臺灣博碩士論文加值系統

台灣位於菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊交界地帶，地質年輕且造山運動劇烈，加上921集集大地震鬆動了山林的土石，特別是中部山區。近年來極端降雨出現的頻率逐漸增加，導致複合型災害發生的規模與頻率亦隨之增加。南投縣山坡地面積幅員廣大，每逢颱風豪雨，常造成慘重災情，而仁愛鄉地區之新生村、南豐村、發祥村、力行村、大同村、精英村與投89縣道沿線，常因颱風降下豪大雨，導致邊坡崩塌、滑動及土石流等嚴重災害發生。
本研究旨在建立南投縣仁愛鄉地區之山崩潛感圖，利用地理資訊系統（Geographic Information System；GIS）將高程、坡度、坡向、地質、距斷層距離、距褶皺距離、距水系距離、距道路距離與累積雨量等九項潛感因子進行分級，再與水保局2001年委託工研院所判釋之桃芝崩塌地套疊，統計出各因子中的崩壞百分比，藉由不安定指數法建立出各網格之權重值與評分，本研究將潛感區分為高、中高、中、中低、低潛感共五個等級，並繪製山崩潛感圖。最後使用誤差矩陣來判釋正確率之評估，而判釋結果：山崩正確率達74.76%、非山崩正確率達84.63%、總正確率達84.43%，顯示出檢核效果良好。
另外，本研究採用TRIGRS之邊坡穩定模式，針對投89線道路之道路中心線向外延伸500公尺之範圍進行分析，用來驗證投89線道路沿線之山崩潛感圖。最後將TRIGRS之分析結果與山崩潛感圖進行誤差矩陣之崩塌趨勢相近率判釋，結果顯示，崩塌趨勢相近率達79.58%、非崩塌趨勢相近率達98.67%、總崩塌趨勢相近率達97.37%。整體而言，本研究所建立之崩塌地潛感分析可作為未來山崩潛感分析之參考依據。

Due to locating between the Eurasian and Philippine Sea Plates and the young geology, the orogenesis events in Taiwan is abundant. Moreover, 921 Chi-Chi earthquake caused the loosed geology condition, especially in the center mountain area of Taiwan. The increasing frequency of extreme rainfall also leads to complex disaster happens more and more often. Nantou County is famous for its large slope land. Whenever there is a heavy rainfall occurred by the storm, it causes seriously disaster including landslide and debris flow. Such as Xinsheng Village, Nanfeng Village, Faxiang Village, Lixing Village, Datong Village, Jingying Village and along the Nantou County Highway 89 in Ren Ai Township.
The purpose of this study was to set up the landslide susceptibility map of Ren Ai Township in Nantou County. Using Geographic Information System (GIS) to grade the nine susceptibility factors including Elevation, Slope Angle, Aspect, Geological Situation, Distance to Fault, Distance to fold, Distance to River, Distance to Road and Accumulated Rainfall, based on overlap with the Typhoon Toraji landslide area that identified by Industrial Technology Research Institute which was authorized by Soil and Water Conservation Bureau in 2001. To calculate the landslide percentage of each factor and to acquire the weight and grade the grid by means of Instability Index Method. In this study, susceptibility can be classified into five grades: high, medium high, medium, medium low and low. And we drew the Landslide Susceptibility Map as well. At the last, a classification error matrix for accuracy assessment was then produced. The result of interpretation appeals that the Landslides accuracy is 74.76%, the correct rate of non-landslide is 84.63%, the accuracy rate is 84.43% in total.
In addition, this study use Slope Protection mode of TRIGRS model to analyze the area which was set 500 meters outward from the road center line of Nantou County Highway 89. And verify the Landslide Susceptibility Map of Nantou County Highway 89. Then, we interpreted the similarity rate of landslide tendency of the result of TRIGRS model and Landslide Susceptibility Map with classification error matrix. The result shows that the similarity rate of landslide tendency is 79.58%, the similarity rate of non-landslide tendency is 98.67%, and the similarity rate of landslide tendency is 97.37% in total. On the whole, the Landslide Susceptibility analysis in this study can be provided as references in the future.

