頻繁土砂災害在和社溪集水區地貌及崩塌演變分析

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DOI: 10.29417/JCSWC.202012_51(4).0003

頻繁土砂災害在和社溪集水區地貌及崩塌演變分析

吳俊鋐

周洲廷

^*

林政誼

摘要本研究對於和社溪集水區進行地貌及崩塌演化分析，和社溪集水區從2001 年至 2015 年間的集水區崩塌率從未低於3.0 %，屬於土砂災害非常活躍的集水區。在 2009 年莫拉克颱風後，大規模崩塌逐漸縮減，

但小規模崩塌個數卻逐漸增加，主要原因是河岸崩塌的增加。和社溪主流河段的土砂淤積主要位於頭坑溪交匯口、二號溪交匯口及神木集水區交匯口，平均淤積深度介於9.17 m 至 10.7 m。和社溪集水區隸屬於非常活躍與活躍地區的面積仍有1.32 km²及2.01 km²，主要位於神木集水區上游。

關鍵字：崩塌演化、崩塌復育、蜿蜒河川、和社溪

Long-Term Geomorphologic and Landslide Evolution in the Heshe River Watershed After Frequent Sediment Disasters

Chun-Hung Wu Zhou-Ting Zhou

^*

Cheng-Yi Lin

ABSTRACT This research focused on geomorphologic and landslide evolution in the Heshe River watershed over

a period of more than 10 years. The annual landslide ratios from 2001 to 2015 were greater than 3.0%, and the ratio in 2009 reached 6.5 %. The large-scale landslide area from 2010 to 2015 gradually decreased in size, but the frequency of non–large-scale landslides during the same period gradually increased, primarily because of bank erosion. Sediment deposition in the main reach of the watershed from 2004 to 2011 was concentrated in the intersection of Toukeng creek, No. 2 creek, and the Shenmu watershed; the average sediment deposition depth ranged from 9.2 m to 10.7 m. The areas of active and highly active landslides were 2.01 km²and 1.32 km², respectively, and were located upstream of the Shenmu watershed.

Key Words: landslide evolution, landslide recovery, sinuous river, Heshe river watershed

一、前言

土砂災害一直是台灣河川上游集水區地貌或河川型態發生改變的主要原因，尤其在1999 年集集地震及 2001 年至 2009 年的頻繁颱風豪雨事件下，台灣河川上游集水區土砂災害的個數及規模都相當可觀，例如 2009 年莫拉克颱風 (Typhoon Morakot)在南台灣高屏溪流域的四個子集水區誘發崩塌率超過6.5 %(Wu et al., 2011) 就是一個代表案例。如此大量的土砂崩落跟進入河川，勢必對當地的河川型態及邊坡地貌產生影響。過往土砂災害相關研究都聚焦於嚴重颱風豪雨事件後引發的災情敘述，例如2004 年艾利颱風對北台灣石門水庫集水區 (林昭遠等，2006)、2009 年莫拉克颱風在南台灣高屏溪集水區 (Wu et al., 2011)、2015 年蘇迪勒颱風對北台灣新店溪流域 (吳亭燁等，2016)，但較少研究分析這些經歷極端降雨事件導致高密度崩塌後的集水區，在後續幾年集水區地貌或崩塌地復育的演化情況。

一場嚴重的土砂災害事件通常會對集水區後續幾年地貌的演化佔有主導地位，此類嚴重災害誘發原因通常以強震事件或或極端降雨事件為主，近年強震引發嚴重土砂災害事件如 2005 年巴基斯坦克什米爾大地震 ( 規模 7.6 級)

(Shafique, 2020) 與 2008 年中國汶川地震 (規模 8.3 級)(Yang et al., 2017; Chen et al., 2020)，近年極端降雨事件引發嚴重土砂災害事件如2009 年莫拉克颱風 (Wu, 2017 and 2019)。以遙測影像建構崩塌圖層的方式在近年逐漸成熟，因此國際上有部分研究 (Valenzuela et al., 2017; Wu, 2017; Wu, 2019;

Chen et al., 2020; Shafique, 2020) 也以多期崩塌目錄方式探討嚴重災害事件後的崩塌長期演變情況。如2005 年克什米爾地震過後，地震中心鄰近區域的山坡地邊坡崩塌的潛勢大量提高 (Petley et al., 2006)，Saba et al. (2010) 的研究認為該次地震導致後續降雨誘發崩塌的趨勢上升，但該趨勢到2008 年即開始降低。Khattak et al. (2010) 跟 Khan et al. (2013) 的文章也都顯示該次大地震對後續降雨誘發崩塌的趨勢已在地震發生後幾年逐漸趨緩。Wu (2017 and 2019) 曾針對 2009 年莫拉克颱風後的旗山溪與荖濃溪集水區探討後續崩塌演化情況，該研究發現集水區的崩塌個數會在極端降雨事件的後幾年攀至高點，主因在於土砂進入河川導致河川蜿蜒發展，並引發大量河岸崩塌產生，在如此高密度崩塌發生情況下，集水區在極端降雨事件後幾年的演後完全受到高密度崩塌產生的大量土砂所主導，因此如何治理崩塌產生的大量土砂會是極端降雨事件後幾年的治理主軸。所謂高密度崩塌即

逢甲大學水利工程及資源保育學系

Department of Water Engineering and Resources Conservation, Feng Chia University, Taichung 410, Taiwan, R.O.C.

* Corresponding Author. E-mail: [email protected]

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為一個集水區產生的崩塌過於密集情況下，由於河川流量無法在短時間內消化掉大量進入河道的土砂，因此所誘發的河川型態改變及大量的河岸崩塌是一個值得被注意的議題。且以多期崩塌目錄觀察一個地區崩塌的長期演變情況，是有助於瞭解當地崩塌復育成功或失敗的主因，也有利於當地治理策略的研擬。

本研究以位於濁水溪最上游的和社溪集水區為研究區域，並以2001 年至 2015 年多期崩塌目錄檢視和社溪集水區在歷經 1999 年集集地震及後續多場颱風豪雨事件，集水區長期地貌及崩塌的復育及演化情況。本研究主要從歷年降雨特性分析、歷年崩塌統計資料分析、崩塌地位於邊坡上的位置分析，最終以多期崩塌目錄的崩塌分佈位置，區分出研究區域內的崩塌活躍性分佈差異。

