專題討論 ( 一 ) 文獻選讀

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颱風及地震在降雨引致的山崩和輸砂量排放的影響

指導教授 : 張光宗 老師學號 :79842013姓名 : 潘安士

Influence of typhoons and earthquakes on rainfall-induced landslides and suspended sediments discharge

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本文的目的是在發生颱風和地震引發的崩塌事件中，提出數據並討論與地震有關的觸發機制，颱風或地震的四個事件中引發的崩塌地在中部地區陳有蘭溪流域對於1996至 2004年進行了研究，以確定其控制因素，過去18年崩塌地區透過在航空照片上量測崩塌面積，以及水文測站計量輸砂量，調查結果證明坡面上的地工材料會隨強烈地震的搖動而擾動，在事件發生後崩塌面積也就會隨著擴張。 NDVI(標準差植生指數 ) 分析也記錄坡面未覆蓋植生的條件是由崩塌所引起，當流量相同且少於 100m3s-1

時地震過後的輸砂量排放濃度大約是地震前的四倍。在傾向地震活動的頻率增加，這個結果指出沉積體積補充影響輸砂量的正常流量。

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前人很多研究表示材料強度、不連續面、地震、降雨、地形、水文等重要自然因素都會影響崩塌地與土石流，每年台灣平均四個颱風的肆虐，從5-10月發生大規模的地滑，降雨引發洪水，大量地表逕流使得崩落沉積物流入河道中。 從過去 1996-2004，一連續的事件發生在而影響中台灣，如圖一所示，集集地震與賀伯、桃芝、敏督利、艾利等颱風。

艾莉颱風賀伯颱風集集地震桃芝颱風敏督利颱風

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此研究透過地震與颱風等災害，針對陳有蘭溪流域進行分析，此流域面積是 367km2 ，邊緣有山脈作為分水嶺，是一縱向溪谷地形，其發源於玉山，溪流為東南 - 西北走向，此流域有眾多不同的地層，以陳有蘭溪斷層為界，溪流兩側的岩性明顯的不同，溪流右岸地層屬古第三紀變質岩之地層，其主要組成為板岩、硬頁岩、變質砂岩與石英岩，而溪流左岸屬未變質之新第三紀沉積岩，包含頁岩、砂岩及砂頁岩互層。

南莊層 ( 中新世 )和社層 ( 中新世 )十八重溪層 ( 始新世 )水長流層 ( 漸新世 )白冷層 ( 漸新世 )廬山層 ( 中新世 )達見砂層 ( 始新世 )沖積層 ( 全新世 )

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崩塌地可從 SPOT衛星 20m多光譜與 10m全色態空間解析度影像繪出，崩塌面積大於 1600m2可準確繪出，省略小於1600m2 會造成低估面積與材料擾動體積，可運用崩塌比、新生比與重新恢復比來討論崩塌地的條件。*崩塌比 = 所有崩塌地在總流域中佔的比例。* 新生比 = 在事件發生後新崩塌面積在總崩塌地面積的比例。*重新恢復比 = 事件發生後崩塌恢復後的面積在事件前崩塌面 積的比例。

新生比公式 重新恢復比公式

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從圖中得知崩塌比與重新恢復比有成反比的趨勢，賀伯颱風重新恢復比高達93.5%，而桃芝颱風與敏督利颱風後，崩塌面積分別增加 1.9倍及 1.3倍，另外敏督利颱風後重新恢復比下降至 40%。

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從圖中得知隨著每年不同災害的發生，崩塌地新生比有逐漸成長的趨勢，如集集地震後崩塌地新生比從 41%變成 70%，接下來到桃芝颱風與敏督利颱風後崩塌地新生比分別增加至66.0%與 68.2%。

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崩塌數量、崩塌面積、崩塌比與新生比在表中都有漸增的趨勢，唯有重新恢復比勢逐漸下降的趨勢，代表隨著時間的延續，崩塌地有逐漸一直變多的趨勢。

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此曲線為崩塌面積與機率分布曲線，呈現出當崩塌面積約從 100m2之後機率有明顯下降趨勢，代表大部分崩塌地面積從100m2 至 106m2雖有下降但可能發生崩塌的區域約在此範圍較有可能。