目 錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目 錄 V
表目錄 X
圖目錄 XIII
第一章 緒 論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究內容 3
1.4 研究方法及流程 4
第二章 文獻回顧 8
2.1 崩塌地之探討 8
2.2 國內外山崩之相關研究 13
2.3 山崩潛感因子 15
2.3.1 地形因子 15
2.3.2 地質因子 15
2.3.3 區位因子 16
2.4 不安定指數法之相關研究 16
2.5 TRIGRS之相關研究 18
2.6 相關參數之文獻 20
2.6.1 土壤厚度 20
2.6.2 水力傳導係數(K) 24
2.6.3 初始入滲率(IZ) 25
2.7 地理資訊系統(Geographic Information System, GIS) 25
第三章 山崩潛感之分析 26
3.1 地理概況 26
3.2 崩塌地判釋 26
3.3 不安定指數法 28
3.3.1 各因子不安定指數計算方法 28
3.3.2 各因子權重值計算方法 30
3.3.3 不安定指數疊加方式 32
3.4 選定影響因子與圖層建置 32
3.4.1 選定影響因子 33
3.4.2 雨場分割及建立雨量資料 35
3.4.3 建置圖層資料 40
3.5 不安定指數分析結果 59
3.5.1 地形因子 60
3.5.2 地質因子 65
3.5.3 區位因子 69
3.5.4 雨量因子 ─ 累積雨量 69
3.5.5 各潛感因子之權重比較 73
3.6山崩潛感圖之建立 74
3.6.1 山崩潛感值之計算結果 74
3.6.2 崩塌潛感圖劃分及建立 74
3.6.3山崩潛感結果檢核 77
第四章 邊坡穩定性之分析 78
4.1 投89縣道介紹 78
4.1.1 投89縣道沿線之歷史災情 78
4.1.2 研究區域之劃設 81
4.1.3暴雨頻率年雨量 82
4.2研究方法 94
4.2.1 TRIGRS程式簡介 94
4.2.2 入滲模式 95
4.2.3 邊坡穩定模式 98
4.2.4 適用限制 99
4.3 TRIGRS之參數 100
4.3.1 坡度 101
4.3.2 土壤水力參數 102
4.3.3 初始入滲率 102
4.3.4 土壤厚度 103
4.3.5 地下水位深度 104
4.3.6 雨量資料 104
4.4 TRIGRS敏感度分析 105
4.4.1 單一網格之敏感度分析 105
4.4.2 敏感度分析之結果 106
4.5　TRIGRS數值分析之結果 108
第五章 研究結果之討論 109
5.1 山崩潛感之正確率評估 109
5.2 歷史崩塌地比對 111
5.3 航空照片比對 116
5.4 崩塌趨勢相近率判釋 119
第六章 結論與建議 120
6.1 結論 120
6.2 建議 122
參考文獻 123

 
表目錄
表2- 1、台灣崩塌地特性(吳佐川，1993) 9
表2- 2、邊坡破壞型式(Varnes，1978) 12
表2- 3、地滑形態之分類 (渡正亮，1976) 14
表2- 4、台灣各流域土壤厚度與現地坡度、DEM計算之結果 (王智仁等人，2009) 22
表2- 5、崩塌面積與土壤厚度關係表 (水土保持局，2009) 23
表2- 6、坡度與土壤厚度之關係 (Khazai and Sitar，2000) 23
表2- 7、坡度與土壤厚度之關係 (國家災害防救科技中心，2004) 24
表2- 8、土壤水力參數 (陳麒任，2011) 24
表3- 1、雨量站資料 37
表3- 2、六種雨場分割方法 38
表3- 3、六種方法分割翠巒雨量站於桃芝颱風雨場所取得之雨量資料 39
表3- 4、2001桃芝颱風雨量資料 39
表3- 5、相關圖幅資料 40
表3- 6、高程分佈統計表 41
表3- 7、坡度分佈統計表 43
表3- 8、坡向分佈統計表 45
表3- 9、地質分佈統計表 47
表3- 10、距斷層距離分佈統計表 49
表3- 11、距褶皺距離分佈統計表 51
表3- 12、距水系距離分佈統計表 53
表3- 13、距道路距離分佈統計表 55
表3- 14、累積雨量分佈統計表 57
表3- 15、高程因子評分表 62
表3- 16、坡度因子評分表 63
表3- 17、坡向因子評分表 64
表3- 18、地質因子評分表 66
表3- 19、距斷層距離因子評分表 67
表3- 20、距褶皺距離因子評分表 68
表3- 21、距水系距離因子評分表 70
表3- 22、距道路距離因子評分表 71
表3- 23、累積雨量因子評分表 72
表3- 24、潛感因子權重比較表 73
表3- 25、潛感分區檢核表 77
表4- 1、投89縣道之歷史災害(改自劦盛工程顧問，2009；堅尼士工程顧問，2005) 78
