個人風險表示方式。

目前國內依循香港土力工程處 (GEO) 模式已建立出一套邊坡風險評估模式 [1]，分別對生命損失風險與交通運輸損失風險兩方面進行評估。 2.1.1 及 2.1.2 將針對該評估模式做文獻回顧。

2.1.1 生命損失風險

「生命損失風險評估模式」建構流程如圖 2.2 所示；圖中首先根據每年

豪雨發生頻率統計結果與趙衛君 [6]所預測之邊坡崩塌機率，獲得到每年道

路邊坡發生崩塌事件之可能性。在災損分析方面，以時間機率、空間衝擊機

率以及死亡機率推估獲得道路邊坡崩塌時用路人之死亡機率；計算風險值

時，須加入蒐集所得之車輛平均乘載率 [17]以及國內生命價值 [21]等數據，

分別求得每年潛在死亡人數、生命損失個人風險值及社會風險值，其計算式

如表 2.1 所示。最後再以個人風險或社會風險標準 [32]進行生命損失風險評

等。各風險值評估結果於附錄一。

(23)

圖 2.2 生命損失風險評估模式流程

(24)

表 2.1 生命損失風險評估計算式

風險值名稱計算公式說明

個人風險

(生命損失)

^IR^^F^I ^^P^L^^P^T ^^P^S

^,

^life ^^P^D

每年潛在

死亡人數

PLL



IR



N^P

社會風險

(生命損失)

L^L



PLL



C^L



I^P

IR：生命損失個人風險(次/年)

F

I

：致災因子每年出現頻率

(次/年)

P

L

：邊坡崩塌機率 P

T

：時間機率

P

S,LIFE

：空間衝擊機率

P

D

：死亡機率

PLL：潛在死亡人數(次/年) N

P

：平均乘載率(人/車)

L

：生命損失社會風險值

C

L

：生命價值 I

P

：物價指數調整

2.1.2 交通運輸損失風險

「交通損失損失風險評估模式」建構流程如圖 2.3 所示；根據每年豪雨發生頻率統計結果與預測所得之邊坡崩塌機率，推估求得道路邊坡崩塌事件之每年發生機率。災損結果評估以空間衝擊機率推估獲得道路邊坡崩塌後各車道可能遭受土石覆蓋之機率，並以旅行時間延滯推估所得之延滯時間求得各種不同程度封閉下之延滯時間，並在計算交通運輸災損風險值時，加入蒐集所得之每日平均交通流量 (ADT)、平均乘載率 [17]以及旅行者時間價值 [20]

及車輛燃料耗費 [27]等數據，分別求得每年旅行時間損失風險值與車輛額外

損耗風險值，其計算式如表 2.2 所示。各風險值評估結果於附錄二。

(25)

頻率評估災損評估

風險計算

風險評估

圖 2.3 交通運輸損失風險評估模式應用程序

(26)

表 2.2 交通運輸損失風險評估計算式風險值

名稱計算公式說明

旅行時間

損失風險

^L^T ^^F^I ^^P^L^^P^T^^P^S

^,

^traffic^^T^D^^D^C^^ADT^^N^P^^C^T ^^I^P

車輛額外

損失風險

^L^O ^^F^I ^^P^L^^P^T ^^P^S

^,

^traffic^^T^D^^D^C^ÂDT^^CÔ^Î^P

L

T

:旅行時間損失風險(元/年) F

I

:致災因子每年出現

頻率

P

L

:邊坡崩塌機率 P

T

:時間機率

P

S,TRAFFIC

:空間衝擊機率 T

D

:旅行時間延滯(分/車) D

C

:道路封閉天數(日) ADT:每日平均交通

流量(車/日) N

P

:平均乘載率

C

T

:旅行者時間價值(元/分) I

P

:物價指數調整

L

O

: 車輛額外損耗風險 ( 元 / 年)

C

O

:車輛行車燃料與折舊費用(元/分)

