空載光達於地質災害防治之應用

Journal of Photogrammetry and Remote Sensing

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編輯委員 EDITORIAL BOARD

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 防災

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 遙感探測

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 Remote Sensing

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 Photogrammetry and LiDAR

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封面圖片說明 About the Cover

本圖之潛在大規模崩塌位於高雄市六龜區新發村花果山一帶，屬高屏溪荖濃溪集水區水系。潛在崩塌面 積為 17.24 公頃，平均坡度約為 31 度，地質分區屬板岩帶。由 1 米高精度數值地形產製的坡度圖(淺色代表 緩坡；深色代表陡坡)，明顯發現崩塌區位內呈現典型圓弧形大規模崩塌的地形特徵，如坡面地形呈現多階平 臺如同波浪狀、圓弧形崩崖與多重山脊地形。

(封面圖片出處：應用數值地形及光學影像於潛在大規模崩塌地形特徵判釋，第十八卷第二期第 109-127 頁)

空載光達於地質災害防治之應用

林慶偉 教授 國立成功大學地球科學系

台灣位處環太平洋地震帶，板塊運動活躍且地勢陡峭，地質構造複雜破碎提 供了豐富的土石材料。同時因季節性颱風豪雨常帶來豐沛的雨量，導致台灣地區 崩塌和土石流災害頻傳，居民的生命財產頻受威脅。應用航測及遙測的技術有助 於我們分析瞭解容易發生災害之區域，以及在某種氣候條件之下可能受災之區 域，有助於我們提早進行災害防治，亦能提早疏散可能受災之居民。

因應2009年莫拉克風災所帶來的嚴重地質災害，並造成許多地區地形地貌的 變動，經濟部中央地質調查所自2010年起，以3年時間利用空載光達進行地形掃 瞄，產製1米高解析度數值地形及航照正射影像，藉以建立災後高精度的數值地 形資料庫，並用來分析因莫拉克颱風所造成之地表地形與環境地質的變化，探討 原因及評估安全性，以供相關重建單位或是各級政府對於國土保育政策推動時使 用。此資料已提供相關單位及學界應用於地形與水系分析、地質敏感區調查與地 質災害潛勢評估等，其中對於潛在大規模崩塌的判釋與調查結果顯示，臺灣中 部、南部與東部地區可找出超過數百處可能屬於大規模崩塌的潛勢區域，未來可 再針對高活動區域逐步進行細部觀測。為報導高精度空載光達的技術在判釋地形 地貌上的研究分析成果，並基於推廣航測及遙測技術應用於地質調查及土石災害 防治及分析之研究，乃規劃出版「空載光達於地質災害防治之應用」專刊，本刊 所刊載之論文計五篇，其篇名依序為：

 高解析度空載光達資料結合地形開闊度分析於構造地形特徵之應用

 南部板岩地質區地震及豪雨誘發山崩之地形特徵-以隘寮溪流域為例

 空載光達數值地形產製與地質災害的應用

 應用數值地形及光學影像於潛在大規模崩塌地形特徵判釋

 應用光達地形資料於莫拉克災後陳有蘭溪流域崩塌與土石流地質敏感 地區判釋與分析

這五篇論文所探討之課題包含空載光達數值地形的產製、地形開闊度分析、

潛在大規模崩塌地形特徵之判釋、地震及豪雨誘發山崩之地形特徵、以及崩塌與

土石流地質敏感地區判釋與分析等，反映出高精度空載光達的技術在判釋地形地

貌上的效能，以及在地質災害防治的分析成果。期望此特刊能呈現高精度高解析

度空載光達資料在地質災害防治上的效用，以提供重建單位或是各級政府推動國

土保育政策。

Volume18, No2, May 2014, pp. 67-78

1經濟部中央地質調查所 助理 收到日期:民國 102 年 08 月 09 日

2經濟部中央地質調查所 科長 修改日期:民國 102 年 11 月 02 日

3經濟部中央地質調查所 技士 接受日期:民國 102 年 11 月 14 日

4中國文化大學地質學系 助理教授

5中央研究院應用科學中心 研究助理

＊通訊作者, 電話: 02-29462793 ext 261, E-mail: [email protected]

高解析度空載光達資料結合地形開闊度分析於構造 地形特徵之應用

陳奕中

侯進雄

謝有忠

陳柔妃

吳若穎

摘 要

地形開闊度分析之地形計測方法能突顯地形角度變化強烈處，是分析地形資訊的利器。本研究利用1 米空載光達測製數值高程模型，藉由地形開闊度計算得到正與負值兩種結果，其正值能反映山脊線、崩 崖、階地，負值則為河谷、水系與蝕溝分布等構造地形，並進一步由紅色立體投影圖同時展現正負兩地 形開闊度之凸凹特性，以判釋出草嶺地區之微地形特徵。最後，由負地形開闊度(灰階)搭配坡度分析(紅 階)細部判釋草嶺山崩之崩塌面蝕溝於不同岩層分布，並估算出 1999-2011 年期間卓蘭層及錦水頁岩基岩 下切侵蝕速率分別為平均每年下切31-39 公分、54- 89 公分，顯示錦水頁岩抗蝕力較弱。

關鍵詞：開闊度分析、空載光逹、數值高程模型、地形特徵、草嶺山崩

1. 前言

近幾十年來，數值地形模型之應用與日俱增，

且對於水文、地形及生態學等領域已成為不可或缺 的重要資料，過去數值地形模型主要利用地形圖資 料、野外實測、航空攝影測量、衛星遙測影像等方 式測製。臺灣過去完整數值地形資料主要有 1986 年林務局農林航空測量所與2005 年內政部同以航 空攝影測量測製解析度40 米及 5 米解析度之規則 網格資料，然現今於地質、坡地防災、林業資源等 調查分析工作，對於數值地形之精度與解析度甚達 公分級之要求，過去測製成果漸無法應付所需，為 了克服精度不足的問題，因而開始有光達技術之應 用。2009 年莫拉克風災導致臺灣南部、中部與東 部地區嚴重之山崩、土石流與淹水災害，為提供災 區精確地形資訊以進行地質因子判釋及特性分 析，因此經濟部中央地質調查所後續執行「國土保 育之地質敏感區調查分析計畫」運用空載光達技術 測製出全臺範圍最廣且資料品質最佳之 1 米解析 度之數值高程模型。

利用地形計測學(Geomorphometry)以計量指 標描述地表形貌，並結合數學統計與影像分析技術 已被廣泛應用於各領域，然光達數值高程模型提供 了高精度之正高資訊，該資訊能反應細部地形之高 程變化，因此過去數值高程模型常進一步藉由坡向 (aspect)、等高線(contour)、曲率(curvature) 、日照 陰影(hillshade)、坡度(slope)等方法計算展示不同之 地形資訊，該技術方法在山崩、構造地形、海岸變 遷、火山等地質地形學研究上已有諸多成果(Kondo et al., 2008; Kasai et al., 2009; Oskin et al., 2012; 陳 映璇等，2009; 劉治中等，2010; 林慶偉，2012; 詹 瑜璋，2012; 謝有忠，2012)。