表4- 2、瑞岩雨量站一日暴雨分析表 88
表4- 3、翠峰雨量站一日暴雨分析表 89
表4- 4、翠巒雨量站一日暴雨分析表 90
表4- 5、瑞岩測站降雨事件之重現期對照表 91
表4- 6、翠峰測站降雨事件之重現期對照表 92
表4- 7、翠巒測站降雨事件之重現期對照表 93
表4- 8、土壤水力參數之前人研究 102
表4- 9、研究區域之TRIGRS參數表 105
表4- 10、敏感度分析之參數表 107
表5- 1、山崩正確率之評估準則表(Stehman,1997) 109
表5- 2、以桃芝颱風事件判釋山崩正確率之計算 110
表5- 3、潛感圖之比對 111
表5- 4、TRIGRS模擬之比對 111
表5- 5、TRIGRS與潛感分析之崩塌趨勢相近率 119


圖目錄
圖1- 1、山崩潛感之研究流程圖 5
圖1- 2、邊坡穩定分析之研究流程圖 7
圖2- 1、邊坡破壞型式(Varnes，1978) 11
圖2- 2、土壤深度迴歸曲線 (鐘欣翰，2008) 20
圖2- 3、土壤深度迴歸曲線 (Salciarini et al，2006) 21
圖3- 1、研究區域之崩塌地分布 27
圖3- 2、山崩影響因子不安定指數計算示意圖 30
圖3- 3、桃芝颱風路徑圖 (資料來源：中央氣象局) 36
圖3- 4、方法五雨場分割示意圖 38
圖3- 5、高程分佈統計圖 41
圖3- 6、高程分佈圖 42
圖3- 7、高程分佈統計圖 43
圖3- 8、坡度分佈圖 44
圖3- 9、坡向分佈統計圖 45
圖3- 10、坡向分佈圖 46
圖3- 11、地質分佈統計圖 47
圖3- 12、地質分佈圖 48
圖3- 13、距斷層距離分佈統計圖 49
圖3- 14、距斷層距離分佈圖 50
圖3- 15、距褶皺距離分佈統計圖 51
圖3- 16、距褶皺距離分佈圖 52
圖3- 17、距水系距離分佈統計圖 53
圖3- 18、距水系距離分佈圖 54
圖3- 19、距道路距離分佈統計圖 55
圖3- 20、距道路距離分佈圖 56
圖3- 21、累積雨量分佈統計圖 57
圖3- 22、累積雨量分佈圖 58
圖3- 23、各高程分級之崩壞比長條圖 62
圖3- 24、各坡度分級之崩壞比長條圖 63
圖3- 25、各坡向分級之崩壞比長條圖 64
圖3- 26、各地質分級之崩壞比長條圖 66
圖3- 27、各斷層分級之崩壞比長條圖 67
圖3- 28、各褶皺分級之崩壞比長條圖 68
圖3- 29、各水系分級之崩壞比長條圖 70
圖3- 30、各水系分級之崩壞比長條圖 71
圖3- 31、各水系分級之崩壞比長條圖 72
圖3- 32、山崩潛感分佈圖 76
圖3- 33、山崩潛感分區 77
圖4- 1、投89縣道沿線之各崩塌位置圖 80
圖4- 2、研究區域示意圖 81
圖4- 3、瑞岩雨量趨勢線 91
圖4- 4、翠峰雨量趨勢線 92
圖4- 5、翠巒雨量趨勢線 93
圖4- 6、入滲邊界示意圖(A)無限深度、(B)有限深度 96
圖4- 7、TRIGRS模式對於Z軸之定義 97
圖4- 8、研究區域內之坡度圖 101
圖4- 9、研究區域內之土層厚度 103
圖4- 10、以方法五分割研究區域之雨量資料 104
圖4- 11、各參數之敏感度之分析圖 107
圖4- 12、TRIGRS分析之結果 108
圖5- 1、投89縣道(0k+000~23k+500)之山崩潛感圖 112
圖5- 2、投89縣道(23k+500~53k+200)山崩潛感圖 113
圖5- 3、以TRIGRS模擬投89縣道(0k+000~23k+500)之結果 114
圖5- 4、以TRIGRS模擬投89縣道(23k+500~53k+200) 之結果 115
圖5- 5、航空照片比對之位置圖(紅框處) 116
圖5- 6、2008/09/21投89縣道15.8K之航空照片 117
圖5- 7、2009/09/06投89縣道15.8K之航空照片 117
圖5- 8、2012/06/24投89縣道15.8K之航空照片 118
圖5- 9、2010/06/19投89縣道15.8K之航空照片 118

1.土石流防災資訊網(2013)， http://246.swcb.gov.tw/default-1.asp。
2.水土保持局全球資訊網(2013)， http://www.swcb.gov.tw/。
3.水土保持局，「石門水庫集水區高精度地形量測及地貌變化歷程之研究」，2009年。
4.王佩兮，「應用TRIGRS模式評估降雨及入滲誘發池上山棕寮地滑之影響研究」，國立中正大學，2007年。
5.王美惠，「應用SPOT衛星影像及GIS於崩塌地潛感分析之研究-以稍來溪為例」，朝陽科技大學，2008年。
6.王智仁、許世孟、柯建仲、蘇泰維、李錦發，「山區土壤厚度與坡度關係之建立」，中興顧問社、中央地質調查所，2009年。
7.方世杰，「阿里山公路邊坡崩壞特性調查與崩壞潛能評估模式建構之研究」，國立成功大學博士論文，2009年。