2.1.3 災損風險評估標準

道路邊坡災損風險評等之標準，係以「災損風險評估模式」所得之「生

命損失個人風險」，引入「全球性安全量化指標」 [32]，做為生命損失個人

風險之評等標準，對道路邊坡災損風險進行評等，如圖 2.4 所示，以 1×10

^{- 3}

為「不可接受風險」的臨界值，以 1× 10

^{- 6}

為「可接受風險」的臨界值，當

生命損失個人風險值大於 1×10

^{- 3}

時，即判定為「不可接受風險」，介於 1×10

^{- 3}

與 1× 10

^{- 6}

之間時，判定為「可忍受風險」，風險值小於 1×10

^{- 6}

時，即判定

為「可接受風險」。各邊坡風險評等結果詳列於附錄三中。

(27)

圖 2.4 全球性安全量化指標

2.2地理資訊系統

2.2.1 地理資訊系統之簡介與發展

地理資訊系統 GIS（ Geographic Information Systems）是一套用來整合地圖並分析地球上發生事件的工具。 GIS 將地圖與一般資料庫整合，提供使用者如查詢和統計分析等功能。 GIS 具有相當強大的功能，使人能夠輕鬆製作地圖，整合資訊，並以圖像顯示並解決複雜的問題，呈現創意構想及研發有效的解決方案。

地理資訊系統萌芽於 1960 年代，各領域之文獻對其定義不盡相同，最常見的定義為 :「地理資訊系統是一套電腦輔助空間資料輸入 ( Input)、儲存 ( Storage)、尋取 (Retrieval)、分析 (Analysis)與輸出 (Output )的系統」[25]。

簡單來說，地理資訊系統乃是利用電腦來處理與地圖及空問相關資料的系

統，其所具備的圖形展示、套疊分析、環域分析、路網分析等空間分析功能

使其充分具備處理具空間特性及屬性資料兩特性之地理資料的能力。目前地

理資訊系統之應用領域非常廣泛，凡與地圖、空間資料相關之應用分析，均

可運用地理資訊系統加以輔助，如土地測量、地籍管理、都市與區域規劃、

環境與自然資源之管理與監測、公共設施之配置與維護、區位決策、市場分

析等。

(28)

2.2.2 地理資訊系統之基本功能

GIS 軟體提供了儲存、分析和呈現地理資訊所需的各項功能和工具 [23]。主要的軟體組件包括：輸入及操作地理資訊所需工具、資料庫管理系統、支援地理資訊查詢、分析和視覺化的工具、便於使用此系統的圖像式使用者介面。GIS 可將生活周遭的資訊按不同主題分層儲存，然後按地理位置結合各項資訊。這概念雖然簡單，但功效強大且用途極廣，且已經證實可有效解決許多實際問題，包括規劃貨運路線，記錄計畫應用的細節，和模擬全球大氣循環等。

地理資訊系統具有多種分析功能，例如儲存、擷取、分析、顯示等。地理資訊系統乃藉由各種分析功能及資料庫的配合，來對資料進行處理分析與查詢等作業，以提供資訊以輔助使用者規劃設計與管理決策等目的。茲將地理資訊系統中一些較基本且較常用的空間分析功能簡述如下：

一、環域分析

環域是指距離一空間物件某一指定距離內的區域，地理資訊系統提供了對點、線及多邊形之環域計算，亦即依據點、線或多邊形於其周圍建立新的多邊形。環域分析通常應用在區域劃定或範圍界定等需求，如污染源之污染區域之劃定、公共設施服務範圍之界定等。

二、套疊分析

套疊分析即是將二個以上之圖層加以疊合，進行聯集、交集、差集等分析運算，以得到所需之資料。此功能為地理資訊系統空間分析使用最廣的功能之一。地理資訊系統的圖形資料庫以不同的圖層代表不同的地物及其相關的屬性資料，圖層與圖層間可透過共同的參考坐標系與其他固層相互套合。套疊分析又可分為多邊形對多邊形套疊 ( Polygon-on-polygon Overlay)、

多邊形內點套疊 ( Point- in-polygon Overlay) ，及多邊形內線套疊 (Line- in-polygon Overlay)。套疊分析在大部分空間決策中占有重要地位，例如土地適宜性分析、可發展地區與限制發展地區之劃分等。

三、空間查詢

空間查詢可分為由空間查詢及由屬性查詢二大類，由空間查詢乃指直接在圖面上點選有興趣的區域，系統便顯示其相關的屬性資料欄位；由屬性查詢則是依據查詢工具之指定條件，由系統將符合條件之圖徵及屬性資料加以顯示。