二、研究區域

本研究範圍為和社溪集水區 (如圖1)，和社區集水區位於濁水溪最上游，整個集水區包含南投縣信義鄉神木村及同富村，流域面積約92.20平方公里，主流長度19.09公里，坡降約11 %~18 %。本流域內支流遍佈，河流短小而陡急。河谷沖積扇發達，這些也是本區之聚落、房舍分布相對密集的地點 (劉盈劭等，2013)。和社溪集水區高程介於758.4 m 至 2856.2 m 之間，平均高程為1726.37 m，約59.7 %區域位於高程1600 m 以上。和社溪集水區平均坡度約為34.55°，坡度超過30°以上區域佔總面積之69.7 %，整體集水區地形較為陡峭。和社溪集水區在坡向上的分佈，若扣除平坦坡向，其餘坡向皆介於8 %至16 %左右，由此可知本集水區之坡向分布均勻，其中以東北向比例最高，佔集水區總面積16.21 %。

圖1 和社溪集水區位置圖

Fig.1 Location of the Heshe river watershed

和社溪集水區地質分佈及設定如圖2，和社溪集水區地層可分為六種，分別為火成岩、沖積層、南莊層、桂竹林層、

和社層及階地堆積層，以南莊層為該地主要地層，其岩性為砂岩及頁岩互層，約佔總面積之72.94 %。根據過往研究調查：

和社層的岩石單壓強度為60 Mpa(陳宜徽及陳宏宇，2005)，

在強度分級上屬於強岩等級。且此區地層遭受強烈之擠壓褶曲與變形，岩體不連續面相當發達，部落附近地質構造出露頻繁，歷年來地質災害不斷。和社溪集水區之土地利用分為主要五類，分別為農業用地、森林用地、人為用地、水利用地和裸露地及荒地，其中以森林用地為主要面積，約佔總面積之81.63 %；其次為水利用地，約佔總面積之8.06 %。

圖2 和社溪集水區地質分佈圖 (本圖修改自中央地質調查所所製作之流域地質圖)

Fig.2 The geological setting of the Heshe river water- shed

和社溪集水區的災害跟最上游的神木集水區有相當明顯的關係，神木集水區包含愛玉子溪、霍薩溪及出水溪等三個支流集水區，神木集水區曾被紀錄到最早的嚴重風災即為 1996 年的賀伯颱風，陳樹群等 (2012) 曾分析由 1996 年至 2009 年間所曾經歷過的嚴重風災，但和社溪集水區內的土石流並未僅到2009 年停止，從 2010 年至 2019 年更有多達次的土石流災情事件，誘發事件除了颱風降雨以外，甚至連一般午後雷陣雨也可能誘發崩塌及土石流災害，根據土石流防災資訊網之重大土砂災害事件資料庫，和社溪集水區在 2009 年莫拉克颱風過後，曾於 2010 年 8 月 1 日、2011 年 7 月20 日、2012 年 6 月 12 日、2014 年 5 月 20 日、2017 年 6 月3 日、2018 年 7 月 28 日都曾發生土石流災情，這除了顯

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示此區的破碎地質及山洪特性都易造成土石崩落及後續的土石流災情，頻繁的土砂災害事件說明和社溪集水區邊坡極不穩定及土砂運移的活躍性，更顯示和社溪集水區的災害高頻率發生特性。

三、研究材料與方法

1. 降雨資料分析

降雨及所引發的洪水是集水區土砂災害及地貌演變的主因，本研究以位於和社溪集水區內的神木村雨量站降雨紀錄，資料收集時間為2001 年至 2015 年時雨量資料，降雨資料取自大氣水文研究資料庫，雨量最小量測時間單位為小時。

在2001 年至 2015 年之間，和社溪集水區發生過數次颱風降雨誘發嚴重土砂災害事件，包含2001 年桃芝颱風 (Typhoon Toraji)、2004 年敏督力颱風 (Typhoon Mindulle)、2009 年莫拉克颱風等。本研究年降雨量、單日降雨超過100 mm 天數跟單日降雨超過500 mm 天數三個面向來討論和社溪集水區的降雨長年演化情況。

此外，本研究也針對每一年的較大豪雨事件進行統計，

本研究所收集的較大豪雨事件有三個門檻，分別為單日降雨超過600 mm、兩日豪雨超過 800 mm 或三日豪雨超過 1000 mm 以上的事件，若在同一段時間內有多次發生兩日累積降雨超過800 mm 或三日累積降雨超過 1000 mm 以上的案例，

則本研究只取該時段累積降雨量最大的一場為代表。此類較大豪雨事件是集水區中較易誘發崩塌發生的降雨事件。

2. 歷年崩塌資料分析

崩塌是集水區中主要的土砂產出現象，崩塌個數或崩塌面積多寡直接主導集水區後續地貌演變。本研究針對和社溪集水區從2001 年至 2015 年之崩塌統計分析，2001 年乃為桃芝颱風後所產製的崩塌圖層，該圖層使用 SPOT 2 衛星影像及自動判釋方式，空間解析度為 10 公尺。由 2003 年至 2015 年之崩塌是採用林務局所製作的年度崩塌圖層 (An- nual Landslide Inventory)，該圖層採用該年度 1~7 月全島鑲嵌福衛二號衛星影像，空間解析度為2 公尺，並建立自動判釋崩塌地作業標準，繪製崩塌地判釋最小面積為0.1 公頃。

而在2003 年以前，2001 年有桃芝颱風侵襲，本研究也採用桃芝颱風後的事件型崩塌圖層，但本研究在2002 年並沒有崩塌圖層可供分析，也因2002 年是這 15 年內年降雨量最低的一年 (詳見本研究 4.1 節分析)，因此本研究假設該年度的降雨並未引發新的崩塌案例。

崩塌圖層可分為年度型 (Annual) 跟事件型 (Event- based)，事件型崩塌圖層易於判斷該事件對集水區內的新增崩塌圖層位置及大小，但事件型崩塌圖層在台灣需端視是否有相關單位曾針對該事件製作崩塌圖層，通常較大豪雨致災事件都會製作事件型崩塌圖層，本研究在2001 年的圖層即採用桃芝颱風後的崩塌圖層。而本研究由2003 年至 2015 年則採用年度行崩塌圖層，該圖層是是一整年的崩塌變異圖層，

