)-...

水土保持學系碩士在職專班二年級

專題討論(四)-第二次報告

山區道路崩塌風險潛勢評估- 以苗21線鹿場部落聯絡道為例

專題討論(四)-第二次報告

山區道路崩塌風險潛勢評估- 以苗21線鹿場部落聯絡道為例

指導教授：陳文福教授學生：彭永光學號：5100042008

中華民國 1 0 2 年 5 月 1 1 日 1

2

簡報內容簡報內容

貳.文獻回顧

壹.前言

參.材料與方法

肆.結果分析與討論

伍.結論與建議

摘要

2

國內道路建設在過去多因考量地形之故，為維護人車安全而大量運用邊坡穩定工法，惟仍常因遭逢天然或人為災害導致崩塌，造成情節不等之災害、交通服務水準降低，甚至道路癱瘓的情形發生，因此有必要針對道路邊坡崩塌發生機制、防治效益評估方法與應用，並延展公路營運之服務年限，進而達成公路建設「永續經營」之政策。

本研究旨在利用過去幾年所持續蒐集與彙整的公路歷史崩塌資料的資訊，結合現地調查的成果，搭配山區道路沿線之自然環境地文水文相關基本資訊，以瞭解苗21線鹿場部落聯絡道路沿線道路風險的區位與等級。 3

3

摘要

苗栗縣南庄鄉位於苗栗縣東北角，境內疊嶺層巒，平地稀少，為一典型的山地鄉。鄉內鹿場部落山高坡陡、溪短流急，從民國93年8月艾莉颱風至今，該部落附近持續有下陷及滑動之跡象，對居民生命財產安全造成威脅，因此，本計畫希望以不同的角度來評估苗21線鹿場部落聯絡道路崩塌潛勢之原因，透過現地踏勘與量測結果發現，鹿場部落聯落道路之邊坡大多屬於局部型滑動，而擋土牆或護欄開裂的情形、路面及房舍龜裂之現象均有日益擴大的趨勢。研究將利用地理資訊系統、地質資料了解崩積層特性，探討此區域崩塌潛勢圖。

4

摘要

關關鍵鍵字字

※鹿場部落聯絡道路 ※地理資訊系統 ※崩塌潛勢圖 ※崩積層

5 5

摘要

研究動機研究動機苗21線鹿場部落聯絡道路肩負著鹿場、鹿湖、

鹿湖地區觀光運輸與山區對外連絡重要任務，研究以崩塌潛勢與原因進行調查與研究

1.瞭解該區域之崩塌地與坡度、坡向、高程、地質及雨量等因素之關係。

2.利用遙測航空照片，分析該區域之崩塌地。

3.利用遙測影像可快速瞭解崩塌地的位置與特性，以供工程人員進一步判斷使用。

4.進一步瞭解該地之區域地質特性，輔助本計畫了解擋土牆、道路與房屋等龜裂之判釋工作。

6 6

壹.前言

研究目的研究目的 2000年以來，歷年的颱風包括2001年桃芝與納莉颱風、2004年艾莉颱風、2008年碧利斯與凱米颱風、2008年辛樂克颱風、2009年莫拉克颱風等均為苗栗山區帶來豐沛的雨量；然而，在本計畫區鹿場部落，以2004年8月艾莉颱風降下自1997年以來最大的雨量（1669 mm）；而最近的莫拉克颱風，也為苗栗部分地區帶來超過1000 mm之累積雨量。

7 7

壹.前言

研究目的研究目的為能瞭解苗21線鹿場部落聯絡道路之穩定情

形，需進行環境地質調查，其首要目的在於分析地質災害發生之因素，預測與預防災害的發生並指引防災避險之道。

地質災害調查為環境災害調查之核心，主要調查包括既有地質災害的圈繪與清查、潛在地質災害的評估與預測，以及邊坡的穩定性、土壤受蝕性、膨脹性與液化的可能性、河道的遷移、地工結構物的龜裂與變形等各項評估。

8 8

壹.前言

李維峰(2010）：崩塌係指構成邊坡之土體或碎屑，受自然與人

為因素影響失去平衡，在重力作用下沿坡面發生向下或向外運動者。導致崩塌發生的因素，一般可分為潛因與誘因。潛因為坡地本身基本條件，誘因泛指誘發可誘發坡地崩壞之外在因素，如降雨、地震、人為擾動。周南山等人（2003）：