四、路網分析

路網分析通常用於預估路網負載（如道路承載量預估）、路徑最佳化（如

消防、救設車輛之派遣、貨運車之路線規劃等）、及資源配置（如垃圾收集

站之選定）等。

(29)

五、統計分析系統

目前的地理資訊系統在廣泛的應用及發展下，亦具有一般統計分析的基本功能，如平均值、標準差、線性迴歸等，以便能將空間資料作更彈性的分析應用，如成長趨勢分析、因子分析、群落分析等 ;另外，並可藉此功能產生各種統計圖表，以提高地理資訊之表達能力。

六、其他功能

除了上述的基本功能外，地理資訊系統還有其他許多功能，例如對次數、距離及面積等之計算功能、製圖功能、視域分析功能、坡度與坡向之計算，以及圖形輸出功能等。

2.3 邊坡保護工法簡介

由於影響邊坡穩定性之因素繁多且複雜，因此邊坡可能發生之行為，較難掌握。並由於多數的影響因子會隨時間而改變，因此選擇適當的邊坡穩定工法需符合現場條件考量，如安全性、施工性、耐久性、維護性、經濟性及景觀性等。

一般就功能而言，廣義的山坡地護坡工程依據整治目的及穩定功能之不同，可概分為三類：（ 1）坡面保護工法（ 2）擋土護坡工法（ 3）邊坡排水。以下說明摘自 [5][10]。

2.3.1 坡面保護工法之種類與適用性

選擇邊坡保護工法主要考慮的要點，在於何種植生或坡面保護工法，能否有效覆蓋裸露之坡面，以減少雨水或逕流造成坡面之沖蝕及風化，進而避免沖蝕擴大誘發淺層之崩塌。由於該類護坡較不能承受側向土壓力，故僅適用於較平緩且穩定之土坡或無滑動之慮的岩坡上。

2.3.2 擋土護坡工法之種類與適用性

選擇檔土護坡工法之主要目的，係提供邊坡抗滑及穩定功能，常見的擋土護坡有重力式擋土護坡、半重力式擋土護坡、加勁式擋土護坡及錨拉式護坡等多種類型。以下例舉常見的數種擋土護坡工作說明如下：

(1)重力式擋土牆

此類擋土護工均擋土牆自重來抵抗滑動與傾倒之趨勢。例如砌石擋土

(30)

牆、無筋混凝土擋土牆、格床式擋土牆及蛇籠式擋土牆等均為此重力擋土牆的一種。

(2)半重力式擋土牆

此類擋土護工係以本身結構之重量及擋土牆底版上方之土體重，結合鋼筋混凝土強度，提供邊坡之抗剪及抗滑動之功能。常見的有 RC懸臂式擋土牆及 RC 扶臂式擋土牆等等。

(3)加勁式擋土牆

此類擋土牆通常係以預鑄牆面版、橫向加勁材及回填土石料所構成。一般依加勁材所使用的類型可分為硬式及軟式加勁擋土牆。此類型擋土牆係藉助於加勁材料，將牆面版與回填土結合為一體，以其重量發揮擋土功能。適用於高填土區使用，可有效縮小土方範圍增加使用空間，較為經濟。

(4)錨拉式擋土牆

錨拉式擋土牆使用在邊坡穩定上，係以高張力鋼材穿過可能滑動之土體或岩體，將其錨錠於穩定之地盤內，並對鋼材施加預力，使其能牢繫可能滑動之土體或岩體。地錨之錨頭端一般配合面版承載於坡面並分散其荷載，或配合格樑系統加以承載使荷載能均勻分佈於坡面。

(5)其他

其他擋土工法類型如有抗滑樁、土釘工法及輕質回填土工法等。

2.3.3 邊坡排水

由於水的存在對於邊坡之穩定性有著極大的影響性，因此邊坡排水也是

一個關鍵的重要因子，而邊坡排水的主要目的為（ 1）減少地表水入滲至土 (岩 )

體中；（ 2）將已停滯在土 (岩 )體中的地下水儘速排除，以減少土 (岩 )體中

的含水量，以降低水壓力。一般邊坡排水方法可分為坡面截水、護坡牆身排

水及地下排水等三類。

(31)

