土石流发生之机制及整治措施文档格式.docx
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近年來,此類例證在台灣各地比比皆是。
工程界由最早的「治水」防災觀念開始,漸漸反省到除了單純防治外,須再加上「利水」的觀念,由「有效開發山坡地」的企圖心,漸漸衍生「積極保育山坡地」之省思。
在以工程眼光考量防災問題時,應更進一步考慮「環境生態」因素,正視水的循環活動及大自然物理現象,順應其特性,始能免除災害發生,於是「生態工法」的觀念近年來在國內被推行提倡,且已有成功整治河溪及崩塌地的實例。
台灣因其特殊的地形及氣候環境,土石流經常發生本就是自然現象,但經過民國88年921大地震後,台灣中部山區受創嚴重,造成多處山坡地崩坍及大量的鬆動土石;
921地震前,農委會曾委請學界進行台灣河溪狀況調查,結果顯示台灣土石流危險溪流計有485條,921地震後,單單中部地震重建區內,土石流危險溪流即增加了237條,主要是因為這些河川源頭區之山坡地多以發生崩坍,土石堆積在河床上而成為發生土石流的危險潛在因子。
根據水土保持局921地震災後依據航照判釋顯示,震後中部山區變異點達21969處,影響區域面積達到11297公頃,山坡地發生崩塌位置主要集中於南投縣及台中縣,其中尤以南投縣就佔了70.8﹪,其受創程度及後續發展令人憂心。
如此大規模之坡地崩塌除於坡地下方常有大量土石堆積外,邊坡亦常有發達之之裂隙發展,土壤遭到大力擾動而失去原有的安定平衡。
這些數量驚人的鬆散堆積物,加上邊坡上方遭地震鬆動之土石,在適當的地形及大量降雨條件下,便易產生大規模崩坍,混合地表逕流進而轉化成土石流形成災害。
有鑑於此,為防範豪大雨發生時造成大規模土石流災情,「921震災災後重建委員會」即延請水土保持及大地方面專家學者,協助現勘調查,完成整體規劃並排定治理優先順序,施工方法以採用生態工法中之「治本工法」為主,期能以經濟且快速之方法完成土石流整治工作,並恢復大地生機。
國內對於生態工法之研究尚在起步階段,而治本工法亦為震後政府所大力提倡推展,雖然在以往山坡地災害發生時,所使用之緊急處理工法與治本工法有類似之處,但皆顯得較不完整,因此大多只能做為臨時性的緊急處理使用。
在生態環境保育及山坡地水土保持意識逐漸抬頭之際,如何發展出適合台灣獨特環境的防治施工技術及施工觀念,實已成為國內產、官、學共同研究的重要課題。
二、何謂土石流災害
假設地球在宇宙間初形成時,即有降雨水流現象,那麼即意味著土石流從那時起就不停的在發生,也因為有土石流,地球上才有那麼多沖積平原,供為人類活動的空間,甚而成為人類活動的精華區。
台灣地區三十六萬公頃的土地,各地降雨強度皆大,加上山坡地坡度陡峻,地質不良,故土石流發生乃屬自然現象;
而台灣地區目前能有約十一萬公頃的平地,也可以說是拜土石流之賜,因此土石流對於人類發展可以說仍有其「公益」的一面。
土石流是一種自然現象,對環境造成的利弊得失,因時空的不同,其結果亦有差異。
土石流發生時,如未傷及人命,危害公共建設,即無土石流災害可言,此時土石流的發生也許利大於害。
台灣早期即經常有土石流的發生,但多稱為「山洪爆發」,因當時開發較少,即使土石流發生,對人民生命財產及公共設施造成的損害也很少,因此台灣地區早期予人的感覺就沒有什麼土石流的災害可言,而「山洪爆發」只是針對零星的事件才批露在媒體或報章一角,學界亦少研究。
台灣地區近年來人口逐漸增加,經濟活動頻繁,交通等各項公共建設愈來愈密集,快速的發展使得平地不敷使用,導致山坡地開發加速進行,一旦發生土石流,經常引起生命財產及公共設施之重大損失,遂使島上居民感受到土石流發生愈來愈頻繁,且危害也愈見加劇。