因此並無法直接顯現特定事件在集水區內誘發的崩塌地，展

現在崩塌圖層上的各崩塌也未必都是同一場事件所誘發。

在崩塌統計上，本研究分析各年度集水區內的總崩塌個數與總崩塌面積，另外也將大規模崩塌 (面積達 10 ha 之崩塌案例) 與非大規模崩塌 (面積未達 10 ha 之崩塌案例) 在各年度的總個數與總面積篩選區分。

3. 地形位置影響分析

地形位置影響分析 (topographic site effect method) 是由 Meunier et al.(2008)所提出，該分析方式主要根據崩塌位於坡面的相對位置，並根據不同誘發原因而對於後續崩塌在坡面上的相對位置進行分類。該分析方式將崩塌在坡面上取三個參數：a(崩塌地高程最高點至邊坡高程最高點距離)、b(崩塌地高程最低點至邊坡高程最低點的距離) 及 d(邊坡總長度) 等參數，a/d 參數命名為崩塌上緣到山脊的正規化距離 (Nor- malized Distance to Ridge)，b/d 參數命名為崩塌下緣到河川的正規化距離 (Normalized Distance to stream)，並以 a/d 及 b/d 兩參數當成繪圖的 X 及 Y 軸，並以崩塌地面積為圓圈大小，進而將一個區域的所有崩塌地都繪製在圖上，便可瞭解該集水區崩塌地分佈的群集特性，並進而判斷誘發原因。

此分析方式通常將圖面位置區分為三區，包含上邊坡崩塌區 (a/d ≧0.5)、下邊坡崩塌區 (b/d ≧0.5) 及坡腰崩塌區 (a/d <0.5 且 b/d < 0.5)，並根據上述三區的崩塌個數或面積總累積比，來判斷該次崩塌的主要誘發原因為何。以Meunier et al. (2008) 過往所做分析結果：地震誘發崩塌會集中在上邊坡崩塌區，降雨誘發崩塌則會集中在下邊坡崩塌區，過往國內相關文獻也多次採用此方式分析事件型崩塌 (Wu et al., 2011; Wu, 2017) 之崩塌位置特性及誘發原因。

4. 不同時期河川縱剖面高程比對

在經歷繁密土砂災害的集水區內，土砂進入河川造成河床淤積及後續的影響河川型態是對集水區地貌演化判斷上的關鍵。以不同時期的河川縱剖面高程進行比對，除了可瞭解土砂在河床上淤積的現況外，在資料足夠情況下，甚至也可以判斷河床底床質的運移情況。

河川縱剖面資料的精確度取決於研究所使用的數值高程模型 (DEM) 版本跟年份，本研究所採用的數值高程模型 (DEM) 共有三版，以製作時間順序而言，第一版是由內政部發行的5 m 網格數值高程模型 (DEM)，該資料是在 2004 年測繪完成；第二版則為由水利署第四河川局提供的1 m 網格數值高程模型 (DEM)，該資料是在 2010 年產製；第三版則為中央地調所所於2010 至 2012 年間針對 2009 年莫拉克颱風誘發的重災區，以空載光達測繪方式產製的1 m 網格數值高程模型 (DEM)，根據時間點比對，和社溪集水區拍攝時間應該是2011 年所拍攝，因此跟前一版水利署第四河川局提供的1 m 網格數值高程模型 (DEM) 有時間落差，因此可供本研究分析2009 年莫拉克颱風後的河川土砂淤積及底床質運移情況。

而在和社溪集水區河川選擇上，陳樹群等 (2013) 曾以 2004 年 5m 網格數值高程模型 (DEM) 與 2010 年 1 m 網格數值高程模型 (DEM) 進行比對，本研究則沿用當時研究所

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選的河段：從和社溪與陳有蘭溪交會口為起點，至和社溪上游愛玉子溪、霍薩溪及出水溪之三溪匯流處為終點，此段河川長度約為 10 公里，本研究以每隔 10 公尺設一個點，並擷取該點在不同時期的數值地形高程資料，即可獲得不同時期之河川縱剖面高程比對資料。

5. 崩塌活躍性判斷

當有多期崩塌目錄可提供分析時，崩塌活躍性是一個經常被拿來檢視崩塌在時空上分佈特性的指標，多份研究 (Hervás and Montanarella, 2007; Yang et al., 2017; Shafique, 2020) 都曾以一個分析網格在多期崩塌目錄中出現幾次的頻率來判斷崩塌活躍性。本研究先說明Yang et al.(2017) 及 Shafique(2020) 兩篇研究對崩塌活躍性判定方式：Yang et al.

(2017) 針對中國汶川地震誘發的崩塌地以多期崩塌目錄分析崩塌活躍度，該研究作法也是以2008 年汶川地震後的崩塌圖層為主，並比對2009、2011 及 2013 年等三期崩塌目錄，

在全部四期崩塌目錄中，越接近近期出現的崩塌被視為非常活躍 (very active) 及逐漸活躍 (increasingly active)，例如該篇研究對非常活躍的判別定義是「2008、2009、2011、2013 等四期都必須要被判釋為崩塌」，對逐漸活躍的判別定義是

「在 2008 與 2009 不論有無被判釋為崩塌，但在 2011 及 2013 都被判釋為崩塌」，若全部四期崩塌目錄中都未被判釋為崩塌的網格則視為「無崩塌 (no landslide)」，除去以上三

種情況，剩餘的崩塌判釋情況都被認定為「其他 (others)」。

另外在Shafique(2020) 的研究中共有五期崩塌目錄，包含2005 年、2010 年、2014 年、2016 年及 2018 年等，該研究將崩塌活躍性以四種等級區分，包含非常活躍 (very active)、活躍 (active)、休眠 (Dormant)、不活躍 (inactive) 等四種，非常活躍的判別方式是分析網格在2014 年、2016 年及2018 年等最後三期都曾被判釋為崩塌；活躍的判別方式是分析網格在2016 年及 2018 年都曾被判釋為崩塌，或單在 2018 年被判釋為崩塌；休止的判別方式是分析網格在 2005 年、2010 年、2014 年及 2016 年等四期崩塌目錄中曾被判釋為崩塌一次或多次，但在2018 年卻未被判釋為崩塌；不活躍的判別方式是分析網格在2005 年曾被判釋為崩塌，但在後續四期中都未曾被判釋為崩塌。由此判釋方式可瞭解該研究對崩塌活躍性的判釋方式帶有時間概念，越近期出現的崩塌代表越活躍。

