坡地塊體運動對集水區尺度的剝蝕速率之影響

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科技部補助專題研究計畫成果報告期末報告

坡地塊體運動對集水區尺度的剝蝕速率之影響

計畫類別：個別型計畫

計畫編號： MOST 107-2116-M-006-010- 執行期間： 107年08月01日至108年07月31日執行單位：國立成功大學地球科學系（所）

計畫主持人：林冠瑋

計畫參與人員：碩士級-專任助理：顏心儀

碩士班研究生-兼任助理：張珈銘碩士班研究生-兼任助理：黃淳銘碩士班研究生-兼任助理：張簡意逢

報告附件：出席國際學術會議心得報告

中　華　民　國　108　年　10　月　28　日

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中文摘要：本研究針對曾文溪流域內的山崩資料及地表水文觀測數據來進行各項研究。山崩判釋與輸砂量估算的結果顯示，曾文溪流域之流域內年平均崩塌面積約為3.35平方公里，平均年輸砂量為23.49百萬噸。

利用山崩與輸砂量的分析結果探討與地形、地質及降雨間之相關性

，得出幾點結論：(1)曾文溪流域內250至1250 m 之平均高度之地形是有較高的可能性發生崩塌；(2)曾文溪流域內崩塌主要集中在坡度 20∘至30∘之區間範圍；(3)古亭坑層出露的地區較易發生崩塌

；(4) 崩塌個數是受斷層構造分布影響，距離斷層愈近的區域發生崩塌的個數愈高；(5)颱風事件之平均降雨量及崩塌個數有非常良好之正相關性，而崩塌面積和事件輸砂量並沒有絕對的相關性。從溪水化學性質的探討可以得知，曾文溪溪水中硫酸根離子濃度明顯高於其他溶解態離子，排除人為因素影響之外，泥岩的化學風化是溪水中溶解物質的最主要來源。

中文關鍵詞：大規模崩塌、淺層崩塌、地動訊號、促崩雨量、降雨因子

英文摘要： This study conducted various studies on landslide data and hydrological observation data in the Zengwen River Basin.

The results of landslide interpretation and estimation of suspended sediment discharge show that the annual average landslide area in the basin is about 3.35 square

kilometers, and the average annual suspended sediment

discharge is 23.49 million tons. Using the analysis results of landslides and sediment transport to explore the

correlation with topography, geology, and rainfall, the following conclusions are drawn: (1) The terrain with an average elevation of 250 to 1250 m in the basin has a high probability of landslide; (2) The landslide in the basin is mainly concentrated on the slope with a gradient of 20 to 30 degrees; (3) The region where the mudstone is exposed is the area where the landslide is more likely to occur; (4) The landslide number is affected by the distribution of the fault, and the landslide number in the region closer to faults is higher; (5) There was a positive correlation between the average rainfall and the landslide number in the typhoon event, and there was no significant correlation between the landslide area and the event sediment

transport. From the analysis of the water chemistry, it can be known that the concentration of sulfate ion in the water of the Zengwen River is significantly higher than that of other dissolved ions. Excluding the influence of human factors, the chemical weathering of mudstone is the most important source of dissolved matter in the stream.

英文關鍵詞： large scale landslide, seismic signal, rainfall threshold

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摘要

本研究針對曾文溪流域內的山崩資料及地表水文觀測數據來進行各項研究。山崩判釋與輸砂量估算的結果顯示，曾文溪流域之流域內年平均崩塌面積約為 3.35 平方公里，平均年輸砂量為 23.49 百萬噸。利用山崩與輸砂量的分析結果探討與地形、地質及降雨間之相關性，得出幾點結論：(1)曾文溪流域內 250 至 1250 m 之平均高度之地形是有較高的可能性發生崩塌；(2)曾文溪流域內崩塌主要集中在坡度 20∘至 30∘之區間範圍；(3)古亭坑層出露的地區較易發生崩塌；(4) 崩塌個數是受斷層構造分布影響，距離斷層愈近的區域發生崩塌的個數愈高；(5)颱風事件之平均降雨量及崩塌個數有非常良好之正相關性，而崩塌面積和事件輸砂量並沒有絕對的相關性。從溪水化學性質的探討可以得知，曾文溪溪水中硫酸根離子濃度明顯高於其他溶解態離子，排除人為因素影響之外，泥岩的化學風化是溪水中溶解物質的最主要來源。