地形開闊度分析計測之使用，導因於近年來數 值高程模型的廣泛應用，利用單位規則網格值之重 新計算出各網格於八個方位坡度資訊，量化出新的 地形參數(Yokoyama et al., 2002)，該參數能嶄露地 形上的凸凹特徵，並能萃取其構造線形，過去有潘 彥男(2005)利用臺灣暨有 40 米數值地形模型運用 地形開闊度分析輔以電腦自動化萃取出臺灣本島 山脊線之線形。另外亦有火山研究之案例，如Prima

and Yoshida, (2010)利用地形開闊度呈現出火山錐 口之形貌，並清楚呈現過去火山岩屑流及熔岩流之 遺跡。此外，Chiba et al. (2008)利用地形開闊度分 析呈現地形凸凹特性及坡度分析之陡峭程度，提出 紅色立體投影圖的地形表現方法，強化了開闊度分 析於不同尺度地形特徵之應用，而Lin et al. (2013) 分別利用不同解析度之航測及空載光達數值地 形，比較各種影像呈現方法之優劣，指出紅色立體 投影圖技術利用於空載光達資料，能精確且快速判 釋出斷層、侵蝕溝等微地形構造，並強調該方法未 來對地質調查研究扮演相當重要關鍵的角色。

本研究利用高解析度 1 米空載光達數值高程 模型，運用開闊度分析之計測方法結合坡度分析產 製紅色立體投影圖，針對草嶺地區進行地形特徵判 釋。過去已有研究利用空載光達資料針對蝕溝進行 區域判釋、剖面資訊萃取、量體變化等研究(James et al., 2006; Perroy et al., 2010)，草嶺山崩之崩塌面 於不同時期航照發現有逐年侵蝕下切出多處蝕溝 的痕跡，因此後續將判釋位處該區崩塌面主蝕溝，

並根據判釋成果做進一步探討。

2. 研究區域

2.1 地理位置與地質背景

草嶺舊名番坪坑，位於雲林縣境內古坑鄉東南 方，亦處雲林、嘉義、南投三縣交界(圖 1)。該區 有清水溪東西橫切，以致地形坡度陡峭，海拔高約 400-1400 米，草嶺山崩位於濁水溪支流清水溪之中 上游，北起草嶺山(亦稱窟沓山，海拔 1234 米)東 西向稜線，南至兩公里清水溪河床，崩坍影響範圍 達7 平方公里，該區有春秋斷崖、斷魂谷特殊之地 形景觀。

草嶺山崩為一典型順向坡地形，其地質構造分 布如圖2，岩層受構造作用產生摺皺，其東西翼分 別有草嶺背斜與九芎坪向斜之地質構造，該區及其 附近出露之地層分布由老至新分別為上新世的大 窩砂岩段(厚層及巨層泥質砂岩、間夾薄層頁岩或 泥岩)、錦水頁岩(巨層頁岩或泥岩，偶夾薄層砂

岩)，及上新世至更新世的卓蘭層(厚層泥質砂岩，

間夾頁岩或泥岩)，其中卓蘭層與錦水頁岩為草嶺 山崩主要地層，且卓蘭層為過去歷次山崩之崩塌土 石來源(劉桓吉等, 2004)。

2.2 草嶺山崩事件概述

草嶺地區經歷多次大規模山崩，誘發之因素包 括地震、颱風和豪雨等，主要發生年代分別為西元 1862、1941、1942、1979、1999 年，其中 1999 年 的九二一集集大地震使草嶺地區再度發生大規模 岩層滑動與土石崩落，使得該崩塌面形成一大範圍 的裸露面(圖 3a)。此外，自 2001 年起，因地層累 積地下水湧出與地表逕流於該崩塌面不斷沖刷，其 崩塌面開始因河流侵蝕作用下切出蝕溝的痕跡(圖 3b)，至 2011 年其岩盤侵蝕下切之蝕溝發育更為顯 著，顯示蝕溝有逐年下切較深之現象(圖 3c)，因此 本研究在進行蝕溝分析時，依據2001 和 2011 年航 照正射影像，判釋出主要位於滑動面的蝕溝，藉此 了解自1999 年山崩事件後，本研究區域的地表侵 蝕作用及河流下切速率。

3. 研究方法

3.1 空載光達與數值地形資料 簡介

光達(Light Detection And Ranging, LiDAR)是 一種利用雷射光束主動式發射與接收過程進行掃 瞄式測距，以快速且精確獲取高程資料的一種光學 遙測技術。近幾年有利用飛行載具搭載雷射掃描 儀，並結合全球衛星定位系統(Global Positioning System, GPS)與慣性導航系統(Inertial Navigation System, INS) 技 術 ， 加 上 慣 性 量 測 單 元 (Inertial Measurement Unit, IMU) 記 錄 飛 航 時 的 俯 仰 角 (pitch)、滾轉角(roll)、偏流角(yaw)三項飛機姿態方 位參數，此即為空載光達(Airborne LiDAR)，根據 雷 射 掃 描 接 收 回 來 的 點 雲 資 料 經 飛 行 載 具 上 GPS、IMU 與地面 GPS 基站資料解算後，最後便 可獲取高解析度、高精度、高密度的地面三維坐標

圖1 研究區域地理位置圖。(紅色範圍為草嶺山崩區)

圖2 草嶺地區地質圖(修改自劉桓吉等，2004)

(a)1999 年

(b) 2001 年

(c)2011 年

圖3 草嶺山崩不同時期正射影像圖(圖 a 至圖 c)

空載光達所獲取經解算資料進一步經由內差 計算成網格式數值地表模型(Digital Surface Model, DSM) 及 去 除 植 被 及 建 物 後 的 數 值 高 程 模 型 (Digital Elevation Model, DEM)，本研究採用資料來 源為經濟部中央地質調查所執行之施政計畫「國土 保育之地質敏感區調查分析計畫」於 2011 年 7-9 月期間以空載光達技術測製草嶺地區的數值地形 資料，其該區作業範圍掃瞄參數如表1。

表1 草嶺地區作業範圍掃瞄參數表

儀器型號 ALTM 3070

飛行載具 直升機

航高(m) 1600

航速(KTS) 70

掃瞄角度(deg.) ±20 雷射脈衝率(KHz) 70

重疊帶寬(%) 60

點雲密度(點/平方米)以上 3.2

3.2 地形開闊度分析

地形開闊度(Topographic openness)為地形上 的凸(convexity)與凹(concavity)兩特性於地表形貌 的表現概念(Yokoyama et al., 2002)，其分析方法主 要是利用地表水平距離與高程關係角度進行計

算，目的在呈現不規則地形面上各位置之坡度資 訊，以描述區域內之地形特徵。其原理主要是根據 地形上之直視性(line-of-sight)，計算各位置於八方 位等距離的天頂角與天底角之角度和平均值。如圖 4a 所示，以所求 A 點為圓心，L 距離為半徑沿各 方位角D(D=0、45、90、135、180、225、270、315) 找出最大值與最小值，並計算出各方位角坡度

D









D   L 90 DL (1)

D L 90 DL (2) 最後將各方向角度作平均，如式(3)、(4)，得 到正(positive,











0 45 315

( ... ) / 8

L L L L

        (3)

0 45 315

( ... ) / 8

L L L L

        (4)

圖4 (a)開闊度分析原理示意圖。(b)開闊度分析概念模型

此外，將正與負之結果進行相減後除以二的計 算，將得到同時擁有該兩開闊度特性的地形參數 I，如(5)式所示，並利用地理資訊系統(GIS)中 3D Analyst 的坡度分析(紅階表示)結果套疊於地形參 數I(灰階表示)，此即為紅色立體投影圖(Red Relief Image Map, RRIM)視覺化呈現技術(Chiba et al., 2008)。由於人眼對於紅色之辨識較具敏感度，該 方法呈現之地圖即以紅色描述坡度，並同時展現地 形開闊度凸凹特性，使地形視覺化呈現上產生三維 立體化的效果，此多項特性之紅色立體投影圖相對 於單一開闊度分析之應用上，強化了不同尺度地形 特徵的判釋效果。

( _{L L}) / 2

I    (5)