上述兩篇研究對崩塌活躍性的判斷都在於是否連續出現與是否近期仍被判釋為崩塌等兩個觀點，本研究延續如此理念，也提出本研究判斷活躍性的方式，如表1 所示。本研究執行此活躍性分析方式的作法乃將全集水區面積套疊上 14 次的崩塌目錄，概算每一個分析單元 (5 m*5 m 網格) 曾被判釋為崩塌幾次 (最高 14 次，最低 0 次)，並套用表 1 的判釋方式來區分崩塌活躍性。

表1 崩塌活躍性判斷標準

Table 1 The criteria to classify the landslide activeness

活躍性判斷標準

非常活躍分析網格在倒數七年中 (2009年至2015年) 都被判釋為崩塌活躍分析網格在最後三年中 (2013年至2015年) 都被判釋為崩塌

休眠分析網格在最後三年 (2013年至2015年) 未被判釋為崩塌，但在2001年至2012年都曾被判釋為崩塌一次或多次。

不活躍分析網格在2001年至2005年曾被判釋為崩塌一次或多次，但在2006年至2015年期間都未被判釋為崩塌。

四、研究成果分析

1. 和社溪集水區降雨資料分析

本研究以2001 年至 2015 年神木村雨量站降雨資分析結果，和社溪集水區從2001 年至 2015 年間的平均年降雨量為約為3216.9 mm，和社溪集水區歷年降雨分佈圖如圖 3 所示。

以年降雨量而言，2002 年、2003 年、2014 年、2015 年等年份降雨量是低於2500 mm，2005 年、2006 年及 2008 年等年份降雨量是超過 4000 mm，平均年降雨量標準偏差約為 969.1 mm，變異係數約為 0.301，可見和社溪集水區年降雨量仍有不小的起伏。以南投縣信義鄉過往經歷過的嚴重風災分別為2001 年桃芝颱風、2004 年敏督力颱風及 2009 年莫拉克颱風而言，在年降雨量上都並未突出，這跟和社溪集水區歷年降雨集中程度及降雨型態有關。

以每年日降雨超過100 mm 或 500 mm 的次數有助於說明和社溪集水區歷年降雨分佈情況。根據圖3，每年日降雨超過100 mm 的次數起伏情況跟年降雨量的區域相似，最高的次數為2005 年的 10 次，最低則為 2002 年的 0 次，2001

年至2015 年間的平均值則為 5 次；值得注意的是 2004 年至 2009 年連續 6 年都達 5 次以上，2001 年雖然有桃芝颱風侵襲，但該年度的日降雨超過100 mm 的次數僅有 3 次，這顯示了和社溪集水區的降雨誘發崩塌事件不能僅關注在幾場嚴重颱風事件，夏天的午後雷陣雨或梅雨情況都會在和社溪集水區產生集中豪雨。

另外一個日降雨超過500 mm 的次數就具有較高的致災力，根據圖3，日降雨超過 500 mm 的次數分佈情況與年降雨量分佈趨勢不太相同，最高的次數為2004 年及 2009 年的 2 次，最低則為多數年份的 0 次，2001 年至 2015 年間的平均值則為0.6 次；2004 年及 2009 年剛好是本研究所關注的兩場嚴重颱風發生年份。根據上述三項降雨資料分析，就可初步瞭解和社溪集水區從2001 年至 2015 年各年份的降雨分佈情況，是屬於降雨相當集中在幾場事件的年份 (例如 2004 年與2009 年)，還是全年降雨普遍偏多，但並未特別集中在某幾場事件上的年份，例如2005 年年降雨量為 4645 mm，

該年度有10 次日降雨超過 100mm 以上，但並沒有日降雨達 500 mm 以上的案例。

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圖3 和社溪集水區由 2001 至 2015 年降雨數據分佈圖 (黑線為年降雨量，紅線為日降雨超過100 mm 之次數，

黑虛線為日降雨超過500 mm 之次數)

Fig.3 Rainfall statistical data from 2001 to 2015 in the Heshe river watershed. The black, red, and black dash lines mean the annual rainfall, the counts of daily rainfall over 100mm and 500mm

除上述降雨統計以外，本研究也蒐集2001 年至 2015 年之較大豪雨事件，蒐集此案例的用意在於瞭解每一年度發生易誘發崩塌的豪雨事件累積雨量，此資料有助於比較各年度發生容易誘發崩塌的強度及事件多寡。表2 為和社溪集水區由2001 年至 2015 年之較大豪雨事件資料。由表 2 資料可發現和社溪集水區由2001 年至 2015 年間最大單日降雨量發生在幾場嚴重致災的颱風或梅雨事件，包含2001 年 7 月 30 日即為桃芝颱風、2004 年 7 月 2 至 4 日為敏督力颱風、2006 年6 月 8 至 10 日為梅雨事件、2008 年 9 月 13 至 15 日為辛樂克颱風、2009 年 8 月 7 至 9 日為莫拉克颱風等事件，其中不論是單日、兩日或三日的累積降雨量最大的都是 2009 年莫拉克颱風事件，最大的三日累積降雨量已經接近 1800 mm。

表2 和社溪集水區由 2001 年至 2015 年之較大豪雨事件資料

Table 2 The heavy rainfall events from 2001 to 2015 in the Heshe river watershed

日期雨量 (mm) 單日降雨超過600 mm

2001/7/30 632.5 2006/6/9 698.5 2008/9/14 649.5

2009/8/8 669.5 2009/8/9 953.5

兩日降雨超過800 mm

2004/7/3-4 1025.0 2006/6/9-10 1020.5 2008/9/13-14 882.5

2009/8/8-9 1623.0 三日降雨超過1000 mm

2004/7/2-4 1398.5 2006/6/8-10 1126.5 2008/9/13-15 1060.0

2009/8/7-9 1791.5

2. 歷年崩塌面積與崩塌案例數分佈

表3 及圖 4 為和社溪集水區由 2001 年至 2015 年總崩塌、大規模崩塌及非大規模崩塌統計資料。以總崩塌個數跟面積而言，2001 年至 2015 年的平均總崩塌個數約為 232 個，

平均總崩塌面積約為3.12 km²，平均崩塌率約為3.38 %，以崩塌率數據而言，能夠和社溪集水區平均崩塌率超過3.0 % 也代表此集水區的易崩特性，也代表和社溪集水區從 2001 年至2015 年是土砂運移相當旺盛的一段時間。