關鍵字：大規模崩塌、淺層崩塌、地動訊號、促崩雨量、降雨因子

Abstract

This study conducted various studies on landslide data and hydrological observation data in the Zengwen River Basin. The results of landslide interpretation and estimation of suspended sediment discharge show that the annual average landslide area in the basin is about 3.35 square kilometers, and the average annual suspended sediment discharge is 23.49 million tons. Using the analysis results of landslides and sediment transport to explore the correlation with topography, geology, and rainfall, the following conclusions are drawn: (1) The terrain with an average elevation of 250 to 1250 m in the basin has a high probability of landslide; (2) The landslide in the basin is mainly concentrated on the slope with a gradient of 20 to 30 degrees; (3) The region where the mudstone is exposed is the area where the landslide is more likely to occur; (4) The landslide number is affected by the distribution of the fault, and the landslide number in the region closer to faults is higher; (5) There was a positive correlation between the average rainfall and the landslide number in the typhoon event, and there was no significant correlation between the landslide area and the event sediment transport. From the analysis of the water chemistry, it can be known that the concentration of sulfate ion in the water of the Zengwen River is significantly higher than that of other dissolved ions. Excluding the influence of human factors, the chemical weathering of mudstone is the most important source of dissolved matter in the stream.

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Key words: large scale landslide, seismic signal, rainfall threshold

1. 前言

河川是陸地上的物質輸送至海洋中的主要管道，研究河水中溶解載與輸砂量的特性，將有助於我們了解集水區內的剝蝕作用。地質材料的風化、侵蝕及搬運為形塑地表地貌最重要的作用之一。地質材料的風化又可以分為物理風化及化學風化。化學風化會使地質材料形成可溶性的元素而被水流搬運；

物理風化則會使地質材料變成細顆粒的碎屑而使水流更容易搬運。這兩者之間也會彼此互相影響，當其中一方速率提高時，另一方的速率也可能會隨之增加。當化學風化所釋出的元素進入河川，會成為河川溶解載的一部分，因此研究河水的化學組成可以讓我們了解流域內的化學風化作用(Gaillardet et al., 1999)。在岩石的化學風化作用中，又以對矽酸鹽類的風化研究最為廣泛，這是因為矽酸鹽的化學風化會消耗大氣中的二氧化碳，長期尺度下會對全球大氣的化學組成與氣候有重要的影響(Berner, 1996)。

在造山帶地區的剝蝕作用研究，多半著重於物理作用對地貌的影響(Hovius et al., 1997)。前人研究指出在造山帶流域內的山崩作用，會將大量山坡上的土壤及岩石等地質材料給帶到河川當中(Hovius et al., 2000)，而豪雨則是誘發山崩發生的重要因子之一。台灣平均每年有四個颱風侵襲，並帶來豐沛的降水量，常常在山區造成大量的山崩。當這些地質材料被河川以懸浮顆粒的形式搬運，則會形成輸砂量，

可以代表集水區內的物理風化侵蝕作用(Dadson et al., 2004)。而相較於對大河的研究，針對流域內岩性氣候較單純的小型河川進行的研究，較容易找出不同因子(例如：岩性、氣候、水文)等對風化作用的影響。

2. 研究方法

本次研究方法可分為三個部分，第一部分為衛星影像的合成與崩塌地數化及統計，第二部分為曾文溪流域輸砂量之估算，第三部分為曾文溪的溪水化性分析。

2.1 衛星影像的合成與崩塌之數化及統計

本次研究年度由 2004 年至 2015 年共 12 年，各年度挑選一次颱風事件，為了要求衛星影像品質有些年度會挑選複數颱風事件，蒐集颱風事件前後之 SPOT 衛星影像，將不同波段的衛星影像合成，接著進行崩塌判釋，經由電腦自動判釋完成後可以得到崩塌初步判釋，再經過人工修正使崩塌的判釋更精確，運用颱風事件前後的影像作疊圖比對即可得到該年度颱風事件新生的崩塌個數，輸入基本地形

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參數即可得到新生崩塌的地形數據如平均高度、平均坡度及崩塌面積等，經過資料分析的步驟後即可進行數據的統計分析如崩塌率、崩塌坡度趨勢、崩塌高度趨勢、崩塌坡度正規化之分布、崩塌高度正規化之分布、崩塌與河道距離之比值等(林冠瑋，2010)。