邊坡破壞類型與潛在危險因素關係表示，潛在危險因素中環境本質因素為地形、地質材料、地質構造、地表植被、地下水，外在誘發因素為降雨、地震、人為因素。 9

9

貳.文獻回顧

山區道路崩塌山區道路崩塌災害調查災害調查之相關研究如下：之相關研究如下：


張石角（1987）：山崩災害之預測，其程序包括： 1.建立山崩類型之辨識準則（山坡地自然因子之組合）。 2.透過山坡地自然環境之調查，圈定具有發生山崩類型條件之位置（發生山崩之類型及地點的預測）及具有條件之範圍（發生規模之預測）。

3.再依據岩盤強度（風化或破碎程度）以決定發生山崩所需之驅動力的大小（發生時機之預測）。

10 10

貳.文獻回顧

侯春帆(2008）：依各影響因子等級探討崩塌分佈之情形，來決定

影響因子之權重值，最後繪製出本研究區內之崩塌地區塊圖，以了解區域潛在之危險程度，供後續相關措施規劃之參考。鍾國平(2009）：

苗栗縣南庄鄉石門及鹿場地滑地穩定性與災害因子之研究，認為影響石門及鹿場兩地區發生地滑之因子主要包括有(1)地質破碎、(2)地勢陡峭且為順向坡地形、(3)降雨量豐沛以及(4)鹿場溪與大東河淘刷坡趾等因素。