表3 和社溪集水區從 2001 年至 2015 年之崩塌統計資料

Table 3 Statistical Data of landslide from 2001 to 2015 in the Heshe river watershed

年份總崩塌大規模崩塌非大規模崩塌

N A(km²) R(%) N A(km²) OP(%) N A(km²)

2001 196 3.73 4.04 8 1.40 37.5 188 2.33 2003 279 2.13 2.31 2 0.32 15.1 277 1.81 2004 266 2.08 2.25 2 0.28 13.5 264 1.79 2005 276 3.05 3.31 4 0.72 23.7 272 2.33 2006 90 0.58 0.63 0 0.00 0.0 90 0.58 2007 126 1.66 1.80 2 0.48 29.2 124 1.18 2008 151 1.50 1.63 3 0.40 26.5 148 1.11 2009 227 5.99 6.50 12 3.42 57.0 215 2.58 2010 319 4.93 5.34 7 2.27 46.0 312 2.66 2011 304 4.37 4.74 6 1.95 44.7 298 2.41 2012 268 3.70 4.01 3 1.61 43.6 265 2.09 2013 335 3.96 4.29 6 1.94 49.0 329 2.02 2014 251 3.45 3.74 5 1.74 50.5 246 1.71 2015 164 2.54 2.76 2 1.27 49.9 162 1.27 平均 232 3.12 3.38 4 1.27 34.7 228 1.85 備註：N 代表崩塌個數，A 代表崩塌面積，R 代表崩塌率，OP 代表大規模崩塌面積佔總崩塌面積之百分比。

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圖4 和社溪集水區歷年總崩塌 (黑線)、大規模崩塌 (灰線) 及非大規模崩塌 (黑虛線) 面積分佈圖

Fig.4 The distribution of total landslide, large scale landslide, and non- large scale landslide areas from 2001 to 2015 in the Heshe river watershed

若以各年份進行比較，總崩塌個數最多的前三名分別是 2013 年的 335 個、2010 年的 319 個及 2011 年的 304 個，總崩塌面積最多的前三名分別是2009 年的 5.99 km²、2010 年的4.93 km²及2011 年的 4.37 km²，這兩筆數據都在2009 年莫拉克颱風之後五年內發生，崩塌總面積的確在2009 年莫拉克颱風後的當年達到最高，但2009 年的崩塌總個數卻比後續的2010 年至 2014 年都更低。

單論總崩塌個數與面積，難以更深入瞭解崩塌類型及原因，因此本研究將全部崩塌區分為大規模崩塌(崩塌面積達 10ha)及非大規模崩塌 (崩塌面積未達 10ha)。先以大規模崩塌個數及面積而言，和社溪集水區由2001 年至 2015 年之平均大規模崩塌個數約為 4 處，平均大規模崩塌總面積約為 1.27 km²，平均大規模崩塌面積佔集水區總崩塌面積約34.7

%。若以各年份進行比較，大規模崩塌總個數最多的前三名分別是2009 年的 12 個、2001 年的 8 個及 2010 年的 7 個，

大規模崩塌總面積最多的前三名分別是2009 年的 3.42 km²、 2010 年的 2.27 km²及2011 年的 1.95 km²，由這兩個數據而言，大規模崩塌總個數前三名都跟2001 年桃芝颱風與 2009 年莫拉克颱風事件有關，但大規模崩塌總面積則都跟 2009 年莫拉克颱風事件有關。

而若以非大規模崩塌之總個數與面積數據分析，和社溪集水區由 2001 年至 2015 年之平均非大規模崩塌個數約為 228 處，平均大規模崩塌總面積約為 1.85 km²。若以各年份進行比較，非大規模崩塌總個數最多的前三名分別是 2013 年的329 個、2010 年的 312 個及 2011 年的 298 個，非大規模崩塌總面積最多的前三名分別是2010 年的 2.66 km²、2009 年的2.58 km²及2011 年的 2.41 km²，由這兩個數據而言，

非大規模崩塌總個數與總面積最高都跟2009 年莫拉克颱風有關，但卻都不位於2009 年莫拉克颱風當年，反而都在 2009 年莫拉克颱風後幾年產生，2009 年莫拉克颱風當年的非大規模崩塌個數低於2010 年至 2014 年的任何一年。

由以上的數據分析跟表2 的較大豪雨事件比較可發現：

僅有2001 年桃芝颱風與 2009 年莫拉克颱風的豪雨在崩塌個數與面積上有明顯反應，2004 年、2006 年及 2008 年等三年

的豪雨事件在崩塌數據上都沒明顯反應，本研究認為 2009 年莫拉克颱風是和社溪這15 年來最大的一場降雨，且其累積降雨量也較其他場豪雨事件有明顯增加，因此2009 年的崩塌個數與面積有反應是合乎預期。而2001 年桃芝颱風屬於短延時降雨，因此僅有單日降雨較大，但在總崩塌面積卻為2009 年莫拉克颱風發生前最高的一年，且大規模崩塌數據上是15 年來第二多的年份，本研究認為這與和社溪集水區位於1999 年集集地震的強震區有關。

另外一個發現則為總崩塌面積最高或較高的確都發生在較大降雨事件當年，包含2001 年及 2009 年，但 2001 年及2009 年的總崩塌個數都並非最高，且在颱風發生後幾年，

累積降雨量降低的情況下，反而總崩塌個數增加，例如在 2009 年莫拉克颱風的後續幾年，2010 年至 2014 年間的三日累積降雨量都沒有比2009 年莫拉克颱風來得大的情況下，

反而非大規模崩塌的個數與案例都會增加，這些增加的非大規模崩塌的案例都發生在什麼位置，誘發的原因是什麼是值得深入討論的議題。

3. 地形位置分析結果

過往雖有部分研究曾採用此方法的分析結果判斷崩塌誘因，但較少研究針對同一區域崩塌分佈以此方法判斷崩塌之復育或持續擴張情況。本研究以此方法探討和社溪集水區內的崩塌演化情況，圖5 及表 4 則為本研究採用此方法針對和社溪之分析結果。