將判釋完成的崩塌地進行統計分析，除了輸入基本地形參數之資料外，本次研究亦使用了地質資料包含台灣地質圖及曾文溪流域內斷層資料，透過地質資料分析之結果可以將崩塌地依照地質資料作統計分析，統計分析包括將 12 個年度辨識完成之崩塌地依照其所屬地層進行崩塌地層分布、崩塌與斷層距離之關係等。

崩塌率= (崩塌總面積流域總面積)

崩塌坡度分布=各坡度區間崩塌個數總崩塌個數

崩塌高度分布=各高度區間崩塌個數總崩塌個數

崩塌坡度正規化之比值 = 崩塌坡度分布

各坡度區間占曾文溪流域面積比例

崩塌高度正規化之比值 = 崩塌高度分布

各高度區間占曾文溪流域面積比例

崩塌與河道距離之比值= 崩塌與河道之距離

崩塌與山脊之距離+ 崩塌長度 + 崩塌與河道之距離

崩塌與山脊距離之比值= 崩塌與山脊之距離

崩塌與山脊之距離+ 崩塌長度 + 崩塌與河道之距離

崩塌地層分布=各地層崩塌個數總崩塌個數

崩塌地層正規化之比值 = 地層崩塌分布

各地層出露占曾文溪流域面積比例

2.2 曾文溪流域輸砂量之估算

輸砂量之計算方法有兩大宗，分別為月平均法及率定曲線法，月平均法是將測量輸砂量之時間區分為十二個月，將每個月所得之輸砂量總合除以該月資料數，所得之平均值在乘以該月天數，所得之

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值即代表該月總輸砂量，將十二個月之總輸砂量加總即可得到該年度該測站之年總輸砂量，此為月平均法之計算方法。

率定曲線是將該年度該測站所測得之輸砂量資料取出流量及輸砂量兩項資料，分別將流量及輸砂量做 X 值及 Y 值投成散佈圖，X 座標及 Y 座標取 log scale，對散佈圖取回歸線，該回歸線即為該年度該測站之率定曲線，將輸砂量測站測量之流量資料代入率定曲線公式可得到預估輸砂量，將輸砂量測站測量之總輸砂量和預估輸砂量相減，將相減之值除以預估輸砂量即可得到修正值β，將修正值加一可得到修正係數，修正係數使計算結果更趨近實際值，將率定曲線公式額外乘以修正係數可得到修正率定曲線公式，將蒐集之該年度該流量測站之日流量資料或時流量資料代入修正率定曲線公式即可得到日輸砂量或時輸砂量，將輸砂量加總除以資料天數再乘以 365 即可得到該年度該測站之年總輸砂量，

此為率定曲線法之計算方法。

月平均法及率定曲線法皆有人使用，但月平均法適合使用於河流流量變化不大之河流，而率定曲線法適合使用於河流流量變化劇烈之河流。綜合上述論點，台灣河川屬於流量變化劇烈之河川，率定曲線法較適合台灣之河川，故本次研究採用之方法為率定曲線法，本研究總共估算了 2004 年至 2015 年共 12 年曾文溪流域內各水文測站之輸砂量資料。

依照曾文溪流域內水文測站區分，使用各個水文測站之輸砂量資料，將該水文測站不分年度全部輸砂量資料整理並區分為冬季與夏季兩類，五月至九月之輸砂量資料為夏季，十月至十二月之輸砂量資料為冬季，運用該水文測站冬季之全部輸砂量資料製作屬於該測站冬季之率定曲線，製作之方法採用冬季輸砂量資料中的流量與輸砂量資料製作散步圖並取對數座標，接著取回歸線後即可得到該水文測站冬季之率定曲線，將冬季率定曲線之 b 值作為固定值，接著重新製作該測站各年度之冬季率定曲線，將各年度之冬季率定曲線之 b 值鎖住，即可得到該測站各年度冬季α值，同樣地也製作該測站之夏季率定曲線，亦可以得到夏季率定曲線之 b 值，透過固定夏季率定曲線之 b 值重新製作各年度之夏季率定曲線，最後也可以得到該測站各年度夏季α值，比較測站冬季α值與夏季α值隨時間的改變，

可以分析各年度颱風事件對曾文溪流域輸砂能力的影響。

𝐸_𝑀𝑊𝐴 = 1

12∑ ( 1

𝑚_𝑖∑^𝑚^𝑖 𝑄_𝑠𝑖𝑗

𝑗=1 )