11 11


貳.文獻回顧

經濟部中央地質調查所（2008）：

出版「都會區及周緣坡地環境地質資料庫圖集及說明書」，其環境地質資料庫圖集之「北部地區II」內有「南庄」（95222SE）圖幅。

本研究區之地層主要為中新世石底層，由厚層砂岩、砂頁岩互層及煤層所組成。

12


貳.文獻回顧

經濟部中央地質調查所(2009）：針對易淹水地區上游集水區地質調查及資料庫建置

（第二期98年度）之中港溪流域進行探查。本計畫區屬中港溪之上游，其部分圖形與成果摘錄如下：

中港溪流域中港溪流域200200年年重現期距一日累重現期距一日累

積雨量積雨量

13 13


貳.文獻回顧

經濟部中央地質調查所(2009）：

中港溪流域中港溪流域200200年重年重現期距一日累積雨現期距一日累積雨量之崩塌穩定分析量之崩塌穩定分析

14 14


貳.文獻回顧


中港溪流域中港溪流域200200年重年重現期距一日累積雨量現期距一日累積雨量之降雨促崩潛勢圖之降雨促崩潛勢圖

15 15


貳.文獻回顧


中港溪流域中港溪流域土壤分佈圖土壤分佈圖

16 16


貳.文獻回顧


中港溪流域崩中港溪流域崩塌地分佈圖塌地分佈圖

17 17


貳.文獻回顧


中港溪流域土石流中港溪流域土石流潛勢溪流分佈圖潛勢溪流分佈圖

18 18


貳.文獻回顧


中港溪流域順向坡中港溪流域順向坡岩體滑動潛勢圖岩體滑動潛勢圖

19 19


貳.文獻回顧

20

蒐集資料

航照影像 DTM GIS

影像資料處理

檢核坡地

潛勢因子萃取分級

潛勢因子分級圖

建立崩塌網格圖

資料套疊與分析

坡地崩塌地危險潛勢圖

與現地情況相互檢核

成果檢討與分析

資料種類

資料整合

資料分析

研究流程研究流程架構圖架構圖

20

參.材料與方法

21

研究內容

1.文獻蒐集。

2.利用徐昇氏多邊形數值計算法，求出各雨量站在研究區域內的控制面積之加權因子。

3.地文資料分析。

4.利用GIS（地理資訊系統）將已蒐集之潛勢因子資料作3D空間展示、3D等高線圖、2D坡度及坡向展示圖。

5.相關動態資料之分析，並建立出崩塌網格資料。

21

參.材料與方法

22

研究區域以苗栗縣南庄鄉以苗栗縣南庄鄉苗苗2121線鹿場部落聯絡道路線鹿場部落聯絡道路為對象為對象

苗栗縣鄉鎮市行政區域圖

苗21線鹿場聯絡道研究區之交通概況圖

（苗栗縣政府，（苗栗縣政府，20072007年）年） 22

參.材料與方法

23

研究區域以苗栗縣南庄鄉苗21線鹿場部落聯絡道路為對象

苗21線鹿場聯絡之Google Earth衛星影像圖 23

參.材料與方法

24

苗21線鹿場聯絡道路擋土牆及護欄裂縫位置分佈圖苗栗縣政府，2010年，苗栗縣南庄鄉鹿場部落聯絡道路崩塌潛勢與原因調查研究案

24

參.材料與方法

25

道路龜裂

擋土結構物龜裂

現場踏勘

房屋龜裂

25

參.材料與方法

26 結構物龜裂

現場踏勘

26

參.材料與方法

27 結構物龜裂

現場踏勘

27

參.材料與方法

28 結構物龜裂

現場踏勘

28

參.材料與方法

29

地質概況 ★本地之地層主要為中新世石底層。

★依據「經濟部中央地質調查所五萬分之一臺灣地質圖說明書—竹東」內容可知，石底層之岩性以羅山斷層為界。

★本地位於羅山斷層西北側，係由厚層砂岩、砂頁岩互層及煤層所組成，其中位於石壁、陸家、鹿場坑及加里山一帶之石底層曾稱為石壁含煤層或石壁層，其主要由厚層砂岩與所夾薄層頁岩與薄層砂岩所組成。

29

參.材料與方法

30

斷層分佈

通過本計畫區域之斷層有三條，分別為通過本計畫區域之斷層有三條，分別為鵝公髻斷層鵝公髻斷層、、鹿鹿場斷層場斷層以及以及陸家斷層陸家斷層。。

30

參.材料與方法

31 環境水系圖環境水系圖((苗栗縣政府，苗栗縣政府，20072007年年))

水文概況

31

參.材料與方法

32

集水區

名稱

面積

(ha)

周長

(km)

集水區

長度(km)

平均坡度

(%) 密集度圓比值細長比

大東河

集水區 8200 47.26 13.12 62.8 0.68 0.46 0.78

比林溪

子集水區 998 13.54 4.36 68.5 0.83 0.68 0.82

鹿湖溪

子集水區 1554 17.73 6.79 67.7 0.79 0.62 0.66

風美溪

子集水區 1292 20.15 5.80 59.5 0.63 0.40 0.70

子集水區地文分析表

32

參.材料與方法

33

數值地形模型（DTM）

數值地形模型（DTM），是以XYZ座標格式來描述地表位置之數值資料，以每10 m*10 m等間距的規則網格取樣，產生之DTM資料以五千分之一基本圖幅來分檔。可在GIS系統中靈活地被運用，例如可製作成3D立體模型、飛行模擬、景觀模擬以及彩色地形圖。

彩色地形圖 3D化立體圖

研究方法

33

參.材料與方法

34

徐昇氏多邊形法分析雨量徐昇氏多邊形（Thiessen Polgons）是空間推估的一

種方法，所謂空間推估是指利用適當的統計模式，以一地區已知觀察點的值，來估計未知點的值。

空間中任何一種的資源調查，無法利用普查的方式進行，故先運用抽樣點所得到的資料，再以空間推估的方法就可以獲得全區域的資料。

於一開始將N個空間中各點連接成三角形，三角形形成的方式將採用Delaunay Triangulation的方式，之後再畫出每個邊線的等分線，每條垂直平分線所連成的多邊形就是徐昇氏多邊形（Thiessen Polygon Networks）。

34

參.材料與方法

35

徐昇氏多邊形法分析雨量

研究地區利用鹿場鄰近的三個雨量站，分別為鳳美測站、南庄測站、南礦測站，並配合徐昇氏多邊形分析法，來求各雨量站相對於苗21線鹿場聯絡道之權重。

南庄鄉全鄉面積約為165平方公里，利用徐昇氏法計算鹿場的雨量，將各雨量站連結，繪製出各三角形，再求取三角形各邊的中垂線，將其分割為多個多邊形，由下圖可得知，影響該區僅有鳳美站與南礦站。