根據和社溪集水區多期崩塌圖及數據，本研究可歸納下列幾點：

(1) 和社溪集水區可發現小面積崩塌案例居多，大面積崩塌案例偏少，且大面積崩塌案例多發生在坡腰位置，

少部分則發生在下邊坡位置。

(2) 在和社溪集水區三次嚴重風災事件當年的下邊坡崩塌數量和面積較高，以2001 年崩塌個數分布而言，下邊坡個數佔總崩塌個數之46.6 %，約是上邊坡崩塌個數的2.6 倍；在 2004 年敏督利颱風當年，下邊坡個數佔總崩塌個數之63.6 %，約是上邊坡崩塌個數的 4 倍。

2009 年崩塌個數分布而言，下邊坡個數佔總崩塌個數之62.9 %，為上邊坡崩塌個數的 4.5 倍，雖然在比例上沒有比前幾年來的高，但從圖可以發現崩塌數量有顯著的提升。

(3) 在嚴重風災事件的後幾年，即便降雨量已經不若前述風災事件大，下邊坡崩塌卻容易誘發。以 2004 年與 2005 年相比，2005 年沒有明顯豪雨事件，但下邊坡個數佔總崩塌個數之69.3 %，約是上邊坡崩塌個數的 5.6 倍，上邊坡個數減少了，但是下邊坡的個數比前一年嚴重降雨事件還要來的高，且下邊坡的大面積崩塌增加了。2005 年沒有超大豪雨事件的發生，但在單日超過100 mm 事件發生 10 次，這說明 2004 年上邊坡和坡腰崩塌逐漸復育，但下邊坡卻受到多次豪雨誘發的洪水持續淘刷，加上2004 年誘發大量崩塌土砂進入河川，也會促使河川型態趨向蜿蜒發展，這些因素都是 2005 年下邊坡崩塌比例上升的主因。

(7)

圖5 和社溪集水區由 2001 至 2015 年崩塌地地形位置分析法結果

Fig.5 The analysis result of landslide by using topographic site effect method in the Heshe river watershed from 2001 to 2015

表4 和社溪集水區由 2001 至 2015 年崩塌地地形位置分析法統計數據

Table 4 The statistical data of landslide by using using topographic site effect method in the Heshe river watershed from 2001 to 2015

年份 2001 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 上邊坡個數 42 63 49 41 14 19 25 43 41 54 46 62 44 24 上邊坡比率 (%) 18.1 20.0 16.1 12.3 13.9 12.8 14.6 13.9 10.5 15.0 14.0 15.9 14.5 12.6

下邊坡個數 108 178 194 230 64 91 103 195 284 243 227 257 204 123 下邊坡比率 46.6 56.5 63.6 69.3 63.4 61.1 60.2 62.9 72.4 67.3 69.2 66.1 67.1 64.7

(8)

(4) 嚴重風災後幾年下邊坡崩塌易誘發的現象也發生在 2009 年莫拉克颱風後幾年。2010 年下邊坡個數佔總崩塌個數之72.4 %，約是上邊坡崩塌個數的 6.9 倍，在坡腰部分可以觀察到雖說大面積崩塌有縮小的趨勢，

但在個數上卻增加了，該年並無嚴重風災事件，且上邊坡崩塌個數與2009 年相比有減少的趨勢，但是看到下邊坡崩塌個數時比2009 年增加了約 1.5 倍，這種情況不僅出現在2010 年，之後的 2011 年和 2012 年皆有類似情況。2013 年崩塌個數分布而言，下邊坡個數佔總塌塌個數之 66.1 %，約是上邊坡崩塌個數的 4.1 倍，與2012 年相比整體崩塌個數上升，該年單日降雨超過500 mm 的超大豪雨發生 1 次和單日降雨超過 100 mm 事件發生 8 次，這些單日強降雨發生次數增加導致該地崩塌數量增加，後續的2014 年下邊坡個數是上邊坡的4.6 倍和 2015 年下邊坡個數是上邊坡的 5.1 倍，

與前幾年有相似的情況上邊坡和坡腰崩塌減少，下邊坡崩塌增加。

(5) 過往研究因僅針對單一事件進行分析或比較，少有針對同一區域在豪雨或非豪雨年份進行比較。本研究在和社溪的分析結果顯示：下邊坡崩塌不僅在風災中容易具有高比例，在風災後幾年仍屬於易誘發的位置，

其誘發原因主要是崩塌土砂導致河川蜿蜒發展，而促使下邊坡崩塌在降雨量不若嚴重風災大的情況下，仍非常容易誘發。而上邊坡崩塌與坡腰崩塌的誘發，則跟當年度的豪雨事件降雨量相關，因此當降雨量趨少時，上邊坡崩塌與坡腰崩塌比例就會降低。

4. 河川縱剖面高程分析

圖 6 及表 5 為和社溪河床縱剖面在不同時期的比對資料。由圖6 的縱剖面分佈圖而言，可清楚發現河床淤積主要發生在一號溪上游 (約縱剖面位置位於 3 公里處)，從這點開始就明顯出現不同時期的高程落差，一號溪至四號溪之間是一個河床淤積的明顯區段，而在松山溪上游到和社溪最上游 (愛玉子溪、霍薩溪及出水溪的交會點)則為另外一個河床淤積明顯區段。若以全河段的平均值而言，全河段在2004 年至2010 年、2010 年至 2011 年及 2004 年至 2011 年的平均高程變化分別為6.04 m(淤積)、-0.43 m(沖刷)及 5.62 m(淤積)，

代表除了在 2010 年至 2011 年間河床高程變化屬於沖刷以外，其餘時段河床高程變化大多屬於淤積狀態。

和社溪主流與各支流交匯口的土砂淤積情況也是觀察集水區演化的脈絡，本研究取和社溪共七條支流的交匯口，

並以該交匯口為主，往上下游各300 公尺方式 (全部河段共

600 公尺)，估算此河段的平均高程起伏量，估算數據如表 5 所示。從表5 資料也可發現：從頭坑溪至和社溪最末段 (神木集水區出口)，在 2004 年至 2010 年都有明顯淤積，且頭坑溪、二號溪、三號溪、松山溪及神木集水區與和社溪交匯口的平均高程淤積都超過5 m 以上。但到 2010 年至 2011 年間，即為2009 年莫拉克颱風後一年，也可發現多數交匯口都出現高程下降的沖刷現象，包含一號溪、頭坑溪、四區溪、