12

𝑖

𝑄_𝑠 = 𝑎𝑄^𝑏(1 + 𝛽) 年總輸砂量= 𝑄_𝑠1 + 𝑄_𝑠2 + ⋯ + 𝑄_𝑠𝑛

𝑛 × 8760 颱風期間事件輸砂量= 𝑄_𝑠1 + 𝑄_𝑠2 + ⋯ + 𝑄_𝑠𝑛

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2.3 溪水化性分析

於新中橋水文站進行溪水採取，分析各樣品其溶解態之主要離子（Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、SO42-、 Cl^-、NO3-）等重要項目，並計算各離子濃度總和，以求得總溶解固體濃度。

3. 研究成果

3.1 衛星影像的合成與崩塌之數化及統計

自動判釋曾文溪流域內之崩塌地，研究總共判釋了 2004 年至 2015 年共 12 年，各年度成功判釋的山崩個數結果見表一，成功判釋的崩塌數量總共 2350 處，流域內年平均崩塌數量高達 196 處，崩塌面積約為 3.35 平方公里。由 2009 年莫拉克颱風造成的崩塌數量最多，崩塌數量為 752 處，崩塌總面積達到 15.95 平方公里，明顯高於其他年度的崩塌數量。而崩塌數量最低的為 2011 年南瑪都颱風，判釋的崩塌數量為 16 處，崩塌總面積為 0.23 平方公里透過崩塌數量之統計分析，我們可以知道各個年度颱風事件對曾文溪流域影響程度的變動。

表一、颱風事件崩塌數量及崩塌總面積表

年度崩塌數量崩塌總面積年度崩塌數量崩塌總面積 2004 114 3.70 km² 2010 359 4.42 km² 2005 190 2.24 km² 2011 16 0.23 km² 2006 110 1.05 km² 2012 114 3.31 km² 2007 165 2.57 km² 2013 217 3.03 km² 2008 156 2.16 km² 2014 54 0.42 km² 2009 752 15.95 km² 2015 103 1.13 km²

3.2 曾文溪流域輸砂量之估算

本計畫計算了曾文溪流域中的 5 個含砂量測站資料，其年輸砂量統計結果如圖一。新中站為曾文溪流域最下游之水文測站，可以反映當年最終進入海洋的輸砂砂量多寡，計算結果顯示曾文溪流域平均年輸砂量為 23.49 百萬噸，其中年輸砂量最高的為 2009 年，當年的總輸砂量高達 112.07 百萬噸，而年輸砂量最低的為 2016 年，當年輸砂量為 0.81 百萬噸(表二)。在計算的結果中顯示曾文溪流域最終進入海洋的輸砂量變化非常大，可能與該年度經歷之豪大雨事件數不同而有此變化。

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圖一、曾文溪流域年輸砂量圖

表二、新中站年輸砂量表

年度年輸砂量年度年輸砂量

2004 4.60 百萬噸 2011 7.81 百萬噸 2005 17.11 百萬噸 2012 11.79 百萬噸 2006 4.53 百萬噸 2013 11.55 百萬噸 2007 7.17 百萬噸 2014 0.29 百萬噸 2008 9.40 百萬噸 2015 2.26 百萬噸 2009 112.07 百萬噸 2016 0.81 百萬噸 2010 95.14 百萬噸 2017 1.77 百萬噸 2018 1.63 百萬噸

3.3 曾文溪長期溪水化性

在計畫中所量測的主要溶解離子中，K、Mg、Ca 的來源與集水區內母岩的種類有密切相關性，因此這 3 種溶解離子在溪水中的多寡，除了反映出集水區內出露地層的性質，也可反映出上游集水區中的化學風化程度。本計畫整合林務局的長期量測數據與計畫分析結果，計算出各主要離子的平均濃度、

枯水期平均、豐水期平均，以及標準差(表三)，作為流域的長期風化指標。

(1) 平均鈉離子濃度則超過 40 mg/L。

(2) 鉀離子濃度介於 4mg/L 至 12mg/L 之間。

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(3) 鎂離子濃度介於 5mg/L 至 30mg/L 之間。