35

參.材料與方法

36

南庄測站

南礦測站

鳳美測站

石門地區

南礦測站

鳳美測站

鹿場部落

南庄測站

36

參.材料與方法

鳳美站多邊形面積為562773平方公尺，南礦站多邊形面積為465608.5平方公尺，計算得鳳美站之權重為54.71%，而南礦站之權重為45.29%，將雨量資料帶入下式:

(鳳美雨量資料)*562773+(南礦雨量資料)*465908.5 1028681.5 可得下表:

鹿場雨量資料 =

年/月一二三四五六七八九十十一十二合計

93 101.69 216.67 222.76 196.16 271.13 37.85 570.07 1456.12 537.67 157.60 0.67 114.92 3883.36

94 44.95 373.44 365.49 72.87 498.04 299.92 503.27 1207.38 147.19 60.65 42.23 43.63 3659.12

95 86.75 87.96 244.84 702.01 449.28 769.04 369.33 116.76 208.85 4.81 215.02 139.55 3394.24

96 100.76 58.10 247.09 307.81 394.64 404.11 65.80 490.33 863.38 756.13 60.87 50.27 3799.33

97 84.81 127.96 212.20 160.16 290.90 265.4 564.74 104.23 1369.20 83.83 98.19 37.77 3399.45

98 5.59 46.68 309.17 395.95 75.16 495.54 65.92 1160.2 109.91 37.74 58.02

月平均

70.75 151.80 266.925 605.82 329.85 378.64 356.52 755.8 539.36 183.46 79.16 77.22 3627.1

徐昇氏多邊形法所求得的鹿場全年雨量資料單位:毫米（mm） 37

參.材料與方法

38

本計畫區月平均雨量圖

鹿場地區月平均降雨量

70.8

151.8

266.9305.8

329.9

378.6356.5

755.8

539.4

183.5

79.2 77.2

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

月份

降雨量mm

38

參.材料與方法

39

崩塌潛勢分析方法權重大小之決定，可根據統計的方法，亦可利用經驗法則；統計法是以量化的數值進行分析，較為客觀，不需具備豐富經驗者亦可行之，但因自然因素相當地複雜再加上岩體本身為高度的非均勻體，因此，所選取的因子可能不具有代表性、易產生偏差、或沒有真正找到關鍵性的因子等因素，常有不同的分析結果產生（林文雄，2008）。

配合GIS計算本區域的崩塌地面積，並將其置於崩塌地坡度、坡向、地質、高程的統計表，進而繪製出崩塌因子的分析圖與崩塌面積百分比圖。

由以上各因子崩壞比分級，由小至大換算1至10評分；再依各因子分級評分乘以權重可得影響分數，分別訂定高、中、低潛勢區影響分數範圍，並將各分級疊加，可得高、中、低潛勢圖。 39

參.材料與方法

40

崩塌潛勢分析圖

依2001年至2012年面積崩壞比之大小計算出各影響因子之權重、評分與影響分數。

綜觀本計畫區以坡度、坡向、高程及地質成份等四項影響因子之面積崩壞比計算各影響因子樣本標準差後計算其離散係數，再依各影響因子離散係數計算其個別權重。

權重大小(影響程度次序)為：高程＞地質成分＞坡向＞坡度。

40

參.材料與方法

41

本計畫區域之高程圖與等高線圖

圖例:

41

參.材料與方法

42

坡度分析係與掉落之驅動力有關，其坡度的等級可區分為一級坡至七級坡，而苗21線鹿場聯絡道計畫區所對應的土地單元之坡度變域，整理於下:

坡度級別土地單元之坡度變域

(分級範圍)

面積(平方公尺)

一級坡 S≦5% 1600

二級坡 5%＜S≦15% 48400

三級坡 15%＜S≦30% 121900

四級坡 30%＜S≦40% 155900

五級坡 40%＜S≦55% 286500

六級坡 55%＜S≦100% 415000

七級坡坡度>100% 52400

42

參.材料與方法

43

本計畫區由DTM所形成的坡度分佈圖

網格數

43

參.材料與方法

44

坡向分析

係與季節、降雨、風向及颱風路徑有關，而本計畫區之坡向分級表為 :

方位度數面積

(平方公尺)