8.方俊傑，「應用不安定指數法於坡地崩塌之潛感分析」，國立中興大學，2006年。
9.中華顧問工程司（1996）八十四年度梨山地區地層滑動整治計畫設計調查報告書，共160頁。
10.朱聖心，「應用地理資訊系統製作地震及雨量所引致之山崩危險圖」，國立台灣大學，2001年。
11.劦盛工程顧問公司，「98年莫拉克颱風-投89線力行產業道路復建計畫改線可行性評估」，2009年。
12.吳佳郡，「降雨誘發山崩之潛感分析初探」，國立暨南大學，2006。
13.吳佐川，「台灣地區崩塌地區域特性之研究」，國立台灣大學，1993年。
14.吳雯惠，「土石流發生潛感與流出土方量推估之研究」，朝陽科技大學，2006年。
15.吳柏毅，「台灣中部地區崩塌地影響因子之分析研究」，國立中興大學，2006年。
16.林炳森（1991）崩積土坡地力學性質及穩定性研究（二），國科會防災科技研究報告，79-64號。
17.林衍丞，「廣域山崩潛感分析模型力學-水力參數逆分析」，國立中央大學，2009年。
18.林家榮，「潛在危險指標應用於屏東縣集水區分級分區之研究，國立屏東大學，2004年。
19.林伯勳、許振崑、冀樹勇，「集水區土壤厚度經驗式應用分析」，中興顧問社，2011年。
20.林中興，「山坡穩定性評估之因子分析及地理資訊系統之應用」，國立中央大學，1992年。
21.林基源，「陳有蘭溪流域土石流發生潛感判定模式之研究」，國立中興大學博士論文，2003年。
22.林季諍，「應用主成份分析法與不安定指數法於河川流域崩塌潛感影響評估-以陳有蘭溪為例」，朝陽科技大學，2007年。
23.林慶偉、陳晉琪、劉守恆、溫振宇，「集集地震對近年來台灣中部地區崩塌地發育特性之影響」，地震衍生之邊坡破壞行為研究及應用研討會論文集，台南，第1-20頁，2004年。
24.高嘉隆，「台十四省道31~75k沿線邊坡山崩潛感分析」，朝陽科技大學，2003年。
25.陳本康，「石門水庫集水區崩塌特性及潛感評估研究」，國立中興大學，2005年。
26.陳則佑，「應用點估法與TRIGRS程式分析奧萬大道路之破壞機率」，國立中興大學，2011年。
27.陳昆廷、蔡光榮、王宣惠、林欽川，「多變量不安定指數分析法應用於屏東山區道路邊坡崩塌潛感評估模式之建置研究」，中興工程季刊，第一百期，第62-72頁，2008年。
28.陳蕙華，「遙測衛星影像於南清公路崩塌地潛感分析之應用」，逢甲大學，2005年。
29.陳麒任，「考慮不確定性之降雨誘發山崩逆分析」，國立中央大學，2011年。
30.國家災害防救科技中心，「石門水庫土砂災害問題分析(精簡版)」，2004年。
31.許煜煌，「以不安定指數法進行地震引致坡地破壞模式分析」，國立台灣大學，2002年。
32.黃品萱，「山區道路崩壞潛感之研究-以阿里山公路為例」，國立中興大學，2012年。
33.曾聖權，「SPOT衛星影像應用於陳有蘭溪流域崩塌調查之研究」，朝陽科技大學，2005年。
34.馮正一、劉怡安、張育瑄，「應用TRIGRS分析集水區中尺寸坡地入滲與穩定性」，國立中興大學，2009年。
35.堅尼士工程顧問公司，「力行產業道路提升為縣道之可行性評估」，2005年。
36.游中榮，「應用地理資訊系統於北橫地區山崩潛感之研究」，國立中央大學，1996年。
37.詹錢登，「土石流發生降雨警戒模式之研究」，水土保持局科技計畫，2002年。
38.楊智堯，「類神經網路於邊坡破壞潛能分析之應用研究」，國立成功大學，1998年。
39.楊志光，「地震衍生重要山區道路護坡工程之破壞機制探討分析」，國立屏東大學，2002年。
40.鄭錦桐、林柏勳、蕭震洋、梁惠儀、許振崑、冀樹勇、連榮吉、林柏壽、張州男，「石門水庫集水區之土砂災害監測及評估技術」，2009年。
41.鄭魁香，「邊坡穩定現象之研究」，國立中央大學，1994年。
42.廖軒吾，「集集地震誘發之山崩」，國立中央大學，2000年。
43.劉鴻寬，「偏遠山區道路災害復建工程設計及整治成效探討-以力行產業道路為例」，逢甲大學，2008年。
44.賴世偉，「不安定指數法應用於石門水庫集水區崩塌潛感分析之研究」，國立中興大學，2007年。
45.賴銘峰，「應用GIS於集水區降雨空間特性之研究-以陳有蘭溪為例」，朝陽科技大學，2010年。
46.鍾欣翰，「考慮水文模式的地形穩定分析-以匹亞溪集水區為例」，國立中央大學，2008年。
47.簡李濱，「應用地理資訊系統建立坡地安定評估之計量方法」，國立中興大學，1992年。
48.蘇歆婷，「降雨引發坡地崩塌風險評估模式之建立與應用」，國立交通大學，2007年。
49.蘇苗彬，「集水區坡地安定評估之計量分析方法」，中華水土保持學報，第29卷，第二期，第105-114頁，1998年。
50.顧承宇等人，「極端氣候下降雨引致淺層山崩之脆弱度評估」，國立海洋大學，2012年。
