空載光達於國有林班地大規模崩塌災害 評估之應用

文/圖 何岱杰 ■ 國立成功大學防災研究中心研究助理(通訊作者) 張維恕 ■ 國立成功大學防災研究中心研究助理

劉守恆 ■ 國立成功大學地球科學系博士後研究員 林慶偉 ■ 國立成功大學地球科學系教授

一、前言

台灣山區位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交 界，因強烈的板塊造山運動導致台灣山脈高 聳、地形變化大，地質破碎。台灣四周臨海，

水氣充沛，每年4月到9月期間分別是主要的降 雨期間，雨量分布甚為極端。因台灣地質破 碎，山區廣泛、發生地震頻率高等先天條件不 良，再加上雨量充沛且極端降雨事件頻傳的外 在環境條件不佳，種種不利因素使得台灣山區 山崩頻傳。

自93年內政部為因應國內高精度與高解析 度的數值地形資料的需求，引進具有穿透植被 特性的空載光達測繪系統，建立5米網格解析度 的數值地形資料。而莫拉克風災過後，經濟部 中央地質調查所在「國土保育之地質敏感區調 查分析計畫」中推行空載1米網格解析度的高精

度光達數值地形測繪，並開始積極應用於山坡 崩塌地的調查。而台灣在光達數值地形的應用 上已極為廣泛，如林業調查(羅詔元與陳良健，

2009)、土石災害調查(周憲德等，2012)或地質 斷層調查(Chan et al., 2007)等。本研究利用空 載光達可穿透植被的特性(內政部國土測繪中 心，2005)並配合航空照片，針對南部重點流域 進行大規模崩塌判釋及調查，找出具有大規模 崩塌發生潛勢之區位，供防減災工作執行之參 考。

本研究判釋範圍為高屏溪與曾文溪流域上 游集水區之國有林班地，涵蓋大埔、玉井、旗 山、荖濃溪、玉山、屏東等林班事業區，判釋 總面積約4,036平方公里。在傳統判釋大規模崩 塌的方法是利用航照立體鏡尋找崩塌特徵(如崩 崖)，有耗時耗力、不易判釋、難以數位化展示

空載光達於國有林班地大規模崩塌災害

評估之應用

之缺點，且航空照片和衛星影像解析度不足，

難以呈現潛在大規模崩塌細部地形特徵。而本 研究判釋範圍廣大，傳統航照影像判釋難以快 速、明確的找出具崩塌地形特徵的大規模崩塌 潛在區位，故本計畫利用高精度數值地形配合 地理資訊系統軟體，利用陰影圖、坡度圖找出 潛在大規模崩塌區位，將判釋結果直接在圖面 上數化，提高判釋效率，並配合現場調查驗證 查核判釋結果。同時傳統監測崩塌地的地工方 法花費甚大，本研究利用單頻GPS、地表伸縮 計與雨量計建置簡易型的坡面位移監測系統，

其花費相對傳統地工監測較少且快速，以有效 長期掌握評估整體坡面活動性。

二、 潛在大規模崩塌判釋方法 與現場調查

(一)潛在大規模崩塌判釋方法

歐洲地區將坡面長期受重力造成大面積，

破 壞 面 深 入 岩 盤 ， 並 緩 慢 運 動 的 崩 塌 稱 為 DSGSD(Deep-Seated Gravitational Slope Deformation) (Agliardi et al., 2001)，而日本將滑 動深度大於3米且深入岩盤的崩塌，稱為「深層 崩壞」。但國內各相關單位尚未對這一般狀態 下大面積緩慢運動的崩塌明確定義或命名。而 此類性崩塌在台灣常見的的山崩分類法中，如 Varnes (1978)指一般情形下為緩慢運動「滑 動」和「側滑」(表1)；經濟部中央地質調查所 則是以「岩體滑動」一詞代表，指岩體滑動之滑 動面深入岩盤，滑動體具有較大厚度與規模。因 滑動面較深滑動體常保有完整性；滑動範圍較大 者，可達數十公頃以上，依破壞的模式大致可分 為平面型、圓弧形型或複合型(表2)；水土保持手

冊中「地滑」定義係指移動土體或岩體之規模較 大，通常在較緩坡度之斜面發生，其運動之典型 特徵在於移動速度緩慢，而移動時可能呈斷斷 續續或持續緩慢運動，往往移動土體上方之構 造物尚可保持原狀(表3)。目前行政院對於莫拉 克颱風時在小林村所發生之嚴重土石災害是以