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現地調查指出在敏督利颱風後，陳有蘭溪流域崩塌的深度較表土層與崩積土層還深，因此現地做岩心取樣，將不同地層岩石岩心做無圍壓縮試驗量測其強度，從上表可得知不同地質的地層它們分別平均強度、最大與最小強度分別為何，其中無論是南莊或和社砂岩層的單壓強度都較大，反之如為南莊或和社頁岩層則強度較小。

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經由崩塌而擾動的波面，植生會因為這樣而流失破壞，植生的密度是另外一個指標，去了解崩塌影響的程度，相較於紅外光，綠色葉片有較大的反射在遠紅外光。當綠色植物經過暴雨之後，都會生病或死亡，也就在近紅外光下的反應減少。我們運用 SPOT衛星影像去計量植生的密度，可以間接計算可見光與近紅外光的反應從 NDVI(標準植生化指數 ) 得知， NDVI可以透過不同的波長，來幫助決定綠色植物的存在密度。

可見光近紅外光可見光近紅外光

標準植生化指數

-

)(NDVI

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從右圖可得知在賀伯颱風後至敏督利颱風後， NDVI值有逐漸遞減的情況產生，而崩塌比一次比一次增加。在陳有蘭溪流域中，連續暴雨和地震使崩塌比增加，植生減少。我們歸咎於崩塌而造成大規模的侵蝕，植生的破壞導致 NDVI值下降。我們發現 NDVI的變化值在子流域中，暴雨後高於大地震後。因此降雨分佈和颱風路徑不同的隨後暴雨會在每個子流域造成更多植生的破壞。

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水文站的數據資料，包含沉積物的排放濃度與流量，必須運用加權平均法 (MWA)來估計輸砂量。水資源局的採樣頻率在夏季月分有增加，透過量測可得知每年平均輸砂量，右式可推估計算輸砂量，單位為t /day， Qsji 是輸砂量量測值 (t /day)， mi 是每個月的量測頻率數。 在颱風期間，由於缺乏足夠的測量數據來計算颱風引起的輸砂量，所以我們使用等級曲線法 (Rating Curve Method)計算颱風引起的輸沙量如上式所示， Qs 是輸砂量濃度， Q 是流量，參數 a,c透過最小平方法來決定。

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在 1972-2004年期間，每月平均流量與量測輸砂量關係如右圖所示，從圖中可得知在集集地震後，所量測的輸砂量都大於 1t/day，在集集地震前可辨識的量測輸砂量有部分是小於 1t/day。

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1972-1999年每年平均輸砂量2.9Mt/yr, 2000-2004年每年平均輸砂量 37.8Mt/yr，輸砂量震後為震前的 13倍。並從右圖得知，在陳有蘭溪流域中集集地震後的輸砂量有增加趨勢。此外，流量與地震前後輸砂量濃度比值分別取 log，有線性反比關係。

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圖中從 1972-2004年平均颱風季節的輸砂量遠大於冬季平均的輸砂量，約是 38倍的關係，且逐年輸砂量有遞增趨勢，這說明陳有蘭溪流域輸砂量的排放，颱風季節與冬季有巨大差距。

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在崩塌比與無圍壓縮強度和各不同地層的關係圖當中，南莊層在賀伯颱風與敏督利颱風的崩塌比差了 17倍之多，同樣在沉積層中不同颱風的崩塌比也相距甚大，因此可得知強度越強的地層崩塌比在不同颱風下相差較小，反之較弱地層相差較大。

南莊層 和社層 沖積層 變質岩

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四個颱風的崩塌比與車籠埔斷層距離和尖峰地面垂直加速度值(PGA)的關係圖如右，可得知離斷層距離越遠加速度值越低，同時崩塌比也有下降的趨勢。

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透過前面所述，我們得知陳有蘭溪流域中的崩塌地，除了數次颱風的影響外，集集地震也仍然有影響存在。崩塌地不斷的擴張破壞土體結構與植生，也使得未覆蓋植生地表持續增加；另外透過無圍壓縮強度試驗得知各不同地層強度與崩塌比也有密切相關，因此岩基的岩石強度是一個重要的控制影響範圍和崩塌頻率；還有與斷層距離遠近和尖峰地面垂直加速度值大小與崩塌比也有密切的關係存在。

THE END

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