4. 結果與討論

4.1 不同時期草嶺數值地形之 比較

圖5a、5b 分別為林務局農林航空測量所與內 政部測製之40 米及 5 米解析度草嶺地區數值地形 模型(Digital Terrain Model, DTM)以日照陰影圖(光 源方位角 315 度，地面水平仰角 45 度)呈現之成 果，40 米數值地形模型的呈現，其解析度品質較 差，對於該區較細微之地形特徵應用無顯著的幫 助，而5 米的數值地形模型則局部地反應草嶺山崩 的地形，該成果為近幾年來國內應用最廣泛之數值 地形資料，圖5c、5d 分別為本研究利用經濟部中 央地質調查所於 2011 年以空載光達測製解析度 1 米之數值地表模型與數值高程模型，其中由地面點 分類產生之數值高程模型，進一步與5 米數值地形 模型比較草嶺山崩崩塌面範圍區域(圖 6a、6b)，可 發現本研究資料對於細部之地形特徵呈現效果相 當清楚，其中尤以蝕溝特徵更為顯著，而5 米地形 資料則否，顯示本成果有去除植被後直接反應地面 高程的特性及高精度的正高資訊，該資料亦是目前 國內精度與解析度最佳之數值地形模型。

(a)農航所航測 40 米 DTM

(b)內政部航測 5 米 DTM

(c)地調所空載光達 1 米 DSM

(d)地調所空載光達 1 米 DEM

圖5 不同時期之草嶺地區數值地形模型(圖 a 至圖 d)

(a)內政部航測 5 米 DTM

(b)地調所空載光達 1 米 DEM

圖 6 不同解析度數值地形於草嶺山崩崩塌面之比 較(圖 a 至圖 b)

4.2 地形開闊度分析之應用

本研究利用 1 米數值高程模型進行地形開闊 度分析之運算，運算過程主要設定各資料網格於各 方向之指定計算半徑長為1000 米，以移動網格方 式計算出各位置正與負的地形開度度值，該成果特 別強調地表凸凹形狀，以突顯出地形上的線形特 徵，此種藉由角度關係表示區域性構造地形之方法 將有助於地質地形學研究。圖7a 為地形開闊度分 析正值之結果，在空間分布中表示往地形表面高程 相對較高之開闊度，視覺化地圖呈現上其灰階梯度 中越趨近明亮色階正值越高，並能萃取出山脊線、

崩崖、階地等地形特徵，負值(圖 7b)相對於正值之 開闊度則反之，該參數以呈現峽谷、河谷、裂隙、

蝕溝與水系分布等地形上凹陷部分。

坡度分析能展現地形的陡峭程度，是過去用於 判釋地表所有地形特徵相當好的工具，如斷層、崩 崖或谷地等，由於凸凹形狀是象徵地表不規則地貌

重要的指標，因此重新計算正負地形開闊度的地形

參數 I 與坡度分析之結合，能相互強化對方的優

點，並分別利用灰階與紅階色調結合之紅色立體投 影圖，展現出有別於以往地形計測方法的三維立體 地貌，其紅階梯度越趨紅色表示坡度越陡，反之越 緩，灰階梯度越趨亮白色代表地形開闊度值越正，

越趨於暗黑色則越負，該成果亦克服以往常用之地 形日照陰影分析因光源方向不同造成陰影覆蓋之 缺點(如圖 5)，有效突顯地形角度變化強烈處，如 稜、谷部分。圖8 為本研究草嶺地區紅色立體投影 圖，其相對於正與負地形開闊度不僅強化了地形視 覺化呈現效果，在構造地形判釋上亦結合該兩參數 之特點。此外，本成果中展現出細部的地形資訊，

對於地表侵蝕作用、大規模山崩發生機制與河道變 遷等地形演育之釐清上更是提供相當好的參考，後 續工作將應用該方法判釋草嶺山崩崩塌面蝕溝於 卓蘭層與錦水頁岩兩岩層之位置，進而探討基岩下 切侵蝕速率。

(a)正地形開闊度

(b)負地形開闊度

圖7 草嶺地區地形開闊度分析之結果

4.3 基岩下切侵蝕速率結果

先前結果顯示應用 1 米空載光達數值高程模 型搭配紅色立體投影圖技術，成功地將過去地形視 覺表現方法不易辨識的地形特徵有效呈現，因此本 節利用負地形開闊度成果判釋草嶺山崩崩塌面之 蝕溝特徵，並同以紅色階之坡度分析成果套疊，加 強負向開闊度視覺化呈現形貌。從圖9 可清楚辨識 出崩塌面上白色凸起部分，此即為受河流侵蝕下切 之蝕溝分布，本研究進一步根據該崩塌面上不同之 岩性(岩性交界如圖 9 黃色虛線部分)，判釋出 5 條 位於卓蘭層主蝕溝(A-E)，其中 A、B、C 蝕溝向下 游持續侵蝕錦水頁岩至清水溪河道，D、E 蝕溝最 後共同匯流於 C 蝕溝上。本研究根據判釋出之蝕 溝，後續每50 米之區間切一橫剖面，各蝕溝剖面 於地表上相對最高與最低點之差值即為下切深 度，河道口兩側最遠距離則為河道寬度。

表2 為本研究根據 2011 年空載光達資料計算 出之成果，E 蝕溝於本研究因未完全坐落於該崩塌 面上，因此暫不探討。坡面上卓蘭層之蝕溝(A-D) 平 均 下 切 深 度 介 於 3.67-4.68 米 ， 河 道 寬 為 16.36-18.97 米，下游錦水頁岩上之蝕溝(A-C)平均 下切深度介於6.43-10.73 米，河道寬為 19.75-31.59 米，最後根據基岩下切深度，假設1999 年山崩事

件 後 之 坡 面 為 侵 蝕 基 準 面 ， 可 進 一 步 推 算 出 1999-2011 年期間基岩下切侵蝕速率分別為卓蘭層 每年31-39 公分，錦水頁岩則為 54-89 公分。

高解析度空載光達資料於基岩地表侵蝕作用 可得到較精確的實測結果，不同岩性基岩下切侵蝕 之深度與河道寬度，在本研究間接反映了岩體強 度。Sklar and Dietrich, (2001)將基岩上不同岩體樣 本進行高抗壓強度(Tensile Strength)實驗，由分析 之岩體力學參數指出岩體強度控制基岩下切侵蝕 程度，強度越強抗蝕力強，反之則抗蝕弱，經濟部 中央地質調查所(2004)過去曾針對草嶺地區現地 進行岩體強度試驗，其中卓蘭層之岩性組合主要以 細粒至粉砂質層狀砂岩為主，錦水頁岩則多岩質較 弱的深色頁岩，整體岩石單壓強度卓蘭層(約 400 kg/cm²)明顯大於錦水頁岩(約 50~100 kg/cm²)，本 研究兩地層整體下切深度與河道寬度比較，錦水頁 岩皆比卓蘭層深且寬，顯示錦水頁岩之抗蝕力確實 較弱。此外，A-D 蝕溝於卓蘭層與錦水頁岩交界處 其坡度介於 32.45-56.12 度之間，錦水頁岩出露之 頭部顯得相當陡峭，研判該區過去可能長期受河流 下切造成侵蝕基準面逐年降低，以致該區蝕溝河道 頭部漸受向源侵蝕影響，加上錦水頁岩本身抗蝕力 較差，側蝕作用旺盛，使其河道深度及寬度明顯大 於卓蘭層。