(4) 平均鈣離子濃度超過 50mg/L。

(5) 平均氯離子濃度超過 30mg/L。

(6) 濃度均超過 80mg/L，與二仁溪流域內大面積泥岩的出露有關，容易受到氧化後而形成硫酸，

再被地表逕流帶至河水中。

表三、各主要離子統計值

主要離子平均值主要離子平均值

Cl

枯水期 43.15 K

枯水期 5.23 豐水期 28.80 豐水期 3.94 總平均 34.95 總平均 4.50 標準差 21.39 標準差 3.32

SO4

枯水期 118.52 Mg

Na

枯水期 56.60 Ca

4. 討論與結論

4.1 崩塌與地形及地質

各年度颱風引發之崩塌判釋完成後，將基本地形參數代入崩塌判釋之結果，可以得到每一個崩塌事件的基本地形資料，基本地形資料包含平均高度、平均坡度，透過地形資料的分析可以得到曾文溪流域內崩塌發生在不同地形參數下之分布情形，藉由分布情形之結果可以針對曾文溪流域內不同的地形定出危險程度。

分析各個年度由颱風引發之崩塌與地形高度之關係，將崩塌之平均高度以 250 m 為分界值，總共可以劃分為 11 組區間，平均高度最小之區間值為 0 至 250 m ，平均高度最高之區間值為 2500 至 2750 m ，透過各個年度之崩塌與平均高度之分析結果如圖二，我們可以發現曾文溪流域內由颱風引發之崩塌主要集中在 250 至 1250 m 之平均高度範圍，藉由這個結果我們可以推測在颱風侵襲期間，曾文溪流域內 250 至 1250 m 之平均高度之地形是有較高的可能性發生崩塌。

分析各個年度崩塌與地形坡度之關係，將坡度之平均高度以 10∘為分界值，總共可以劃分為 6 組

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區間，平均坡度小於 10∘為下游沖積區域造成的裸露地，不屬於崩塌之範圍，故平均坡度最小的區間為 10∘至 20∘，平均坡度最大的區間為 60∘至 70∘，透過各個年度崩塌與平均坡度之分析結果見圖三，我們可以發現在曾文溪流域內由颱風引發之崩塌主要集中在坡度 20∘至 30∘之區間範圍，藉由此結果我們可以知道在 20∘至 30∘之平均坡度地形在颱風期間有較高的可能性發生崩塌。

圖二、崩塌高度分布圖

圖三、崩塌坡度分布圖

接著討論崩塌分布與曾文溪流域內河道距離之影響(圖四)，我們可以計算崩塌地的長度、崩塌至山脊之距離及崩塌至河道之距離，運用每一起崩塌上述三段長度，可分別計算崩塌與河道距離之比值及崩塌與山脊距離之比值，崩塌與河道距離之比值愈大代表崩塌距離河道愈遠，相反比值愈小距離河道愈近，崩塌與山脊之距離同樣適用上述解釋，透過兩種不同的比值我們可以分析崩塌在邊坡之分布狀

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況。

圖四、2004 年至 2015 年崩塌邊坡分布圖

將各年度崩塌判釋之結果代入台灣地質圖資料，可以得到所有由颱風引發之崩塌事件的地層資料，

將崩塌之地層資料分類統計見圖五，我們可以分析何種地層在 2004 年至 2015 年共 12 年在颱風侵襲時發生最多起崩塌事件，統計結果顯示前三名為長枝坑層的、隘寮腳層及糖恩山砂岩，其發生之崩塌事件數分別為 609 起、451 起及 335 起。除了統計曾文溪流域內各個地層崩塌個數外，我們也可以使用正規化之概念考慮不同地層在曾文溪流域出露面積之情況，將各個地層的崩塌個數除以總崩塌個數，可以得到曾文溪流域內崩塌分布於各地層之情況，再將結果除以各地層在曾文溪流域出露面積所佔之比例，即可得到面積正規化之結果見圖五，比值愈大之地層在曾文溪流域內有較高的可能性發生崩塌，

由結果我們可以知道古亭坑層出露的地區在颱風期間是屬於較危險的區域。

在曾文溪流域內有多條斷層通過，計算崩塌與斷層之距離，將崩塌與斷層之距離以 1000 公尺為單位分區間，統計各個區間崩塌之個數，將崩塌個數與斷層距離分析見圖六，我們可以發現崩塌發生的個數是有受斷層構造分布的影響，斷層距離愈近的區域在颱風期間發生崩塌的個數愈高。除了崩塌個數與斷層距離之分析外，還可以加入崩塌面積作探討，將各斷層距離區間內之崩塌依照其各別面積投