「大規模崩塌」稱之，國家災害防救科技中心 則初步以崩塌面積大於10公頃或滑動深度超過

運動類型

材料分類

岩石 工程土壤

岩屑 土

墜落 岩石墜落 岩屑墜落 土墜落

傾覆 岩石 傾覆岩屑 土傾覆

滑動 圓弧形

岩石滑動 岩屑滑動 土滑動 平面型

側滑 岩石側滑 岩屑側滑 土側滑

流動 岩石流動 岩屑流動 土流動

複合型運動 綜合兩種或兩種以上之運動方式

運動類型

材料分類

岩石 工程土壤

岩屑 土

墜落 落石 山崩

傾覆

滑動 圓弧形 平面型 地滑

流動 土石流

運動類型

材料分類

岩石 工程土壤

岩屑 土

墜落 落石

傾覆 岩屑崩滑 滑動 圓弧形

平面型 岩體滑動

流動 土石流

表1 Varnes山崩分類法

表2 中央地質調查所山崩分類法

表3 水土保持局山崩分類法

10米者為大規模崩塌。

相關單位對於此類型的崩塌是崩塌深度作 為分類的依據，但圖面判釋崩塌地難以藉由崩 塌深度作為判釋依據。為方便大範圍、快速地 圖面判釋此類大面積且緩慢運動的崩塌區位，

本研究引用的大規模崩塌定義為：崩塌土方大 於10萬立方的崩塌，也就是崩塌面積大於10公 頃，崩塌深度10公尺的大型崩塌(千木良雅弘，

2011)。一般來說，崩塌面積越大，崩塌深度亦 越深，崩塌土方也就越多，因此在判釋時，定 義「潛在大規模崩塌」為具有崩塌地形特徵且 潛在崩塌面積大於10公頃之崩塌區位。

在歐洲地區利用光達資料進行大規模崩塌 區位判釋已相當成熟，而在日本相關研究(千木 良雅弘，2011)也認為大規模崩塌的發育過程 中，地形上常存在崩崖、凹谷等崩塌地形特

徵 ，2 0 1 4 年 3 月 美 國 華 盛 頓 州 S n o h o m i s h County造成多人傷亡的崩塌便是一例，而此崩 塌區位在災前的光達數值地形便已經發育明顯 的崩塌特徵。大規模崩塌地形大致可以分為冠 部、陷落區和隆起區，其主要特徵有主崩崖、

次崩崖、冠部崩崖、冠部裂隙，反向坡與陷溝 (Trench) (Agliardi et al., 2001; Chigira, 2009;

Chigira and Kiho, 1994; Crosta et al., 2013;

Pedrazzini et al., 2013; Varnes, 1978; 日本土木 研究所，2008)等線性構造，如圖1所示。

1. 冠部是大規模崩塌發育的頭部，此區為張裂環 境。坡面因拉張而發育較大落差者稱為冠部崩 崖，較小者為冠部裂隙。

2. 陷落區是大規模崩塌主要材料來源，一般地貌 會發育為似碗狀的凹谷地形。內部主要崩塌構 造是主崩崖、次崩崖，若滑動體因圓弧滑動，

圖1 大規模崩塌特徵示意圖(修改自Varnes, 1978)

可能造成坡面反轉(坡面朝山脊，形成反向坡 地形。

3. 主崩崖為大規模崩塌主要判釋特徵，為崩塌最 主要的滑動面，是高精度數值地形判釋中最重 要之線性。

4. 次崩崖是大規模崩塌滑動體內部之崩崖，主要 為舊崩崖。若崩塌區內存在許多次崩崖，會使 坡面如階梯狀，也就是坡面內部存在許多舊崩 塌。

5. 多重山脊地形是指滑動體因旋轉運動，導致坡 面反轉使坡向朝山脊，而與正常坡面(朝河谷) 之間形成一凹谷。此朝山脊之坡面稱為反向坡 (Counterslope)，而凹谷稱之為陷溝(Trench)。

6. 隆起區為大規模崩塌趾部變形帶或崩崖堆積 區。趾部變形帶的主要應力狀態是壓應力，並

呈現隆起狀。崩塌體內可見岩盤破碎變形。 圖2 潛在大規模崩塌分布圖

表4 林班地潛在大規模崩塌調查表

形凹狀坡面。現場查核結果(調查點如圖5)，崩 崖調查方面，調查點15顯示主崩崖高差約18公 尺，並有3階連續崩崖地形，每階崩崖高約6到 8公尺(照片1)。在調查點17與調查點8皆位於主 崩崖北側附近，因崩塌滑動體活動而分別造成 30公分(照片2)和40公分的裂隙(照片3)。而崩塌 區位內道路損壞情形十分常見，調查點19和11 皆有道路因裂隙發育(照片4、5)，導致產業道路 破壞。