圖8 草嶺地區紅色立體投影圖

圖9 不同岩性蝕溝之判釋暨剖面取樣分布圖。(左上角為蝕溝剖面寬度及深度示意圖) 表2 蝕溝於不同岩性基岩下切侵蝕成果

點號 A B C D E

卓蘭層

剖面取樣數 16 16 16 16 11

最大值 ΔH 7.99 5.94 7.52 8.05 9.84 W 25.88 29.87 28.89 25.85 33.63

最小值 ΔH 2.72 1.77 1.88 2.25 2.46

W 13.12 9.60 10.91 8.46 16.87

平均值 ΔH 4.62 3.67 4.45 4.68 6.36

W 18.97 17.12 17.39 16.36 21.90 1999-2011 平均下切速率 0.39 0.31 0.37 0.39 0.53

錦水頁岩

剖面取樣數 17 18 19 3 8

最大值 ΔH 10.13 18.69 14.92 12.90 7.62 W 31.83 37.52 36.68 27.53 32.91

最小值 ΔH 3.54 5.01 1.71 5.49 2.69

W 10.93 22.71 12.08 22.72 11.77 平均值 ΔH 6.43 10.73 7.38 9.15 5.74

W 19.75 31.59 22.02 25.75 20.15 1999-2011 平均下切速率 0.54 0.89 0.62 0.76 0.48

ΔH:基岩下切深度(米) W:河道寬度(米) 平均下切速率:米/年

5. 結論與建議

空載光達的發展於目前所有遙測技術中，提供 了廣域區域測製速度最快、精度與解析度最佳的資 料，本研究利用測製出的1 米解析度空載光達數值 高程模型，獲取其高精度的正高資訊，進一步精確 地呈現了草嶺山崩崩塌面上的蝕溝特徵，以及提供 該區基岩下切速率實測值之參考。

地形開闊度分析能有效突顯出不規則地形上 角度變化強烈處，正值之特性能明顯將山脊線、崩 崖、階地等地形特徵表現出來，負向值則為谷地 形、水系與蝕溝分布。此外，紅色立體投影兼備正 負地形開闊度與坡度之優點，強化不同尺度下地形 地貌特徵之判釋，其中對於細微構造地形更提供極 佳之應用。

負地形開闊度搭配紅色階坡度之視覺化呈現 方法，可客觀快速的判釋出崩塌面於不同岩性分布 之蝕溝正確位置，基岩下切侵蝕之計算得，崩塌面 卓 蘭 層 下 切 深 度 介 於 3.67-4.68 米 ， 河 道 寬 為 16.36-18.97 米，錦水頁岩則介於 6.43-10.73 米，河 道寬為 19.75-31.59 米，根據該成果最後推算出 1999-2011 這 12 年間基岩下切侵蝕速率為分別為 卓蘭層每年下切 31-39 公分，錦水頁岩 54-89 公 分，根據該結果間接反應錦水頁岩之抗蝕力較卓蘭 層弱。

本研究利用空載光達資料進行微地形之探討 得到相當顯著之成果，然研究過程主要透過該資料 進行人為計測，建議後續研究加入野外地質調查暨 測量工作進行比對及驗證，該技術未來之利用將會 是國內各領域應用的利器。

誌謝

本研究承經濟部中央地質調查所提供2011 年 測 製 之 草 嶺 地 區 空 載 光 達 資 料( 計 畫 編 號 : 100-5826901000-7-D3-01)與軟硬體設備，及該單位 環工組光達科全體同仁於工作上的支持，本研究得 以順利完成，深表感謝。

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1 Assistant, Central Geological Survey, MOEA Received Date: Aug. 09, 2013 2 Chief of Plannung Section, Central Geological Survey, MOEA Revised Date: Nov. 02, 2013 3 Geologist, Central Geological Survey, MOEA Accepted Date: Nov. 14, 2013 4 Assistant Professor, Department of Geology, Chinese Culture University

5 Research Assistant, Research Center for Applied Sciences, Academia Sinica

*.Corresponding Author, Phone: 886-2-29462793 ext 261, E-mail: [email protected]

Application of high-resolution LiDAR DEM for extracting terrain openness: A case study in the Tsaoling landslide area

Yi-Zhong Chen ¹ Chin-Shyong Hou ^2* Yu-Chung Hsieh ³ Rou-Fei Chen ⁴ Ruo-Ying Wu ⁵

ABSTRACT

Openness methods can visualize the topographic character of angular measure between surface relief and horizontal distance; it is a useful tool for determining geomorphic fractures. We adopted the high-resolution Airborne LiDAR (Light Detection And Ranging) DEM to obtain the positive and negative values. Positive shows reflect ridge, scarp and terrace, whereas negative describe valley, river and gully. Red Relief Image Map (RRIM) can identify fine-scale geomorphic change when it is combines the positive and negative values. Many of the characteristics that obtained from the negative calculation (marked in gray-scale) and an analysis of stacked slope (marked in red-scale), to interpret the position of eroded gullies in the Tsaoling sliding area. In this study, we investigated the distribution of erosion gullies and calculated the bedrock incision rate for the Cholan Formation and Chishui Shale for 1999 and 2011, which were 31 to 39 cm/year and 54 to 89 cm/year on average, respectively. These results indicated that the Cholan Formation has a higher resistance to erosion than the Chishui Shale, where the erosion was more serious.

Keywords:

Volume18, No2, May 2014, pp. 79-92

1國立屏東科技大學水土保持系 副教授 收到日期:民國 102 年 08 月 23 日

2國立屏東科技大學水土保持系 助理教授 修改日期:民國 102 年 11 月 11 日

3高雄市政府水利處水土保持科 工程員 接受日期:民國 102 年 11 月 29 日

45國立屏東科技大學水土保持系 碩士生

6國立屏東科技大學水土保持系 大學部

＊通訊作者, 電話: 08-7703202 ext 7169, E-mail: [email protected]

南部板岩地質區地震及豪雨誘發山崩之地形特徵-以 隘寮溪流域為例

陳天健

李明熹

曾勛苑

顏宏諭

李宗聯

林意修

摘 要

本文以台灣南部高屏溪支流之隘寮溪流域為研究區，應用GIS 結合航照、災前後 DEM 或光達數值地 型，就集集地震與莫拉克颱風事件之二千多筆崩塌地，進行地震及豪雨誘發山崩地形特性研究。成果顯 示地震之崩塌坡度主要分佈於30 - 50 度，75%位於山脊或山腹，90%崩塌之面積小於 10 公頃；而颱風之 崩塌坡度則主要分佈於20 - 40 度，81%位於山腹或坡趾，且中大型崩塌面積明顯增多，52%崩塌之面積 大於10 公頃；颱風引致大型崩塌之數量較地震事件顯著。就地形分析方面，斜交坡地形之崩塌趨勢為最；

大型崩塌地之曲率達 1×10^-4時，崩塌顯著增加。大型崩塌地滑動前，坡體均已具某種程度之撓曲變形，

顯示大型崩塌呈漸進式變形，其地形曲率隨時間逐漸增大，最終乃至坡體快速滑動。

關鍵詞：山崩、地震、颱風、板岩、地形

1. 前言

台灣位於板塊活動劇烈之環西太平洋地震帶 上，頻繁之造山運動促使地形陡峭、岩體破碎，加 上極端氣象條件下，容易觸發崩塌的發生。集集地 震後，山坡地發生崩塌比例明顯增加，其遭遇較大 降雨時所造成之土砂災害有日益嚴重的情形。於前 人研究及文獻回顧中，大多認為不同觸發因子之崩 塌於區位分布上有其差異性；如由地震所引發之崩 塌，多位於凸坡之坡頂，其規模較小；而降雨引發 之崩塌則多發生於山腹及邊坡坡趾，其規模通常較 地震引發之崩塌來得大(洪如江等，2000；Pierson，