松山溪及神木集水區等交匯口。比對本研究圖3，2010 年屬於比較少雨的一年，當年度年降雨量約2663 mm，日降雨超過100m 次數有 4 次，並無日降雨超過 500mm 的事件，不論是從年降雨量或豪雨發生次數，都屬於降雨較小的一年，

如此降雨條件在河床淤積上所產生的變化即為淘刷，本研究也認為此淘刷現象應該屬於細顆粒外移的情況為主。

若以整體而言，和社溪由2004 年至 2011 年之河床縱剖面變化情況以土砂淤積為主，平均淤積量最大的三個支流交匯口分別為頭坑溪交匯口 (平均淤積 10.70 m)、二號溪交匯口 (平均淤積 10.30 m)及神木集水區交匯口 (平均淤積 9.17 m)。

本研究所用的三期DEM 年份分別為 2004 年、2010 年及 2011 年等，上述分析成果說明：在極端降雨事件 (2009 年莫拉克颱風) 當年，和社溪河段的土砂運移呈現大量明顯淤積狀況，但從2010 年至 2011 年的降雨減緩且無明顯豪大雨情況，和社溪主流的土砂運移呈現部分土砂往外運移情況，

本研究推估是細顆粒土砂往下游運移造成和社溪與幾個支流交會點的高程都有降低的情況 (如表 5)，惟此論點仍須以現場土砂採樣粒徑分析及比對資料來佐證。

圖6 和社溪河床縱剖面在 2004 年 (黑線)、2010 年 (藍線) 及2011 年 (紅線)比對圖

Fig.6 The longitudinal profile in 2004 (black line), 2010 (blue line) and 2011 (red line) in the Heshe river

表5 和社溪與各支流交匯口鄰近區域縱剖面變化數據

Table 5 The change of longitudinal profile in the neighborhood of the intersection of Heshe river and its tributaries

交匯口一號溪頭坑溪二號溪三號溪四號溪四區溪松山溪最末段 2004-2010 1.79 10.87 10.16 6.12 4.33 4.02 8.11 9.53 2010-2011 -0.10 -0.17 0.14 0.25 0.35 -1.03 -0.65 -0.36 2004-2011 1.69 10.70 10.30 6.37 4.68 2.99 7.46 9.17 備註：各交匯口取交匯口往上下游各300 m，合計 600 m 之河床高程變化平均值。最末段則為神木集水區(愛玉子溪、霍剎溪、出水溪三溪匯流處)往上游 600 公尺。

(9)

5. 崩塌活躍性分析

崩塌活躍性的判斷除了瞭解崩塌地的復育需要時間外，

更重要的也在瞭解不同位置不同時間所出現的崩塌誘發原因，極端降雨事件當年誘發的崩塌位置可由評估崩塌潛勢方式去找尋，當在極端降雨事件後幾年，降雨條件已經不若極端降雨事件的情況，但崩塌仍持續發生或難以復育的位置，

這些位置的特性跟誘發崩塌的原因是值得深入探討的。

圖7 為和社溪集水區崩塌活躍性分佈圖，表 6 則為和社溪集水區崩塌活躍性的統計數據，經多期崩塌目錄出現次數與年份判斷，和社溪集水區的崩塌網格屬於非常活躍的面積共有1.32 km²，屬於活躍等級則增加0.69 km²。和社溪集水區內屬於非常活躍的崩塌地位於愛玉子溪上游及霍薩溪上游的大崩塌地，及部分位於松山溪上游、霍薩溪上游、出水溪上游的零星小崩塌地，而屬於活躍的崩塌地則多半位於非常活躍崩塌地的邊緣，也代表是由非常活躍崩塌地邊緣所擴張或下方淘刷而接連產生的崩塌地，由非常活躍及活躍兩種崩塌地分佈位置，此兩種活躍程度的崩塌都跟較大面積崩塌難以復育及源頭崩塌持續擴展有關；部分較大面積崩塌地難以復育跟崩塌坡面已經露出岩層面，難以植生復育有關，例如愛玉子溪上游崩塌地；另外部分較大面積崩塌地難以復育則與坡面上有不少崩落殘餘土壤尚未滑落有關，例如霍薩溪上游的大崩塌地。以休眠崩塌地而言，分佈的位置，休眠崩塌地分佈位置有三種特性，一則與水系有相當明顯的相關性，尤其在每一條河川的上游，河川級序可能在2 以下的支流鄰近；二則與河川水系的蜿蜒有關，以和社溪位於四號溪與松山溪中間河段而言，即有大量休眠崩塌地分佈，且位於河川蜿蜒段；三則與蝕溝位置相關，例如在三號溪上游即有大量休眠崩塌地分佈在蝕溝地形上。若結合休眠、活躍及非常活躍等三種等級的分佈圖而言，則可看出每一處崩塌過往曾經擴張的位置及最難以復育的核心位置，以和社溪集水區而言，河川源頭淘刷及河川蜿蜒段的河岸崩塌是兩個崩塌難以復育的關鍵位置。

另外一個值得探討的則是不活躍跟無崩塌這兩種活躍性，以本研究對不活躍的判斷定義是過往2001 年至 2005 年曾發生過，但在 2006 年後都未曾被判釋為崩塌網格，根據本研究前述針對降雨資料分析，2006 年後仍有多場豪雨事件發生，而隸屬於崩塌不活躍的網格即為在2006 年至 2015 年間，即便多場豪雨事件也被判釋為崩塌，此種分類可說明該區域崩塌治理的有效性。以不活躍崩塌分佈圖而言，松山溪集水區聚集大量不活躍崩塌地，也聚集大量休眠崩塌地，

代表松山溪集水區在2001 年至 2005 年曾發生過不少崩塌，

但在後10 年卻以復育完成，這也說明松山溪集水區從過往至今治理工程的成效。相對的，比對最上游的神木集水區 (包含愛玉子溪、霍薩溪及出水溪集水區)，這集水區內不活躍崩塌地偏少，反而非常活躍與活躍崩塌地偏多，這顯示了神木集水區的崩塌災害是在近10 年所產生，仍有不少面積的崩塌地仍處於活躍或非常活躍。

圖7 和社溪集水區崩塌活躍性分佈圖

Fig.7 The distribution of landslide activeness in the Heshe river watershed

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表6 和社溪集水區崩塌活躍性統計數據

Table 6 The statistical data of landslide activeness in the Heshe river watershed