第三章觀光損失風險評估方法

道路邊坡崩塌災損事件之風險評估分為災損 (Consequence)分析、頻率 (Frequency)分析兩部份 (如圖 2.1)，災損事件為觀光損失，頻率為每年豪雨發生頻率與邊坡崩塌機率。

本研究首先針對台十八線沿線經濟產業進行分析，進而將道路邊坡崩塌時，可能對經濟造成的災損風險進行探討。

在道路邊坡崩塌災害事件發生頻率方面，本研究將參考國內對於省道台十八線沿線邊坡崩塌潛能預測相關文獻所提出的成果，作為本研究對災害頻率分析方面之依據。其中每年豪雨發生頻率與邊坡崩塌機率於本章之 3.2.1 節進行介紹。

分析結果著重在道路邊坡崩塌時觀光人次之影響進行統計分析，以獲得觀光受阻下的旅遊人次 (Qs)，進而計算觀光損失風險值。

3.1 地區基本資料

3.1.1 經濟產業狀況

嘉義縣之行政區域分佈於台十八省道沿線的有番路鄉、竹崎鄉及阿里山鄉等。上述區域之主要經濟活動為農、林、畜牧及觀光業，而此類型之產業均仰賴交通進行經濟活動。故本研究調查主要之產業類型及其產值，從道路交通之觀點評估對經濟活動的影響，以機率之模式推估其可能遭受之損失。

針對台十八省道沿線所聯繫之區域，依鄉、鎮或市等行政區域作劃分，對當地所從事之各項產業類型及其產值進行資料蒐集與調查，嘉義縣農林漁牧之年產值為新台幣 643,463 千元，其中農、林、牧分配比例如表 3.1 所示：

表 3.1 農林畜牧業產值

業別比例金額 (千元 )

農業佔 59.85% 307,254

畜牧業佔 38.87% 199,667

林業佔 1.25% 6,435

(資料來源：行政院主計處 )

(32)

表 3.1 由於本研究針對山區道路進行分析，故經濟產業上並無考量漁業的產值。

3.1.2 產業與交通關聯性

本研究針對該地區產業於物流、運輸及對外聯繫之依賴程度進行分析比較如下：

一、林業

林業的生產礙於現行法令的規章，已經禁止從事相關的經濟產出。二、畜牧業

以台十八線沿線鄉鎮而言，阿里山鄉在運輸過程必須仰賴公路的比重最大，但該鄉鎮所飼養的家禽、家畜僅供當地居民食用，沒有對外銷售，故道路崩塌對該鄉鎮並無影響。其次番路鄉及竹崎鄉均有替代道路可對外聯繫，不會因道路崩塌造成經濟損失，而經由替代道路運行的損失將於「交通運輸損失」 [1]中考量。

三、農業

台十八線沿線鄉鎮的經濟活動，農業的經濟收入佔約 47%，實屬當地最重要的經濟收入來源。在研究初期將該產業視為經濟損失中重點探討的產業之ㄧ，但經訪談與分析結果得知，由於生產技術與保存技術的進步，再加上道路可在最短時間內搶通，當地農業損失原因皆來自於天災對作物直接的影響，而道路受阻對於農業損失並無直接的關連性。故農業的損失值並無納入考量。

四、觀光

在觀光損失值估算方面，主要考量為觀光產業之收入，進而探討道路受阻下可能會造成的觀光損失風險值，而觀光產業資料來源則以觀光局既有統計之觀光景點為主。

根據上述分析結果，本研究將已觀光作為台十八線主要「經濟損失風險評估」之產業。

3.2 觀光損失風險評估方法

道路邊坡發生崩塌造成觀光損失事件的程序如圖 3.1 所示。觀光損失之

事件可分成豪雨事件發生、道路邊坡崩塌與觀光景點受阻等三階段，本研究

依事件發生順序，分別以每年豪雨發生頻率、邊坡崩塌機率、與受阻礙下之

(33)

觀光損失代表「豪雨事件發生」、「道路邊坡崩塌」與「觀光景點受阻」三個事件階段發生的可能性 (圖 3.2)，推估道路邊坡之觀光損失風險。

圖 3.1 邊坡崩塌影響旅客事件程序示意圖

(34)