土石流發生時,必造成溪谷刷深,岩壁坡面崩塌,土石堆積擴大等地形之改變,所行之地橋樑、道路、農地、房舍及生命等無一倖免。
民國79年歐菲莉颱風豪雨成災,使得「土石流災害」一詞在法規條文中最早出現在「台灣省坡地災害防治作業要點」中,然該作業要點並未對土石流加以定義,其「災害」涵義亦未明確,民眾及學界仍未加注意;
一直到民國83年5月公佈水土保持法之後,土石流防災觀念才開始被重視;
且於民國88年6月行政院農委會特別針對土石流之可能影響範圍,及必要之保護對象條件訂定土石流危險區之劃定範圍,除依法公告禁止任何開發行為以外,並需依規定擬定長期水土保持計劃實施之。
而遲至民國89年7月「災害防救法」中,才將土石流災害明確定位為法定天然災害。
縱觀台灣近期發生事件,民國79年6月歐菲莉颱風侵襲本島,發生嚴重土石流災害,造成花蓮縣秀林鄉銅門村死亡及失蹤35人;
民國85年賀伯颱風,南投陳有蘭溪集水區信義及水里鄉亦出現多處土石流,造成死亡及失蹤41人,此次災情報導,信義鄉神木村土石流之動態,被透過電子媒體現場即時播放,其驚心動魄之畫面,讓觀看的民眾如臨現場,並首次感受到土石流無法抵擋的破壞力;
民國88年921地震,造成中部地區山坡地崩坍及土石鬆動,後於民國90年7月遭逢桃芝颱風所挾豪雨,南投縣及花蓮縣爆發更嚴重的土石流災情,僅南投縣死亡及失蹤人數即達119人,花蓮縣亦有47人之多,道路及橋樑之損害更遠甚於賀伯颱風。
土石流肆虐頻繁,使得土石流防治已成為山坡地水土保持最重要的工作。
三、土石流發生機制
土石流一詞首見於日本,而為台灣所沿用,與英語之debrisflow相稱,係指水分浸入地表,與河溪上游堆積物如土、砂、石、礫、岩屑等鬆動地質材料互相混合,形成流體化,在地形坡度與水量供應條件之配合下,產生集體流動性之連續運動體。
許多國家對於土石流之研究雖已行之有年,但仍缺少一致性,其主要原因,首先乃在於土石流中,小至沙塵般的粘粒、大至山中巨石之顆粒組合特性不一,而土石流發生時各類顆粒間雜混以不同之含水特性,以致在土石流整體運動時,面對這些問題的複雜性,實不易定量歸類;
國內外各界目前對泥沙運移之特性,仍所知有限,而現地調查亦因不易觀測到流動狀態下之土石流,僅能從事後殘留之各種證據作為土石流之判斷,因此有關土石流現象之認定,多屬於定性之說明。
國內相關單位與學者對土石流之研究起步雖晚,但亦針對近年來國內發生之案例研究並匯整,依照本土地形及地質對土石流加以定性及量化。
土石流按照發生的地貌條件可分為河谷形土石流及崩塌形土石流,河谷形土石流試紙土石流的發生、運動和堆積過程在一條發育較為完整的河谷內進行,土石流所須之泥石材料主要來自於河床質。
山坡形土石流是指土石流的發生和運動過程沿山坡面蝕溝或山溝中進行,而堆積過程發生在坡腳或沖蝕溝出口與主和交會處,土石流所須之泥石材料主要來自於坡面沖蝕。
有關崩塌形土石流及河谷形土石流之比較,列於附表。
土石流發生之條件必須包含三個要素,即大量且鬆散的土石堆積物、陡峻的坡度及足夠降雨量,三者缺一不可。
(一)堆積物
發生土石流或隱含土石流潛勢之野溪或山溝,上游多曾有邊坡崩坍的情形,崩塌之土石鬆散的堆積在崩塌坡面及溪床上,其間的細顆粒遇到大量的雨水,即容易形成狀如天然混凝土之土石流而向下流動。
(二)坡度
土石流既是因水與溪床固體堆積混合物受重力作用而流動,就必須要有較陡的坡度才會發生。
一般而言,國內發生河谷形土石流之溪床坡度約在15度~20度之間。