活躍性非常

活躍活躍休眠不活躍無崩塌面積 (km²) 1.32 2.01 7.45 2.81 79.98 佔集水區百分比 (%) 1.43 2.18 8.08 3.05 86.74

松山溪集水區與最上游的神木集水區 (愛玉子溪、霍薩溪及出水溪集水區) 兩者在崩塌活躍性的分佈是相反的，松山溪集水區以不活躍崩塌地居多，神木集水區則以非常活躍與活躍居多。本研究也以2009 年莫拉克颱風後的崩塌率演變來說明：2009 年至 2015 年間，松山溪集水區崩塌率持續遞減從2009 年的 7.14 %降至 2015 年的 2.01 %，平均年崩塌率遞減率為0.73 %；而神木集水區崩塌地遞減從 2009 年 8.96 %降至 2015 年 4.84 %，平均年崩塌率遞減率為 0.59 %。

崩塌難以復育的主因，本研究以大規模崩塌跟蜿蜒河段為例說明 (如圖 8 所示)，在神木集水區內的霍薩溪上游河段於 2009 年產生 8 公頃崩塌地，其中包含一處大面積崩塌與兩處靠近匯流口的河岸崩塌；2011 年當大面積崩塌地縮小且 2 處河岸崩塌僅剩1 處時，於大面積崩塌下游與兩處 2009 年產生的河岸崩塌對岸，則產生兩處河岸小面積崩塌；當大面積崩塌的坡腰幾乎復育後，2011 年新產生的崩塌地在 2013 年擴大1.5 倍，且該河段崩塌面積仍有 2009 年的 66 %，直到2015 年仍有 47 %。顯示 2009 年產生的崩塌地面積在 2015 年已復育73 %，但新產生的崩塌地使該河段直到 2015 年崩塌面積仍有2009 年的 53 %。松山溪與和社溪匯流口也有相同情況，當土砂堆積在匯流口或凹岸，原本於2009 年出現的崩塌地在往後年份消失，而土砂堆積使河川蜿蜒則使對岸出現新生崩塌。2009 年該河段產生 30 公頃崩塌面積，2011 年時崩塌地復育 55 %但新生崩塌地使該河段崩塌地面積仍有2009 年的 87 %，並在 2013 和 2015 年分別有 50 %和 25

%崩塌面積。

本研究將2001 年至 2015 年所有崩塌網格套疊累計，只要網格曾被判釋過為崩塌一次，即列入崩塌範圍，而相反的，

只要網格在這14 幅崩塌圖層中都未曾被判釋為崩塌地過，

則列如無崩塌。和社溪集水區的無崩塌地面積約為79.9 km²，約佔全集水區86.7 %。此數據的意義在於和社溪集水區歷經 2001 年至 2015 年多場豪雨或颱風，但無崩塌區域卻從未被判釋過為崩塌一次，這些無崩塌區域可被認定為低或無崩塌潛勢區，也是和社溪集水區內相對穩定的區域。

圖8 和社溪集水區大規模崩塌地 (圖 a) 及蜿蜒河段 (圖 b) 鄰近區域崩塌演化

Fig.8 The landslide evolution in the neighborhood of

large scale landslide and sinuous reach in the

Heshe river watershed

(11)

五、結論

本研究針對位於南投縣信義鄉的和社溪集水區探討崩塌土砂災害對此集水區的地貌演化分析，分析年份由 2001 年至2015 年，蒐集歷年降雨資料及年度崩塌圖層資料，並分析其降雨特性、崩塌個數與面積演變、崩塌地之地形位置分析、河川縱剖面比對分析及崩塌活躍性評估等。從降雨資料分析而言，和社溪集水區在2001 年至 2015 年間，若以單日降雨量超過600 mm 如此高致災性雨量評估，則共發生過 5 次事件，包含 2001 年為桃芝颱風期間、2004 年敏督力颱風期間、2006 年 6 月梅雨事件、2008 年辛樂克颱風期間、

2009 年莫拉克颱風期間等事件，其中最大單日降雨量仍以 2009 年 8 月 9 日的 953.5mm 為最。而在崩塌率分析上，和社溪集水區在分析的 15 個年份中，每一年的平均崩塌率都超過3.0 %，最高崩塌面積前三名分別為 2009 年 2009 年的 5.99 km²、2010 年的 4.93 km²及2011 年的 4.37 km²，但2009 年的崩塌總個數都低於 2010 年至 2014 年等年份，顯示在 2009 年莫拉克颱風過後，仍有不少崩塌被誘發，尤其是崩塌規模小於10 公頃的非大規模崩塌地。和社溪集水區在降雨誘發崩塌的案例上，坡腳崩塌個數是坡頂崩塌個數的2.6 至 4.5 倍，顯示河岸崩塌是和社溪集水區崩塌的主要原因，本研究也認為坡腳崩塌不僅在颱風事件中容易誘發，在颱風事件過後的幾年內仍因河道土砂淤積，導致河川型態改變也易誘發坡腳崩塌。在和社溪集水區主流河道的縱剖面分析資料上，和社溪主流近年河道都呈現土砂淤積為主，土砂淤積主因仍為極端降雨事件帶來的大量土砂進入河道，但在非極端降雨事件年份(例如 2010 年至 2011 年)，一般降雨事件所匯集的流量則會將河道土砂淤積表面細顆粒逐漸往下游輸出。

以支流匯入和社溪主流的交匯口淤積情況而言，平均淤積量最大的三個交匯口分別為頭坑溪交匯口 (平均淤積 10.70 m)、

二號溪交匯口 (平均淤積 10.30 m) 及神木集水區交匯口 (平均淤積 9.17m)。在崩塌活躍性評估上，和社溪集水區隸屬於非常活躍、活躍、休眠及不活躍的面積分別為1.32 km²、 2.01 km²、7.45 km²、2.81 km²，非常活躍及活躍崩塌地都以愛玉子溪上游及霍薩溪上游的大崩塌地為主，不活躍的崩塌地則以松山溪上游集水區，本研究認為崩塌活躍性分佈跟河川級序2 以下的溪流、蜿蜒河段及蝕溝位置相關。

參考文獻

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2020 年 09 月 29 日收稿 2020 年 11 月 18 日修正 2020 年 12 月 04 日接受 (本文開放討論至 2021 年 3 月 31 日)

頻繁土砂災害在和社溪集水區地貌及崩塌演變分析