北方(N) 337.5∘～22.5∘ 171500

東北方(NE) 22.5∘～67.5∘ 425300

東方(E) 67.5∘～112.5∘ 421900

東南方(ES) 112.5∘～157.5∘ 24800

南方(S) 157.5∘～202.5∘ 700

西南方(WS) 202.5∘～247.5∘ 2000

西方(W) 247.5∘～292.5∘ 4300

西北方(WN) 292.5∘～337.5∘ 31100

44

參.材料與方法

45

2001年與2008年崩塌地坡向統計表

坡向坡向面積

(m2)

2001年(艾莉颱風前) 2008年(艾莉颱風後) 面積崩壞平均比

評分影響分數崩塌地面

積(m2) 面積崩壞比(%)

崩塌地面積(m2)

面積崩壞比(%)

N 4070100 1400 0.03 16300 0.40 0.215 1.42 0.33

NE 3464600 5500 0.16 3900 0.11 0.13 1 0.23

E 3780800 24600 0.65 50800 1.34 0.995 5.25 1.21

SE 1996800 25300 1.27 53000 2.65 1.96 10 2.3

S 1651600 11000 0.66 8800 0.53 0.595 3.29 0.76

SW 2347200 14500 0.62 70700 3.01 1.815 9.28 2.13

W 4153400 22000 0.53 100200 2.41 1.47 7.60 1.75

NW 6356300 23500 0.37 33700 0.53 0.45 2.57 0.60

總計 27820200 127800 337400

離散係數 72.50

權重 0.23

評分最高

45


46

2001年與2008年崩塌地坡向面積差異分析圖 2001年與2008年崩塌地坡向面積差異分析圖

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

N NE E SE S SW W NW

坡向

面積(平

方公尺)

2001年

2008年

46


47 47

崩塌潛勢分析圖

■依2001年與2008年面積崩壞比之大小計算出各影響因子之權重、評分與影響分數。

■綜觀本計畫區以坡度、坡向、高程及地質成份等四項影響因子之面積崩壞比計算各影響因子樣本標準差後計算其離散係數，再依各影響因子離散係數計算其個別權重。

■權重大小(影響程度次序)為：高程＞地質成分＞坡向＞坡度。


47

48

依各影響因子之各級評分以崩壞比最低至最高自1至10予以評分，將評分乘以權重則為影響分數；最後，依各影響因子之影響分數範圍區分為穩定區、低潛勢區、中潛勢區及高潛勢區，其四潛勢區分級表如下:

潛勢區潛勢區權重權重影響分數範圍影響分數範圍

高潛勢區高潛勢區中潛勢區中潛勢區低潛勢區低潛勢區穩定區穩定區

高程高程 0.310.31

地質地質 0.240.24

坡向坡向 0.230.23

坡度坡度 0.220.22

2.4 1.62 1.61 0.45 0.44 0.25 0.24

2.3 1.76 1.75 0.61 0.60 0.24 0.23

2.2 1.65 1.64 0.49 0.48 0.23 0.22

3.1 1.45 1.44 0.70 0.69 0.32 0.31

48


49

苗21線鹿場部落聯絡道路之高、中、低潛勢圖

高潛勢圖

中潛勢圖

低潛勢圖

49


50

2001年與2008年崩塌地與高潛勢區套疊圖

2001年 (艾莉颱風前)

2008年 (艾莉颱風後)

50


51

2001年與2008年崩塌地與中潛勢區套疊圖

51


52

2001年與2008年崩塌地與低潛勢區套疊圖

52


53

2008年高、中、低潛勢疊合圖與點位的相關性圖

53


54 54

1.經由踏勘與量測發現，鹿場部落聯落道路之邊坡大多屬於局部型滑動，而擋土結構物的開裂、路面及房舍龜裂均呈現逐年增多與擴大的趨勢。

2.苗21線鹿場部落聯絡道路有明顯的崩崖地形特徵，推測屬於範圍極大的老崩積層，再加上下邊坡因鹿場溪河床下切的影響，目前鹿場部落所在的崩積層仍呈現不穩定的狀態。

3.三雨量站之資料經徐昇多邊形分析方法計算後，可得到鹿場地區之平均降雨量。

4.結合地理資訊系統圖資化的優點，本研究完整地分析出本計畫區域之各影響因子，依2001年（艾莉颱風前）與2008年（艾莉颱風後）面積崩壞比之大小計算出各影響因子之離散係數、評分、與權重大小，並繪製出本區域之低、中、高潛勢圖。