圖3 高雄市-桃源區-D346地理位置圖

圖4 崩塌高精度數值地形判釋結果，紅色箭頭處為崩崖的遷急線 (坡面從上而下坡度由緩變陡處)。

(二)潛在大規模崩塌判釋與現場調查結果 本研究判釋範圍分別為曾文溪流域高屏溪 流域之國有林班地。潛在大規模崩塌判釋結果 共有1,003處潛在大規模崩塌，其中大埔事業區 144處、玉井事業區41處、旗山事業區306處、

荖濃溪事業區152處、玉山事業區228處、屏東 事業區132處(圖2)。為查核判釋準確性與了解現 地情況，本研究選擇交通可達的潛在大規模崩 塌 進 行 現 場 調 查 ， 以 崩 塌 編 號 高 雄 市- 桃 源 區-D346為例，其崩塌調查表如表4。

此崩塌位於寶來溪右岸，與荖濃溪匯流口 上游約3公里處(圖3)，崩塌中心坐標TWD97 (221324，2554900)，崩塌面積約為96.6公頃、

平均坡度約為31.1度，潛在崩塌區位最高點標 高1,060公尺，最低點標高460公尺，最大寬度 920公尺，岩層為潮州層(硬頁岩)。

由 高 精 度 數 值 地 形 判 釋 地 形 特 徵 結 果 顯 示，崩塌範圍為一上下近等寬的五角形。坡面 可分為兩大區，北側坡面中間呈現多處圓弧狀 崩崖，崩崖分成兩部分，外側為主崩崖，內側 為坡腹崩崖(圖4)。南側坡面為上凹下緩近三角

圖5 崩塌航空照片與調查點位置

三、 潛在大規模崩塌簡易監測 系統建置

(一)簡易監測系統建置方法

潛在大規模崩塌具有崩塌面積廣大，滑動 體滑移距離長且常由數處崩塌組合而成之特 性，因此當滑動體尚未完全崩滑前可能已有十 數米之滑移現象發生，傳統現地鑽探與傾斜管 監測等方法除經費龐大外，仍可能無法有效監 測潛在大規模崩塌之滑動。潛在大規模崩塌數

照片1 調查點15是主崩崖中最高一階的崩崖，崖面高差8米。 照片4 調查點19因裂隙活動造成產業道路破壞，產生約50公分的 落差。

照片2 調查點17因崩塌活動導致主崩崖附近發育裂隙，並導致路 面破壞，裂隙高差約30公分。

照片5 調查點11位於坡面部分滑移，導致舊有路面毀損，產生60 公分不等的高差。

照片3 調查點8因主崩崖活動而發育約40公分高差的裂隙。

目龐大，無法每處崩塌區都進行傳統花費甚高 的地工監測，故在進行崩塌地詳細調查之前，

如何建立一套簡易有效、花費較低的監測系統 是本研究重要的工作。

為達到有效、簡易，長期性的進行潛在大 規模崩塌前期評估，確認崩塌活動性，針對此 一目的，利用(1)單頻GPS設備，布置於適宜安 裝儀器重點坡面，進行較長時期、週期性的觀 測作業。崩塌坡面裂隙發育是崩塌活動性的重 要指標，且降雨易透過地表裂隙直接入滲到岩 盤進到底部滑動面，導致滑動面強度降低，故 配合(2)地表伸縮計直接量測地表裂隙變化。因 台灣地區的地形及氣候特性，降雨隨空間的變 異性相當高，為瞭解大規模崩塌較精確的降雨

圖6 監測儀器配置圖，上圖為航空照片影像，下圖為高精度數值地 形圖。

資訊，在崩塌潛勢坡面適當地點設置(3)雨量觀 測站，配合前述兩項移動監測資料進行分析，

方能完整了解大規模崩塌的移動機制與特性。

為取得較佳的監測資料，本研究選擇活動 性 較 高 的 潛 在 大 規 模 崩 塌 編 號 高 雄 市- 桃 源 區-D346進行監測，因此區國有林班地植生茂密 的喬木樹林，僅部分地點透空度佳，監測儀器配 置有5個單頻GPS站、2處地表伸縮計與1個雨量 筒。地表伸縮計架設於主崩崖附近的裂隙，單頻 GPS站則位於滑動體頭部，其配置圖如圖6。

(二)監測資料結果與分析

1. 坡面降雨量觀測：雨量筒記錄時間為102年7 月起迄今，此期間主要的明顯降雨事件有：

(1)8月20日-8月24日，潭美颱風，其累計雨量 386毫米；(2)8月27日-9月1日，康芮颱風，其 累積雨量為680毫米；(3)9月19日-9月22日，

天兔颱風，其累積雨量為139.5毫米。降雨歷 程與累積雨量如圖7所示。

2. 衛星地位系統(GPS)觀測資料分析：GPS接收 時間為102年6月20日迄今，GPS測量分析結 果，N軸正值為朝北移動，E軸正值為朝東移 動，H軸正值為朝上移動，故得到23-G1的位 移量朝北3.7公分，朝西17公分，下降11.8公 分；23-G2的位移量朝北3.9公分，朝西21公