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圖，可以探討各個斷層距離區間內臨界崩塌最大面積之變化，首先將 1000 公尺區間內最大崩塌面積定出，接著將下個區間內崩塌面積大於第一區間的最大崩塌面積設為異常值，剩餘的崩塌面積最大值即為該區間的臨界崩塌面積，依照此方法將各個區間的臨界崩塌面積找出，總共有 10 個異常值存在，見圖七我們可以發現離斷層距離愈遠之臨界崩塌有逐漸下降之趨勢。

圖五、崩塌地層分布圖

圖六、崩塌斷層分布圖

4.2 崩塌與輸砂量

除了觀察事件輸砂量隨各年度颱風之變化，我們還可以將各年度由颱風引發之崩塌和事件輸砂量共同分析，河流輸砂量是一種懸浮沉積物，在進入河流前身為地表風化侵蝕作用後的產物，而崩塌事件為其中一種提供大量輸砂量之來源，因此可以藉由崩塌及輸砂量共同分析來觀察颱風對曾文溪流域

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之影響。

運用新中輸砂量測站所估算之事件輸砂量與各年度崩塌率資料分析見圖七，我們可以觀察事件輸砂量與崩塌面積之關係，我們可以發現崩塌面積和事件輸砂量並沒有絕對的相關性，但是我們可以發現在 2009 年莫拉克颱風侵襲過後，曾文溪流域內崩塌率並沒有明顯的變化，但其所估算之事件輸砂量和莫拉克颱風侵襲前比較確有明顯的下降。

圖七、崩塌與颱風資訊分析圖

4.3 颱風事件之降雨量與崩塌

使用曾文溪流域內中央氣象局雨量站之資料，將 2004 年至 2015 年各年度颱風期間之降雨量總合除以雨量站數即可得到各年度颱風期間曾文溪流域之平均降雨量，將計算得出的平均降雨量依照時間作圖，見圖八我們可以明顯發現在 2009 年以前，颱風事件之平均降雨量和 2009 年以後相互比較，2009 年以後颱風帶來的平均降雨量普遍較低，說明了台灣南部的氣候有明顯的變遷。

雨水被視為誘發崩塌的其中一項重要因子，而曾文溪流域內的地層大多為砂頁岩互層，在透水性

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良好的砂岩層及不透水的頁岩層交界面，時常會有地下水儲存，而地下水會產生孔隙水壓使有效應力下降，接著使土壤受力不平衡進而引發崩塌，因此將颱風事件計算求得的平均降雨量和其引發的崩塌事件個數作圖分析，由圖八我們可以發現在 2004 年至 2008 年期間和 2014 年及 2015 年，颱風事件之平均降雨量及崩塌事件個數有非常良好之正相關性，透過更進一步的迴歸分析，我們可以獲得兩者間的相關係數高達 0.89，然而 2009 年莫拉克颱風侵襲過後，後續期間平均降雨量及崩塌個數兩者之正相關性被破壞，隨著時間至 2014 年兩者之正相關性有回復之趨勢。

圖八、崩塌個數與降雨量迴歸分析圖

參考文獻

Berner, E., Berner, R. A., (1996) Global environment: water, air, and geochemical cycles.

Dadson, S. J., Hovius, N., Chen, H., Dade, W. B., Lin, J.C., Hsu, M. L., Lin, C. W., Horng, M. J., Chen, C. T., Milliman, J., Stark, C. P. (2004) Earthquake-triggered increase in sediment delivery from an active mountain belt, Geology, 32, 733-736.

Gaillardet, J., Dupré, B., Louvat, P. (1999) Global silicate weathering and CO2 consumption rates deduced from the chemistry of large rivers. Chemical Geology, 159, 3-30.

Hovius, N., Stark. C. P., and Allen. P.A. (1997) Sediment flux from a mountain belt derived by landslide mapping. Geology, 25, 231-234.

Hovius, N., Stark, C. P., Chu, H. T., Lin, J. C. (2000) Supply and removal of sediment in a landslide- dominated mountain belt: Central Range, Taiwan, The Journal of Geology, 108, 73-89.