1977；Fuchu，1999)。

本研究以隘寮溪為研究區域，選定莫拉克風災 後2327 筆崩塌(圖 1)，應用地理資訊系統分析所有 崩塌地之風災前 DEM，進行各崩塌地平面曲率與 剖面曲率分析，以探究其與崩塌類型間的相互關 係。同時進一步分析崩塌區之崩塌深度與地形型

態、區位之影響，以了解相互關係。

1.1 地理位置

本研究區域為隘寮溪流域如圖1 所示，流經屏 東縣三地門鄉、霧台鄉、瑪家鄉、泰武鄉四個鄉鎮，

面積約34,025 ha，約 80%為山坡地。東隔中央山 脈與台東縣相鄰，北以茂林鄉與高雄縣分治。

1.2 隘寮溪水系及地形

隘寮溪河系為台灣山系南部西坡面之一順向 河，發源於知本主山（2368.8 公尺）附近的巴尤泡 池（Bayu）。隘寮溪於離溪口 4 公里處分為南北兩 溪；以北溪為本溪之主流。全流域嵌入曲流顯著，

下切比側切強，全長90 公里中，約有 50 公里的峽 谷地形。全流域主要為順向谷地形，河流坡度較 大，且受潮州斷層的最近隆起及屏東平原下陷的作 用，下切營力強。隘寮溪的源流區位於屏東縣霧台 鄉，是台灣南部的多雨中心，年平均雨量高達

4500mm 以上。本溪由三地門附近流出進入屏東平 原形成沖積扇。

1.3 隘寮溪地區地質與地層概況

本流域主要岩層為廬山層，其次為西村層、大 南澳片岩、臺地堆積、沖積層，地層分佈如圖 2 所示。廬山層屬於第三紀亞變質岩，中新世地層，

大部分由黑色到深灰色的硬頁岩、板岩及千枚岩和 深灰色的硬砂岩互層組成，含有零星散佈的泥灰岩 團塊，厚度估計至少在一千公尺以上。西村層是由 劈理發達的深灰色板岩和千枚岩所構成，夾有暗灰 色、粗粒、堅硬的石英砂岩層。大南澳片岩屬於先

第三紀，為古生代晚期到中生代地層，片岩於本流 域地區所佔面積很小，主要分布於大浦山、拉戞以 西附近，地處高海拔，地形險惡，由黑色片岩、綠 色片岩、砂質片岩的互層組成。

2. 地震及豪雨誘發山崩地 形特徵之相關研究

地震及豪雨之崩塌地其觸發機制不同，顯現於 其區位與地形型態上亦有所差異。本文分就坡度、

坡向、區位、面積與地形型態等因子，綜整地震及 豪雨所引發之崩塌特性如下。

圖1 研究區域地形與莫拉克颱風崩塌分布圖

圖2 研究區域地質圖（1/50000）

 崩塌地坡度

Keefer(2000)及 Parise and Jibson (2000) 針對 1989 美國加州地震引致的崩塌變異 點，統計結果顯示坡度 30-40 度附近者數量 最多；但就發生密度而言，則有坡度愈陡者，

崩塌密度愈高之趨勢。國內學者（洪如江等 人，2000；林慶偉等（2002）；許煜煌，2002；

楊凌翔，2005）觀察集集地震之崩塌，指出 93%坡地破壞發生於坡度大於 45 之坡面，坡 度愈陡崩塌潛勢愈高。鍾育櫻（2005）研究 陳有蘭溪集集地震後之崩塌，指出桃芝颱風 崩塌地多位於坡度50 度以上與 20 度以下之 坡面。

而豪雨致生崩塌方面，Fuchu et al.(1999) 以香港大嶼山為例，指出對於降雨引致之滑 坡，以坡度30-40 度地區最易破壞，40 度以 上反而較少。綜合言之，地震型崩塌發生之 坡度較陡，地震後初期崩塌會先往陡坡發 育，而後再逐漸回復至降雨型崩塌之較緩坡 處。

 崩塌地坡向

林慶偉等（2002）分析集集震後發育崩 塌事件，以南至西方坡向較易發生崩塌。許 煜煌（2002）與楊凌翔（2005）觀察集集地 震崩塌之所在坡向，發現南、西南與西北等 方為有較大之崩塌趨勢。而邊坡坡面與斷層 走向垂直者，有明顯較高的崩塌趨勢。就豪 雨觸發之崩塌方面，陳天健等人（2009）進 行莫拉克颱風荖濃溪風災調查，指出崩塌地 多分布於集水區之迎風面，此一崩塌趨勢肇 因於迎風面亦是降雨集中之區位；於莫拉克 颱風崩塌較集中於南、西南及東南等方向。

 崩塌面積

王文能等（2000）分析集集地震所引致 之崩塌，其發現地震崩塌主要為表層之小規 模崩塌。廖啟岳（2008）分析 1996-2001 年 多次颱風事件之崩塌資料進行地震影響研 究，指出桃芝颱風之新生崩塌，數量多但規 模較小，地震崩塌復發者其數量較少但規模

較大。陳天健等（2010）比較莫拉克颱風與 集集地震於隘寮溪流域崩塌地之面積指出豪 雨觸發之崩塌其面積相對於地震崩塌者為 大。

 崩塌區位

王文能等（2000）與鍾育櫻(2005)分析集 集地震所引致之崩塌，其發現地震崩塌多數 位於坡頂及陡崖邊緣，崩塌冠部至稜線相對 較近。Meunier et al.（2008）歸納台灣、美、

紐、歐等地之地震崩塌事件，探討崩塌距離 坡頂、河道之長度與全坡長之分佈關係，其 表示方法如圖3 所示，其指出集集地震引致 崩塌之區位較為靠近坡頂。惟震後降雨事件 亦先造成崩塌位置往上移。

陳天健等（2010）研究指出集集地震所 引發之崩塌區位多位於山脊和山腹等較高區 位，而2009 年莫拉克颱風引發之崩塌分布，

則多發生於山腹及邊坡坡趾部位等中至低區 位。Chang et al. (2007)研究和社溪崩塌地之 變遷，亦指出颱風引致之崩塌接近溪谷；集 集地震後新生之崩塌則接近山脊，而後之崩 塌位置再逐年下降。

圖 3 崩塌距離坡頂、河道與全坡長關係之表示方 法（摘自Meunier et al.，2008）

 崩塌山坡地形型態（topography）

一般山坡坡形可分為直線形、凸形、凹 型和台階形斜坡四種基本類型（湯國安等，

2005），直線形斜坡為從分水嶺到斜坡底部 地面坡度基本上不變。凸形斜坡為地面坡度 隨著距分水嶺距離增加而增加，鄰近分水嶺 附近的地表先較為平緩，以後隨坡長的增

加，坡度亦增加。凹型斜坡為斜坡上半部坡 度較陡，下半部坡度較緩，此種坡形常以沉 積為主，較多分佈在山區與階地平原接壤處 或河谷兩岸。最後，台階形斜坡為斜坡與階 地相間所組成，可以看作是凸形坡與凹形坡 的組合。若進一步考慮三維形狀，依山坡坡 面水平與垂直（縱向）之凸直凹三種形狀，

組合為9 種坡形（Ruhe，1975），其坡形示於 圖4。

圖4 山坡類型分類圖（轉繪 Ruhe，1975）

就地震觸發之崩塌，崩塌地多發生在凸直型、

直平、或凸嘴型等凸型與直線型形狀為主（王瑞 斌，2001；呂政諭，2001）。徐美玲（1995）考慮 地下水之作用後，認為凹型坡地形集水面積比直坡 與凸坡大，因此較易受降雨事件影響，而鍾育櫻 (2005)亦有相同之結論。沖村孝等(1999)調查日本 兵庫縣地震後，降雨引致崩塌地多位於凹坡或直坡 之坡谷附近。此與降雨引致崩塌係發生於凹形多於 凸形之結果成相反之結果。