伍.結論與建議結論

55 55

5.由崩塌潛勢圖發現，由本計畫之高、中、低潛勢圖大部分能解釋為何現地所觀察之擋土結構物或路面有龜裂或下陷之原因。

6.苗21線鹿場部落聯絡道路經證實有很多的破壞點位係因為擋土牆或護欄之位置施作於崩積層上。

7.若依道路迴頭彎位置，則依地形將剖面線延伸至鹿場溪河谷，大致上可推測出其破壞的模式可能因地形的效應、可能仍位於崩積層上、鹿場溪河床下切作用導致下邊坡局部的滑動、或局部填土夯實不良所造成的影響。

伍.結論與建議結論

56 56

1.豪雨所帶來的豐沛雨量勢必會對道路造成影響，亦可看出本區域之坡度與坡向分佈情形，對於未來崩坍地點的判釋，或可提出相關的因應對策以供決策者參考。

2.未來可思考佈設長期GPS觀測點，定期監測本計畫區域崩坍速度與方向，並繪出位移向量分佈圖。

3.苗21線鹿場部落聯絡道路係屬於範圍極大且呈現尚未穩定狀態的老崩積層，為了確保部落居民之安全，政府每年投入修復甚多，若依投資報酬率衡量不具任何經濟效益，以前也曾辦理遷村，之後民眾又逐漸遷回居住，考量此區域地質、居住安全、邊坡滑動與河床下切之關係等等因素，政府是否有必要再投入經費執行永無止境的修復工程，有必要做一個長遠考量。

伍.結論與建議建議

參考文獻 1.林文雄，2008年6月，遙測影像技術應用於崩塌地潛勢之評估─以苗栗縣泰安鄉坡地為例，國立聯合大學防災科技研究所碩士論文。

2.潘國梁，2007年1月，山坡地的地質分析與有效防災，科技圖書股份有限公司。

3.謝敬義，2009年5月，地質學與大地工程，科技圖書股份有限公司。 4.苗栗縣政府，2007年12月，苗栗縣南庄鄉鹿場部落地滑區特定水土保持區之劃定需求調查評估成果報告書”，苗栗縣政府。

5.國立中央大學土木工程學系，2005年，土木工程防災概論(第二版)，藝軒圖書出版社。

6.苗栗縣政府，2010年，苗栗縣南庄鄉鹿場部落聯絡道路崩塌潛勢與原因調查研究案，苗栗縣政府。

7.經濟部中央地質調查所，2008年，都會區及周緣坡地環境地質資料庫圖集及說明書，北部地區II，經濟部中央地質調查所。

8.經濟部中央地質調查所，2009年12月，易淹水地區上游集水區地質調查及資料庫建置（第二期98年度）成果彙編－中港溪流域，經濟部中央地質調查所。

9.鍾國平，2009，苗栗縣南庄鄉石門及鹿場地滑地穩定性與災害因子之研究，國立中興大學水土保持學系研究所碩士論文。 57 57

參考文獻 10.李準勝，2008年8月，苗栗鹿場地區地質環境特性與邊坡穩定敏感度分析之研究，國立中興大學水土保持學系研究所碩士論文。

11.李維峰等四人，2010年2月，山區道路崩塌風險潛勢評估-以臺14線為例，港灣報導。

12.廖汶涵，2010年6月，降雨誘發山崩潛勢之分析研究，國立成功大學資源工程學系研究所碩士論文。

13.廖珮妤，2012年8月，阿里山森林鐵路事件型山崩潛感分析，國立中興大學水土保持學系研究所碩士論文。

14.李準勝等五人，2008年11月，苗栗鹿場台地邊坡穩定敏感度分析之研究，坡地防災學報7卷2期。

15.許惠瑛，2007年7月，台灣中部地區降雨誘發崩塌之影響因子研究，國立中興大學土木工程學系研究所碩士論文。

16.洪嘉瑜，2007年6月，台灣中部地區山崩影響因子之時間序列分析，國立中興大學土木工程學系研究所碩士論文。

58 58

~~~~敬請指教敬請指教~~~~

59

)-...

Documents