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科技部補助專題研究計畫成果報告自評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價

值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適

合在學術期刊發表或申請專利、主要發現（簡要敘述成果是否有嚴重損及公共利益之發現）或其他有關價值等，作一綜合評估。

1. 請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估

■ 達成目標

□ 未達成目標（請說明，以 100 字為限）

□ 實驗失敗

□ 因故實驗中斷

□ 其他原因說明：

2. 研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形：

論文：□已發表 □未發表之文稿 ■撰寫中 □無專利：□已獲得 □申請中 □無

技轉：□已技轉 □洽談中 □無其他：（以 100 字為限）

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價

值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性），如已

有嚴重損及公共利益之發現，請簡述可能損及之相關程度（以 500 字為限）

本研究之成果預期將可作為單一流域之地表風化侵蝕作用觀測之基本方法，也將有助於了解地質、地形環境，以及氣候條件對於集水區內風化侵蝕作用之影響。同時，也將培養研究生及相關研究人員對於崩塌與集水區水文條件相關性研究的能力，屆時亦將成為地質災害研究及應用領域之專業人員。

附件二

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1 科技部補助專題研究計畫出席國際學術會議心得報告

日期：2019 年 04 月 20 日

計畫編號 MOST107-2116-M-006-010

計畫名稱坡地塊體運動對集水區尺度的剝蝕速率之影響

出國人員

姓名林冠瑋

服務機構及職稱

國立成功大學副教授

會議時間

2019 年 04 月 7 日至

2019 年 04 月 12 日

會議地點奧地利維也納

會議名稱

(中文) 2019 歐洲地質科學年會

(英文) European Geosciences Union General Assembly 2019

發表題目

1. Fluvial monitoring using seismometers: A case study in the Aiyuzi River, central Taiwan

2. Assessment of movement behaviors for a potential landslide in Shezailiao area, south Taiwan using 3D discrete element simulation

一、參加會議經過

歐洲地質科學年會(European Geosciences Union General Assembly 2017) 在奧地利維也納舉行，會議時間由 2019 年 04 月 7 日至 12 日，共有 107 個國家，16,250 人參與，研究發表部分有 5,531 個口頭演講與 9,432 個海報張貼。相關資訊可參考網址 http:// egu2019.eu/。會議中的主題包含了地質科學、大氣科學、海洋科學，以及天文科學等多項學門，提供了一個相當好的知識交流平台，各國學者專家可以藉由研究發表或是參與會議期間與其他學者彼此交換意見。

本次會議，本人與 2 為指導學生一同以海報的方式，在 Natural

Hazards 主題發表了研究論文「Assessment of movement behaviors for a

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2 potential landslide in Shezailiao area, south Taiwan using 3D discrete element simulation」，以及「Fluvial monitoring using seismometers: A case study in the Aiyuzi River, central Taiwan」，發表內容為科技部專題研究計畫的成果，

利用地震站紀錄應用估計河川中流量與底床載，以及應用離散分析方法模擬崩塌過程。這也是台灣近年來重大的民生及環境保護議題，因此在海報展示當天，也有許多與會專家學者與我進行討論，彼此交換意見，收穫頗多。

二、與會心得

在此特別感謝科技部專題計畫中提供了參加國際研討會之經費，使本人與指導研究生能前往參與，不僅能將自己的研究成果在國際上發表，也同時能吸收世界上相關領域之研究資訊，對日後進一步的研究有極大的幫助。

三、發表論文摘要

3.1 Fluvial monitoring using seismometers: A case study in the Aiyuzi River, central Taiwan

The fluvial processes including erosion, sediment transport, and

deposition, control the evolution of geomorphology and anthropogenic activity

close to the river. Hydrological Investigating can help us to observe fluvial

processes in different conditions, especially during flood events. Although

conventional on-site hydrometric monitoring can provide essential

hydrodynamic data, the low sampling rate only provide low time-resolution data

(i.e. one data per hour). In the past two decades, many pioneers attempted to

applied monitor environmental tremors using seismometers. In this study, we

analyze the hydrological data and ground motion signals observed along the

Aiyuzi River, a small mountainous stream in central Taiwan. We find the

ground motion induced by fluvial processes can be recorded by the

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3 seismometers deployed close to the river channel. Horizontal-component of signals is more apparent than vertical-component, which demonstrates that the propagation of energy induced by fluvial processes is through the Rayleigh Wave. In the time domain, the amplitude of ground motion has a great correlation with hydrological data. In the frequency domain, the power spectrum density with frequency-band from 10 Hz to 40 Hz is more sensitive to the hydrological data in the Aiyuzi River. The results show the possibility and provide an insight new method of using seismometers to monitor fluvial processes.