李德河等(2004)為了瞭解颱風降雨對公路邊 坡之破壞特性，並探討集集地震造成公路邊坡土石 鬆動之影響，發現集集地震時與地震後一年內的邊 坡崩壞均以凸嘴邊坡所佔的比例最高，其次為平直 形與凸直形，但桃芝颱風則以凹窪形及平直形、凸 直形為最多。許琦等（2000）針對在 921 集集大地 震崩塌地崩塌前之地形特徵研究發現，崩塌前地形 之縱剖面以直線形最多。

綜合以上，地震引致山崩的地型特徵有：多為 表層、小規模、為於陡坡較高區位處。由於直坡與

凸坡之坡頂，受地震增幅效應，易使得不穩定岩塊 掉落，故崩塌地多位於此區。相對地，降雨型崩塌 面積較大，其多位於坡度較緩處，較顯著分佈於山 腹及坡腳之凹坡或直坡。

3. 研究區地震及豪雨誘發 山崩之地形特徵

本文取用研究區災前 DEM（5×5m）與災後 Lidar DEM 進行各項地形因子加值與比對，進一步 探討研究區崩塌地之坡度、坡向、規模、區位、邊 坡類型等各項特性。分析比對結果分別說明如下。

3.1 崩塌地坡度

研究區地震與豪雨崩塌地之坡度分佈狀況如 圖5 及圖 6 所示，其中垂直軸為崩塌地平均坡度各 區間數量百分比，而各坡度長條圖上者為其崩塌個 數。就數量之分佈比率顯示，地震與豪雨崩塌地兩 者之平均坡度於30 至 40 度均有顯著的高峰值，但 地震崩塌地平均坡度主要分佈於30 至 50 度之間，

兩者所佔達71.4%；而莫拉克颱風崩塌地則主要分 佈於20 至 40 度之間，兩者所佔達 79%。整體而言，

颱風豪雨崩塌地之坡度較緩於地震崩塌地。

將兩類崩塌地加值成崩壞比值，結果示於圖7 與圖8，其中「崩壞比」定義為各坡度之崩塌面積 除以該坡度於集水區內總面積。圖中垂直軸為各坡 度崩塌地之崩壞比值所佔百分比，而各長條圖上者 為其崩壞比值。若考慮自然邊坡之崩塌趨勢，不計 位於河道與蝕溝之20 度下崩塌地，則地震崩塌地 之崩壞比隨著坡度增加而增加，主要之崩塌坡度分 佈 40 度以上(佔 70%)；而莫拉克颱風崩塌地則有 著不同分佈特性，其中10 至 40 度間區域崩壞比顯 著增加，崩壞比分佈於較緩坡處比例大幅提高，且 緩坡之崩壞比略與陡坡度處相當。本地質區因劈 理、節理與裂隙弱面發達，地震時陡坡之岩塊易於 崩裂分離；而豪雨時則地下水位豐沛，隨雨量增大 時，山腹及坡腳區位常見地下滲流匯集而致生崩 塌。結果顯示地震與颱風觸發崩塌之主控機制不 同，進而顯現於崩塌坡度之差異。

0 20 40 60 80

0–10 10–20 20–30 30–40 40–50 50–60

百分比

坡度

平均坡度

6 33 80

208 144

22 (崩塌個數)

圖5 隘寮溪流域集集地震崩塌地之平均坡度分佈

0 20 40 60 80

0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60

百分比

坡度

平均坡度

640 1254

377

3 75 ₄₇

(崩塌個數)

圖6 隘寮溪流域莫拉克颱風崩塌地之平均坡度分佈

0 5 10 15 20 25 30

0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80

百分比

坡度

崩壞比

0.006 0.007

0.006 0.008

0.011 0.013

0.017 0.016 (崩壞比值)

圖 7 隘寮溪流域集集地震崩塌地各坡度之崩壞比 分佈

0 5 10 15 20 25 30

0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80

百分比

坡度

崩壞比

0.025

0.07 0.08 0.088

0.082 0.0780.092 0.11 (崩壞比值)

圖 8 隘寮溪流域莫拉克颱風崩塌地各坡度之崩壞 比分佈

3.2 崩塌地坡向

肇因於地形特性，崩塌地主要坡向集中面東至 南向之間，請參考圖1 所示之崩塌分布，研究區崩 塌地之坡向分析統計如圖 9 與圖 10。就數量之分 佈而言，不管集集地震或莫拉克颱風之崩塌均主要 朝向東至南方向，此方向者佔全崩塌地之 80%以 上。為排除樣本數目多寡之影響，另本文進行崩壞 比分析，圖11 與圖 12 顯示地震與颱風崩塌地之坡 向分佈狀況與數量所顯示的特性相似，即集中於面 東與南兩方向之間，顯示研究區在冬至南方向支崩 壞比確實較高，此一現象與地形上邊坡多面向東至 南等方向一致（圖1 右）。惟於二圖中西北方向亦 出現一小峰值，顯示出在地形之反向坡，亦有高的 崩塌趨勢。

0 10 20 30 40

北 東北 東 東南 南 西南 西 西北

百分比

坡向

平均坡向

0 41

102 127 122

63

26 12 (崩塌個數)

圖9 隘寮溪流域集集地震崩塌地之平均坡向分佈

0 10 20 30 40

北 東北 東 東南 南 西南 西 西北

百分比

坡向

平均坡向

3 302

473 496 496

325 202

99 (崩塌個數)

圖 10 隘寮溪流域莫拉克颱風崩塌地之平均坡向 分佈

0 5 10 15 20 25 30

北 東北 東 東南 南 西南 西 西北

百分比

坡向

崩壞比

0.007 0.009 0.013

0.015

0.011 0.007

0.003 0.009 (崩壞比值)

圖11 隘寮溪流域集集地震崩塌地各坡向之崩壞比 分佈

0 5 10 15 20 25 30

北 東北 東 東南 南 西南 西 西北

百分比

坡向

崩壞比

0.054 0.083

0.115 0.123 0.109

0.078 0.052

0.099 (崩壞比值)

圖 12 隘寮溪流域莫拉克颱風崩塌地各坡向之崩 壞比分佈

3.3 崩塌規模與邊坡類型

就崩塌面積而言，表1 綜整集集地震及莫拉克 颱風後隘寮溪流域內崩塌數量與規模，集集地震後 崩塌地總筆數為335 筆，莫拉克颱風崩塌地總筆數 則為2327 筆。本文將崩塌面積分為大於 30ha、介 於30~10ha、10ha~1ha、小於 1ha 以下四類。於崩

塌地數量方面，表中顯示莫拉克颱風崩塌地數量遠 多於集集地震崩塌。集集地震時隘寮溪流域之 PGA 較小（瑪家鄉北葉村為 45.4 gal），因此並無 大於30ha 之崩塌，而 30~10ha 之則為 3 處，兩者 所佔之比例低於1%；相較之下，莫拉克颱風之豪 雨則為超過200 年降雨迴歸週期之降雨規模，大於 30ha 大型崩塌計 24 處，而 30~10ha 之數量則達 92 處，合計崩塌面積大於10ha 以上之崩塌地，共計 116 處，佔所有崩塌之 5%。惟其面積卻佔流域內 全崩塌面積之52%，顯示颱風引致大規模崩塌之趨 勢較顯著。