350 300 250 200

日雨量(mm) 累積雨量(mm)

潭美颱風 康芮颱風

150 天兔颱風 100 050 050 400

日雨量 累積雨量

7月1日 7月8日 7月15日 7月22日 7月29日 8月5日 8月12日 8月19日 8月26日 9月2日 9月9日 9月16日 9月23日 0 9月30日 10月7日

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

圖7 雨量筒累計雨量紀錄與降雨事件

圖8 單頻GPS站南北方向(N軸)位移變化資料與雨量資料比對

圖9 單頻GPS站東西方向(E軸)位移變化資料與雨量資料比對

圖10 單頻GPS站高程(H軸)變化資料與雨量資料比對

分，下降14公分；23-G4的位移量朝北3.2公 分，朝西21.8公分，下降20.5公分23-G5的位 移量朝北4.3公分，朝西27.3公分，下降18.2 公分。顯示崩塌地高雄市-桃源區-D346位移 趨勢為往西北向移動，高程部分則有往下滑動 趨勢如圖8-圖10所示。

3. 地表伸縮計：地表伸縮計自102年8月17日架 設至今，期間於10月2日及10月25日各收取一 次紀錄數據，其結果顯示8月17-10月2日，監 測點23-E1約有8公分的拉伸量，而監測點 23-E2也約有5公分的拉伸量；而10月2日-10 月25日，兩個監測點則無明顯的變化量。

綜合分析以上監測資料，監測點23-G1、

23-G2、23-G4、及23-G5四個GPS位移變化資 料與雨量資料(8月18日-9月15日)同時分析比對 可發現，在雨量事件前坡面地表GPS站原為穩 定狀態，位移變化曲線大致為一水平線。但在

潭美颱風(8月20日-8月24日)及康芮颱風(8月27 日-9月1日)這兩個主要強降雨的影響下，坡面地 表GPS站有明顯的位移變化，尤其在康芮颱風 的降雨影響最為明顯(累計雨量達680毫米)，位 移變化曲線斜率突然變陡(圖8-圖10)。而在降雨 期間，四個坡面地表GPS站在南北向分量，最 大約有4.3公分往北分量；東西向分量，最大約 有27.3公分往西分量；高程向分量，最大約有 20.5公分往下分量(表5)。

圖11 單頻GPS編號23-G1、23-G2監測資料與雨量資料比對

圖12 單頻GPS編號23-G4、23-G5監測資料與雨量資料比對

在康芮颱風過後，南部地區並無重大降雨 事件，因此從坡面地表GPS站位移結果顯示，

在9月4日後坡面地表GPS站位移速度趨緩，坡 面逐漸穩定，位移曲線逐漸由陡線轉為水平。

因此由坡面地表GPS站位移變化與雨量資料，

顯示崩塌地高雄市-桃源區-D346因降雨因素造 成坡面明顯往西向下滑動，表示坡面的位移速 度與強降雨事件有高度相關性。

再比對地表伸縮計與雨量資料，也可發現在 8月17-10月2日期間共經歷了三次颱風事件(潭 美、康芮、天兔颱風)，監測點23-E1約有8公分的 拉伸量，監測點23-E2也約有5公分的拉伸量，而 10月2日-10月25日，因無明顯的降雨事件影響，

兩個監測點皆無明顯的變化量，顯示崩塌地高雄 市-桃源區-D346因降雨因素造成顯著的滑動。

四、結論與建議

過去利用航空照片立體對成像的判釋方法 或衛星影像(或航空照片)結合5米或40米網格解 析度的數值高程來判釋細微的崩塌地形特徵，

因受限解析度與植生因素，難以明確反應地表 地形特徵。此研究藉由高精度數值地形配合航 空照片來判釋具有崩崖、反向坡等微崩塌地形 特徵的潛在大規模崩塌，再藉由現場調查的結 果確認判釋結果，確認是否為潛在大規模崩塌 區位，顯示此判釋與查核方法不論在時效性、

準確性都獲得極佳的成果。由本研究成果與國 外案例和研究，也都支持利用高精度數值地形 在植被茂密的國有林找出潛在大規模崩塌是一 套可行且快速的方法。

藉由判釋成果再搭配本研究發展的簡易坡 面監測方法，不論在經費、效率與成果，和過 去傳統地工監測方法有相當大的進步，此簡易 監測可以快速且長期的提供坡面岩體滑動與雨 量關係的資料，有助於其他研究機關或相關業 務單位未來研究與了解大規模崩塌與降雨之關 係，以提升國內後續防救災規劃之參考。

參考文獻(請逕洽作者)