3.2 Assessment of movement behaviors for a potential landslide in Shezailiao area, south Taiwan using 3D discrete element simulation

Landslide is one of the worst natural disaster in the world, especially in humid regions. Abundant precipitation combining with high frequency of earthquakes makes Taiwan more prone to landslide. The potential Shezailiao landslide area is located in southern Taiwan, and deformation usually occurred on the slope surface with heavy rainfall. Shezailiao landslide area demonstrates a shallow creeping along a dip slope with low dip angle. In this study, the 3D Particle Flow Code (PFC3D) is adopted to simulate the possible scenarios of failure models. Through in-suit survey and literature reviewing, the potential landslide area is divided into three sliding bodies, given different material parameters for simulation. The difference of friction coefficient between the sliding bodies cause significantly different models of displacement evaluation.

The results of simulation also reveal the importance of detailed geological survey.

四、建議

本次會議的與會者中，35 歲以下的比例超過一半，可以看到各國均有

許多研究生參與，表示地球科學研究在各國均已向下扎根。其中歐美國家

研究生以口頭發表最多，我國雖非英語系國家，但應可積極推廣研究生以

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4 口頭演說方式參與相關的國際研討會，以提升研究生之表達能力。

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107年度專題研究計畫成果彙整表

計畫主持人：林冠瑋計畫編號：107-2116-M-006-010- 計畫名稱：坡地塊體運動對集水區尺度的剝蝕速率之影響

成果項目量化單位

質化

（說明：各成果項目請附佐證資料或細項說明，如期刊名稱、年份、卷期、起訖頁數、證號...等）　　　　　　　

國內

學術性論文

期刊論文 2

篇

1、林冠瑋, 洪瀞（2019）大規模崩塌之促崩降雨分析，地工技術，第161期，第 29-36頁。

2、林冠瑋, 洪瀞（2019）AI 在山崩引致的地表振動訊號辨識上之應用，地工技術，第161期，第101-102頁。

研討會論文 5

2019地質年會

1、運用三維離散元素法探討潛在崩塌發育情況：以嘉義檨仔寮邊坡為例

2、利用有限元素法模擬2016 年熊本地震誘發之阿蘇大橋崩塌

3、地動訊號於河川監測之應用：以曾文水庫為例

4、評估以地震儀進行流域尺度河川水文觀測之可行性：以日本天鹽川為例 5、藉由機器學習演算法及地動訊號特徵值進行崩塌事件的自動辨識

專書 0 本

專書論文 0 章

技術報告 0 篇

其他 0 篇

智慧財產權及成果

專利權發明專利申請中 0

件

已獲得 0

新型/設計專利 0

商標權 0

營業秘密 0

積體電路電路布局權 0

著作權 0

品種權 0

其他 0

技術移轉件數 0 件

收入 0 千元

國

外學術性論文期刊論文 2 篇

1. Guan-Wei Lin. (2018) Variations of fluvial sediment transport after large earthquakes: Field study in Taiwan catchments. Water, 10, 1836;

doi:10.3390/w10121836

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2.Guan-Wei Lin (2019) The environmental significance of chemistry variations in the rivers around Taiwan. Water Resources, September 2019, Volume 46, Issue 5, pp 780–788|

研討會論文 3

2018AGU

Kuo, H. L., Lin, G. W., The Study of Landslide Occurrence

Hydrological Condition by Using Seismic

Records and Rainfall Observation.

American Geophysical Union Fall Meeting, Washington, D. C., USA, 2018.

2019EGU

1、Assessment of movement behaviors for a potential landslide in

Shezailiao area, south Taiwan using 3D discrete element simulation 2、Fluvial monitoring using

seismometers: A case study in the Aiyuzi River, central Taiwan

專書 0 本

專書論文 0 章

技術報告 0 篇

其他 0 篇

智慧財產權及成果

專利權發明專利申請中 0

件

已獲得 0

新型/設計專利 0

商標權 0

營業秘密 0

積體電路電路布局權 0

著作權 0

品種權 0

其他 0

技術移轉件數 0 件

收入 0 千元

參與計畫人力

本國籍

大專生 1

人次

大學生：黃勁堯

碩士生 5 碩士研究生：張珈銘、黃淳銘、張簡意

逢、唐振勛、張聖偉

博士生 0

博士級研究人員 0

專任人員 1 碩士級專任助理：顏心儀

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非本國籍

大專生 0

碩士生 0

博士生 0

博士級研究人員 0

專任人員 0

其他成果

（無法以量化表達之成果如辦理學術活動

、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請以文字敘述填列。）　　

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坡地塊體運動對集水區尺度的剝蝕速率之影響

科技部補助專題研究計畫成果報告 期末報告