坡度大於40度之溪谷可能先以崩坍型態移動,混合大量雨水後再以土石流型態流動。
15度以下較平緩之溪谷,兩岸山坡崩坍時大量土石阻絕溪谷形成之天然壩,潰決時亦會引起土石流。
亦有學者直接指出崩塌與土石流之分界應為20度。
(三)降雨量
土石流發生時幾乎皆伴隨著豪大雨,一般而言,國內山坡地區累積雨量在150mm以上,且當時之降雨強度又在35mm/hr以上時,即有土石流發生之危險。
四、土石流之主要特性
土石流發生時,除非是現場觀察,否則較難事後判定是否為土石流或其他土砂類型之災害,因此若能針對以往土石流發生時及發生後之共通情況,釐出具體的判定標準,對於事發後之主管單位責任歸屬及日後是否將依土石流防治標準規劃防治計劃,會有相當大之助益。
目前水土保持工作者及相關學者對於土石流之認定約有以下幾點共識:
1.土石流多在坡面蝕溝或溪谷中出現,因其具有沖蝕及收集
足夠水量之特性。
2.土石流流路經常因淤積而改道,故在土石流流動路徑出口
處多會出現坡度平緩且大片之沖積扇狀地。
3.土石流流動時,依照粒子碰撞學之滾動運動原理,粗粒子
雖大且重,仍會在運動過程中逐漸上浮至土石流前端表
層,俟土石流停止流動時,造成堆積區前緣多有巨大石
塊。
4.前緣堆積石塊前後之堆積物,顆粒有明顯分界,巨石前方
一般為大片之細砂堆積,巨石後方為粒徑較粗之礫石堆
積;
此乃因為石塊停止運動時,後方之粗顆粒被巨石阻
擋而堆積在後方,細顆粒或細砂則容易越過石塊而落在
前端平坦處。
5.土石流被稱為天然混凝土,除組成性質極為相似外,其所
能帶動流體之單位體積重量約為1400~2300kg/m3,兩
者亦相去不遠。
6.土石流流動速度快,泥流型土石流約在2~20m/s之間,
礫石型亦可達到3~10m/s之間,衝力強具直推性,遇
民宅等障礙物時,顆粒可飛躍至數公尺高。
7.同一溪床或蝕溝比較,土石流之流量遠較清水流為大,坡
度愈陡愈明顯。
8.淤積地點坡度平坦,坡度多在3~6度之間。
9.土石流流動時,最前端呈現波狀流動,當停止流動時,其
堆積處橫斷面會呈現中央部分隆起之山丘型斷面,而其
後續溪床橫斷面中央處卻成凹下之形狀。
五、土石流危險溪流
自然界之野溪,若坡度較陡,常因上游曾出現崩坍而於溪床中堆積了相當數量之土石,此類河溪多具有發生土石流之潛勢,但並非全部稱為土石流危險溪流。
危險溪流之定義,為崩坍地下游存在有保全對象,而於土石流發生時具有遭受侵害之威脅,才被歸類為土石流危險溪流。
根據行政院農業委員會於民國85年委託學界調查全台地區危險溪流調查報告時指出,台灣地區危險溪流在當時僅有485條;
而在民國88年921地震後調查中部地區危險溪流時,全台增至722條;
民國90年調查北部地區危險溪流時又續增為1131條;
同年桃芝颱風過後,立即著手調查東部及南部地區野溪情況,調查工作雖未完成,但學界及水土保持業界預估,目前台灣地區之土石流危險溪流應在1400條以上。
由於土石流危險溪流的防治工作與一般山坡地或河溪災害防治工作有極大差異,因此在從事治山防災工程設計規劃之前,須先判定該溪流是否為土石流危險溪流。
依照行政院農業委員會公佈的「水土保持法」,對於土石流危險溪流之判定,大致可歸納出兩項標準:
1.溪床坡度大於15度,其上游有效集水面積大於3公頃,
山坡容易沖蝕、崩坍,溪床容易堆積鬆散土石,則為具有
發生土石流潛勢之溪流。
2.具有發生土石流潛勢,且有3戶以上或重要公
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