圖 3.2 邊坡崩塌影響旅客事件程序、評估參數與意義

彙整上述得知每年豪雨發生頻率、邊坡崩塌機率與觀光損失值為計算觀光損失風險值的三個必要參數。以下就各事件程序之機率進行介紹。

3.2.1 降雨頻率與邊坡崩塌機率

本研究參考國內對省道台十八線道路邊坡崩塌潛能之相關研究，趙衛君 [6]將邊坡破壞歸納分類成崩落、坍滑及沖蝕三種，確認 16 項較具代表性之邊坡破壞影響因子，並將其分為基本因子、變動因子及誘發因子三類 (如表 3.2)。

表 3.2 道路邊坡崩塌影響因子 [6]

類別影響因子

坡向坡度地形坡高

坡形

地質地層種類

坡向與傾向夾角岩層位態

坡度與傾角夾角岩塊規模風化及破碎程度

岩塊體積百分比植被覆蓋面積百分比基本

因子

自然因子

植被植被覆蓋厚度

(35)

水系集水區面積坡趾開挖高度人為

因子道路開闢

坡度改變量

變動因子地震力最大水平地表加速度

誘發因子降雨颱風累積降雨量

表中基本因子可分為自然因子與人為因子兩項，自然因子包括：坡向、坡度、坡高、坡形、地層種類、坡向與傾向夾角、坡度與傾角夾角、岩塊規模、岩塊體積百分比、植被覆蓋面積百分比、植被覆蓋厚度與集水區面積；人為因子包括：坡趾開挖高度、坡度改變量；而變動因子則以最大水平地表加速度者要影響因子，文獻中應用高斯過程預測邊坡崩塌之潛能，其所建立之預測模式係以降雨為誘發因子，故本研究依循其預測模式所選取之因子與歸類方式，假設導致道路邊坡發生崩塌事件之臨界降雨量為超過豪雨標準之降雨規模，並以中央氣象局訂定之 130mm/24hr 豪雨標準，作為每年誘發因子出現頻率。本研究以中央氣象局於民國 86~94 年間嘉義氣象站與阿里山氣象站統計超過豪雨標準之天數，求得每年降雨量超過豪雨標準之平均天數為 4.67 天，意即每年誘發因子出現頻率為 4.67 次 /年。而崩塌機率方面，則引用趙衛君以高斯過程對省道台十八線各邊坡案例預測所得之邊坡崩塌潛能 (如表 3.3、 3.4、 3.5)。

表 3.3 崩落類型崩塌潛能 [6]

項次

里程崩塌

機率項次

里程崩塌

機率

項次

里程崩塌

機率

1 2 1 K +100 0. 96 1 5 6 6K+ 34 0 0. 7 8 29 6 5K+20 0 0.26

2 2 4 K +750 0 .71 1 6 7 7 K+ 90 0 0. 5 9 30 5 4K+15 0 0.31

3 2 4 K + 95 0 0. 95 1 7 5 8K+5 0 0 0. 6 7 31 5 3K+85 0 0.09

4 2 4 K + 80 0 0. 92 1 8 3 1K+ 50 0 0. 5 5 32 5 2K+85 0 0.06

5 2 4 K +83 0 0. 92 1 9 8 0K+6 0 0 0. 0 5 33 2 1K+30 0 0. 5

6 4 5 K + 40 0 0. 89 2 0 7 9K+0 5 0 0. 0 1 34 3 2K+55 0 0.07

7 4 5 K +9 0 0 0 .68 2 1 7 8 K+9 5 0 0. 2 8 35 3 8K+40 0 0.07

8 5 3 K +250 0 .46 2 2 7 6 K+0 0 0 0. 0 3 36 3 8K+45 0 0.17

9 5 6 K + 70 0 0. 62 2 3 7 3K+7 0 0 0. 1 7 37 4 0K+80 0 0.03

10 5 8 K + 50 0 0. 67 2 4 7 3K+3 0 0 0. 1 5 38 4 2K+50 0 0. 1

11 6 5 K +000 0 .68 2 5 7 1 K+7 0 0 0 39 4 3K+ 500 0.0 2

12 6 5 K +7 0 0 0 .81 2 6 7 1 K+6 0 0 0.3 40 4 5K+05 0 0.04

13 6 6 K + 04 0 0. 97 2 7 7 1K+4 0 0 0. 2 8 41 4 7K+40 0 0.02

14 6 6 K + 10 0 0. 93 2 8 6 6K+5 5 0 0. 0 4 - - -

(36)