就表1 崩塌面積之數量分佈比例而言，地震或 颱風崩塌兩者之分布比例無明顯差異。面積小於 1ha 以下之崩塌地，集集地震佔 67.8%；莫拉克颱 風則佔64.9%；1-10 ha 情況地震與颱風兩者分別為 31.1% 及 31.1%，顯示出其主要中至小崩塌面積兩 者並無明顯差異。惟另從面積比來看，地震引致之 崩塌主要以10 公頃以下的中小型崩塌為主，比例 合計達90%；相反地颱風豪雨者則崩塌面積則中大 型崩塌明顯增多，10 公頃以上者達 52%。

為進一步瞭解邊坡類型與崩塌之關係，本文將 崩塌地所在邊坡依其與岩層位態之相對關係，分為

「順向坡」、「逆向坡」、「斜交坡」等類型。本文採 用中央地質調查所國土保育之敏感地質區調查分 析計畫（林慶偉，2010）調查成果，研究區內順向 坡分佈如圖13 所示。其中，斜交坡再依其與岩層 傾向關係分析，劃分為位於岩層傾向側之斜交坡

（簡稱順斜坡）與位於岩層逆向側之斜交坡（簡稱 逆斜坡）。

表1 集集地震及莫拉克颱風後隘寮溪流域內崩塌數量與規模統計

事件 集集地震 莫拉克颱風

崩塌點 數量 百分比% 面積比% 數量 百分比% 面積比%

>30ha 0 0.0 0.0 24 1.0 24.6

30 -10ha 3 0.9 9.9 92 4.0 27.4

10 - 1ha 103 30.7 60.6 701 30.2 37.5

< 1ha 229 68.4 29.5 1505 64.8 10.5 總計 335 100.0 100.0 2322 100.0 100.0

圖13 研究區內順向坡與崩塌地分佈圖，其中順向 坡圖資為摘自中央地質調查所國土保育之 敏感地質區調查分析計畫（2010）調查成果 研究區之崩塌地，地震與颱風崩塌地分為335 處與2322 處(已剔除階地 5 筆)，共計 2657 處。其 分佈位置之數量與其百分比如表2 所示。表 2 顯示 崩塌地之分佈多位於斜交坡上，合計順斜及逆斜坡 者於集集地震為 45.1%，於莫拉克颱風則更高達 68.3%。另就整體分佈來看，集集地震所觸發之崩

塌點，四邊坡類型之崩塌地分佈較平均，位於逆向 坡者比例約佔28%，其次為順向坡，而順斜交坡最 少；另莫拉克颱風觸發之崩塌，則以逆斜交坡者居 多，其比例達51%以上，其次為順向坡，而逆向坡 最少。此一結果顯示地震引致的崩塌較無區分性，

主要受坡度影響；但豪雨作用時，隘寮溪流域板岩 層具有發達之劈理與節理等弱面，除降低岩體強度 外亦與構成密集之地下水系統，豪雨時較易形成斜 交坡表層或崖錐崩積材料之崩塌。

本文續細分各類型邊坡其崩塌規模如圖14 所 示，上圖中地震崩塌之小崩塌面積，其崩塌較不分 邊坡類型，然為順向坡之崩塌規模面積通常較大順 向構造地形常出現較大面積崩塌之狀況，亦出現於 颱風崩塌地。顯示就大規模崩塌而言，順向構造為 重要崩塌影響因素。再者，因隘寮溪河流下切劇 烈，區域山坡常有解壓解理，斜交坡面上通常具有 較密集之弱面或厚層崖錐堆積，所以較易發育中小 規模崩塌(<10 公頃) 。

表2 集集地震及莫拉克颱風崩塌之邊坡類型分布

集集地震 莫拉克颱風

邊坡型態 順向 逆向 順斜 逆斜 順向 逆向 順斜 逆斜

數量 88 96 69 82 486 251 414 1171

百分比% 26.3 28.6 24.5 20.6 20.9 10.8 17.1 51.2 崩壞比% 33.5 24.0 18.7 23.8 40.4 7.4 10.6 41.6

圖14 集集地震後(左)與莫拉克颱風(右)崩塌類型與崩塌面積關係圖

3.4 崩塌規模與區位

本文分別針對集集地震及莫拉克颱風後隘寮 溪流域內崩塌之分布區位進行統計；依其崩塌與山 脊或河岸之距離比，繪製成圖15 之分布圖。集集 地震在山脊處之崩塌為124 筆、山腹 128 筆、全坡 長3 筆、坡址 80 筆，崩塌區位數量分布最多的是 山 腹 佔(38.21%) ， 其 次 為 山 脊 (37.0%) 、 坡 址 (23.9%)、全坡長(0.9%)，如圖 16 所示；莫拉克颱 風在山脊處之崩塌為359 筆、山腹 784 筆、全坡長 83 筆、坡址 1101 筆，崩塌區位數量分布最多的是 坡 趾 佔(47.31%) ， 其 次 為 山 腹 (33.7%) 、 山 脊 (14.5%)、全坡長(3.6%)。惟比較地震與颱風崩塌地 位置，為山腹區位之崩塌比例相當約於 33-38%左 右。最後，綜合比較兩圖點位分布之狀況，顯示集 集地震崩塌點較密集於坡頂及山腹之區位，而莫拉 克颱風之崩塌則較分佈於山腹至坡腳等較低之區 位。

本文進一步探討大崩塌與小崩塌分布區位之 特性，區分大於與小於1ha 崩塌在山脊、山腹、坡 趾等區位之數量如圖17 與圖 18。比較圖 17 兩事 件之崩塌分佈，崩塌面積大於 1ha 者在山脊區位 者 ， 地 震 事 件 （37.89% ） 較 多 於 颱 風 事 件

（12.61%），顯示地震大崩塌面積發生位置較密集 分布於山脊；坡趾區位則是颱風(54.71%)多於地震 (21.15%)，且全邊坡崩塌亦達 8.57%。地震引發之 大面積崩塌主要分布於嶺線，其受地震時山脊稜線 加速度增幅作用與地形坡度所影響。而位處於坡趾 的崩塌，根據調查結果發現，位於坡趾的崩塌主要 多發生於坡趾之崩積層。而莫拉克颱風之大崩塌面 積者(>30ha 及 10~30ha)，崩塌發生起始位置從坡 趾擴大至山腹，形成崩塌範圍佔據全邊坡的情況。

崩塌趨近於山腹是因為高強度及長延時之降雨所 造成的深層滑動，而坡趾處則多因溪水暴漲沖刷邊 坡坡腳造成崩塌。

圖15 集集地震後(左)與莫拉克颱風(右)崩塌面積與分布區位圖

（14.5%）

（33.7%）

（47.3%）

（3.6%）

圖16 集集地震後(左)與莫拉克颱風(右)崩塌於山脊、山腹、坡趾崩塌數量比較

（37.0%）

（38.2%）

（23.9%）

（0.9%）

圖17 集集地震後(左)與莫拉克颱風(右)>1ha 崩塌於山脊、山腹、坡趾數量分布

圖18 集集地震後(左)與莫拉克颱風(右)<1ha 之崩塌於山脊、山腹、坡趾數量分布 小面積之崩塌地其分布狀況如圖18 所示，圖

中呈現與大面積崩塌相似的特性。地震型之崩塌趨 近於山脊；豪雨型則是趨近於坡趾且越靠近坡趾的 崩塌地面積亦較大，數量亦越多。

3.5 邊坡類型與崩塌區位

本文綜整崩塌邊坡類型與區位(山脊、坡腹、

坡趾)分布狀況，統計成果如表 3 所示。表中分示 集集地震與莫拉克颱風引致之崩塌。地震後崩塌之 區位方面，地震山崩整體趨勢較為集中於山脊與山 腹；不過順向、順斜與逆斜坡三者之崩塌，為呈現 較均勻分布在山脊、山腹與坡趾。逆向坡崩塌稍有 不同，較顯著集中於山脊及山腹處（約88％）。而 莫拉克颱風所觸發之崩塌，整體趨勢較為集中於坡 趾與山腹。四類型邊坡崩塌之分布趨勢相似，均以 坡趾為最高約由43%至 57%間，次為山腹約佔 1/3