51.Baum, R. L., Coe, J. A., Godt, J. W., Harp, E. L., Reid, M. E., Savage, W. Z., Schulz, W. H., Brien, D. L., Chleborad, A. F. and McKenna, J. P. (2005) Regional landslide-hazard assessment for Seattle, Washington, USA Landslides, 2(4), 266-279.
52.Baum,R.L.,Savage,W.Z.,(2002) TRIGRS-A Fortran program for transient rainfall and grid-based regional slope-stability analysis,U.S.,Geological Survey,61(Open-file Report 02-424).
53.Bisanti, B., Molnar, P., and Burlando, P. (2005). Predicting rainfall triggered soil slips: A case study in the Emmental region (Switzerland). 3rd Swiss Geoscience Meeting, Zurich.
54.Chen Chien-Yuan, Chen Tien-Chien, Yu Fan-Chieh, Lin Sheng-Chi (2005) Analysis of time-varying rainfall infiltration induced landslide, Environmental Geology, Volume 48, Numbers 4-5，pp. 466-479.
55.Dieu Tien Bui.,Biswajeet Pradhan.,Owe Lofman.,Inge Revhaug and Oystein B. Dick (2012),Landslide susceptibility assessment in the Hoa Binh province of Vietnam: A comparison of the Levenberg–Marquardt and Bayesian regularized neural networks,Geomorphology,No.171-172, pp.12-29.
56.Fetter, C. W., Applied Hydrology,(1994) Macmillan College Publishing Company Inc., New York.
57.Gelhar, L. W., Stochastic subsurface hydrology,(1993) Prentice-Hall Inc., New Jersey.
58.Khazai, B. and Sitar, N.（2000）Assessment of Seismic Slope Stability Using GIS Modeling, GeographicInformation Sciences, 6（2）, pp. 121-128
59.Koukis, G.C., Ziourkas, (1991), Slope Instability Phenomena in Greece:A Statistical Analysis, Bulletin of the International Association of Engineering Geology, No.43, pp.47-60.
60.Stehman, S. (1997) Selecting and interpreting measures of thematic classification accuracy, Remote Sensing of Environment, 62, 77-89.
61.Salciarini, D., Godt, J. W., Savage, W. Z., Conversini, P., Baum, R. L., Michael, J. A.,(2006) Modeling regional initiation of rainfall-induced shallow landslides in the eastern Umbria Region of central Italy‖, Landslides, Vol. 3, pp. 181–194.
62.Varnes, D.T.(1978) Landslides Analysis And Control. National Academy of Sciences, Special Report 176, pp: 11-35.