表 3.4 坍滑類型崩塌潛能 [6]

項次

里程崩塌

潛能項次

里程崩塌

潛能

項次

里程崩塌

潛能 1 2 1 K +500 0 .96 1 0 28K + 100 0 .86 19 7 9K+65 0 0. 2 2 2 1 K +555 0 .81 1 1 40K + 3 00 0 .88 20 7 5K+00 0 0.26 3 2 1 K +650 0 .86 1 2 59K + 210 0.7 8 21 7 0K+ 300 0.4 3 4 2 2 K + 00 0 0. 82 1 3 5 9K+ 5 00 0. 9 2 2 67K +40 0 0. 37 5 2 2 K + 15 0 0. 78 1 4 6 9K+ 5 50 0 .62 23 6 3K+60 0 0.57 6 2 2 K +3 0 0 0 .93 1 5 69K + 7 00 0 .67 24 6 1K+95 0 0.14 7 2 4 K +700 0 .76 1 6 74K + 005 0.3 3 25 2 5K+ 550 0.6 9 8 2 6 K+100 0 .78 1 7 75K + 320 0.6 6 26 3 5K+ 100 0.2 6 9 2 6 K + 60 0 0. 84 1 8 8 1K+ 7 00 0 .43 - - -

表 3.5 沖蝕類型崩塌潛能 [6]

項次

里程崩塌

潛能項次

里程崩塌

潛能

項次

里程崩塌

潛能 1 2 0 K + 50 0 0. 74 1 5 5 7K+ 0 1 0 0 . 77 2 9 26K +30 0 0. 67 2 2 1 K +400 0 .63 1 6 58K + 5 30 0 .85 30 3 0K+75 0 0.07 3 2 1 K + 85 0 0. 65 1 7 5 8K+ 6 50 0 .85 31 3 2K+25 0 0.03 4 2 2 K + 40 0 0. 85 1 8 6 3K+ 6 00 0 . 7 32 3 3K+30 0 0.02 5 2 2 K +8 0 0 0 .82 1 9 69K + 7 60 0 .26 33 3 3K+70 0 0.02 6 2 2 K + 85 0 0. 8 2 2 0 4 3K+ 2 00 0 .79 34 3 3K+85 0 0.03 7 2 2 K + 90 0 0. 8 7 2 1 6 2K+ 4 00 0 .11 35 3 4K+30 0 0.22 8 2 6 K + 70 0 0. 96 2 2 6 1K+ 5 00 0 .13 36 3 6K+30 0 0.05 9 2 6 K + 70 0 0. 93 2 3 6 1K+ 2 50 0 .47 37 4 0K+65 0 0.04 10 2 8 K + 25 0 0. 91 2 4 6 0K+ 9 00 0 .24 38 4 2K+60 0 0.03 11 3 1 K +700 0 .68 2 5 59K + 950 0. 1 3 9 47K +10 0 0. 02 12 4 2 K +700 0 .51 2 6 59K + 750 0 .05 40 4 7K+30 0 0.34 13 4 5 K +200 0 .81 2 7 53K + 050 0 .04 41 4 9K+00 0 0.28 14 4 5 K +1 0 0 0 .77 2 8 51K + 150 0 .01 42 5 1K+00 0 0.37

3.2.2 觀光損失

觀光損失是指邊坡發生崩塌時，導致旅客無法到達觀光景點消費所帶來的損失。故觀光損失值的估算為道路受阻下觀光人次 (Qs)的狀況。

在道路受阻下觀光人次 (Qs)方面，本研究首先彙整觀光局對台十八線沿

線景點人次統計資料。再依工程實務考量搶修施工時程，以計算出道路受阻

台灣山區道路邊坡災害防治最佳化之研究---子計畫：道路邊坡崩塌潛勢分析及災損風險評估(III)

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 █ 成 果 報 告

□期中進度報告