數量，而山脊崩塌約僅在12%至 18%間。

綜合比較集集地震與莫拉克颱風兩事件，兩個 事件崩塌地在山脊、山腹、坡趾的分布狀況呈現明 顯差異，顯示地震與豪雨所引發崩塌之控制因素有 所不同。但細觀各邊坡類型分別於兩事件崩塌區位 之數量比例，除逆向坡之地震事件外，大部分邊坡 類型之崩塌區位之分布比例較無顯著差異，此顯示 崩塌區位之數量分佈比例受地震或颱風因素影 響，但較不受邊坡類型影響。惟仍應注意的，崩塌 地面積則受邊坡類型顯著之影響。

4. 崩塌地形狀

崩塌地形狀為山坡塊體運動行為之展現，亦與 地形之侵蝕程度相關。本文針對大型崩塌地計算其 坡形曲率，取崩塌地之平面、剖面曲率值分為橫軸 與垂直軸如圖19 所示，由於地震引致之大型規模

崩塌數量甚少，因此本文以莫拉克颱風事件作為分 析主體。其次崩塌面積及區位之關係，則示於圖 20。圖中由平面、剖面曲率界分為 9 類形狀，圖上 之編號分為對應圖4 上之 9 種坡形編號。另分別細 分以崩塌地之山脊、山腹、及坡腳區位，以及5-10 公頃、10-30 公頃、及 30 公頃以上等三類崩塌面 積，進而探討崩塌之坡形特性。

綜合圖19 及圖 20 顯示，大面積崩塌地主要位 於山腹及坡腳，其中又以坡腳處之崩塌點最多。就 其分佈坡型來看，小於30 公頃之山腹及坡腳崩塌 多分佈於凸形及凹形剖面，而大於30 公頃之崩塌 地則以凸形剖面居多，其位置亦多位於坡腳區位，

此亦與向源侵蝕動力增加或河谷解壓有明顯相 關，此亦符合前節隘寮溪高侵蝕作用之推論。

大型崩塌常為深層岩體滑動，因此原邊坡之地 質動力與構造為主要控制因素，由圖20 中可見大

型崩塌地其崩塌前，均具有某種程度之撓曲變形。

圖中平直形者（如型態4、5、6）崩塌點甚少，而 就坡型來說，大型崩塌（10 公頃以上）多分佈於 1 凸窪、2 凸直、3 凸嘴、7 凹窪及 9 凹嘴等 5 型態。

愈大面積崩塌其災前即存在愈大的凸或凹地形，由 圖20 中顯示大部分崩塌點其坡面若非明顯凸起、

即有明顯凹入，顯示大規模崩塌岩體多呈漸進式的 變形，於坡形上逐漸凸脊或凹谷地形，而後乃至破 壞。

另統計崩塌區剖面之曲率分佈如圖21 所示，

圖中顯現出崩塌邊坡之地形曲率達 1×10^-4 (1/m)即 開始有崩塌曲線上昇趨勢，其中尤以較高區位之山 脊上崩塌地，其崩塌趨勢相當顯著。而山腹及坡腳 區位之崩塌地則較具耐山體變形能力，約半數之崩 塌地達曲率1×10^-3 (1/m)時，崩塌曲線方明顯上昇。

表3 集集地震及莫拉克颱風崩塌之邊坡類型與區位分布 集集地震 莫拉克颱風

邊坡類型 山脊 山腹 坡趾 全坡面 山脊 山腹 坡趾 全坡面 順向坡 數量 29 32 27 - 57 144 261 24

% 33.0 36.3 30.7 - 11.7 29.6 53.7 5.0 逆向坡 數量 43 42 11 - 45 93 107 6

% 44.8 43.8 11.4 - 17.9 37.1 42.6 2.4 順斜坡 數量 30 21 17 1 75 144 182 13

% 43.5 30.4 24.6 1.5 18.1 34.8 44.0 3.1 逆斜坡 數量 22 32 26 2 182 403 546 40

% 26.8 39.0 31.7 2.5 15.6 34.4 46.6 3.4

圖19 區位-曲率分佈圖(1-山脊，2-山腹，3-坡腳)

圖20 崩塌面積(m²)-曲率分佈圖

圖21 大面積剖面凹形曲率-區位數量統計

5. 結論

本文針對隘寮溪流域集集地震後及莫拉克颱 風兩事件之崩塌地進行分析統計後，獲致數點結論 如下：

1. 就崩塌地坡度而言，集集地震崩塌地平均坡 度主要分佈於30 至 50 度之間，而莫拉克颱 風崩塌地則主要分佈於20 至 40 度之間；兩 者之平均坡度均集中於30 至 40 度之間，但 颱風豪雨崩塌地之坡度較緩於地震崩塌地。

2. 崩塌地之坡向方面，集集地震或莫拉克颱風 之崩塌均主要朝向東至南方向，此方向者佔 全崩塌地之80%以上。

3. 集集地震崩塌規模多較小，約 90%崩塌地面

積小於10 公頃；莫拉克颱風之崩塌規模則較 大，10 公頃以上者達總崩塌面積之 52%。惟 地震或颱風崩塌面積之數量比例並無明顯差 異。再者，颱風引致大型崩塌之趨勢較地震 事件顯著，其佔約崩塌數量之 5％，且面積 卻幾佔全崩塌面積之50％。

4. 於崩塌地區位上，集集地震崩塌較多位於山 脊及山腹處，莫拉克颱風崩塌則較集中於山 腹及坡腳處。莫拉克颱風崩塌區位集中於邊 坡山腹及坡腳處，其與河岸被淘刷甚為相關。

5. 集集地震所觸發的崩塌點在各邊坡類型之分 布較為平均，受坡度影響較大；而莫拉克颱 風觸發之崩塌點，則主要位於逆斜坡居多。

此一結果與隘寮溪流域崩塌地，劈理節理、

弱面密集與地下水系統發達有關。

6. 坡形分析顯示大型崩塌地其崩塌前均已具有 某種程度之撓曲變形。曲率值越大，則越容 易造成大規模崩塌。多數大型崩塌點地形若 非明顯凸起、即有明顯凹入，此大規模崩塌 坡體多呈漸進式的變形，其地形曲率隨時間 逐漸增大乃至破壞。

7. 大型崩塌地之地形曲率達1×10^-4 (1/m)即出現 崩塌曲線上昇趨勢，其中尤以山脊附近崩塌 地崩塌趨勢明顯。而山腹及坡腳區位之崩塌 地則較具耐山體變形能力，約半數之崩塌地 達曲率1×10^-3 (1/m)時，崩塌曲線方明顯上昇。

8. 本文採集集地震及莫拉克颱風兩事件為分析 之案例，其中莫拉克颱風為極端降雨事件造 成研究區嚴重崩塌，而集集地震則對研究區 之影響較小。因此本文主要為討論地震與豪 雨引致崩塌之特性，而非比較兩者之災害規 模。

致謝

作者們感謝兩位審查委員提供非常精緻與寶 貴之建議，其對本論文品質之提昇有相當重要之幫 助。

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