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地形特徵圖(地貌圖)

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土砂災害地形特徵圖(地貌圖)

土砂災害泛指落石、岩屑崩滑、岩體滑動等邊坡崩壞作用產生的土砂,直接或間接造成的災害,常見於臺灣各地的山區集水區。

若可將土砂災害的研究成果與土砂災害潛在受災區域的特徵地形分布與徵兆等標註於地形特徵圖(地貌圖;或稱主題式地形特徵圖)上,以良好的視覺化方式呈現,並搭配圖幅說明書以文字解說地形類型與潛在受災風險等資訊,將有助於自然災害風險與防災溝通。

不安定土砂災害地形特徵圖(地貌圖)

針對本年度(2023)四項工作項目「開發數位化地圖」、「不安定土砂圖徵之設計與圖徵資料類別」、「不安定土砂災害主題式地貌圖製作」、「前期地形特徵圖格式轉置」,選擇高雄市桃源區玉穗溪流域地區為示範區,進行之紙圖與說明書編纂,本年度計畫實施之目標為:


依循地形特徵圖之製圖法與其精神,選取荖濃溪和玉穗溪集水區為本年度示範區,在既有地形特徵圖的圖徵資料設計架構下,配合設計不安定土砂之圖徵類別及圖飾,製作數位化地圖。

地形特徵圖(地貌圖)於自然災害溝通的應用

地形學是以「地形」,即地表形態與其影響因子為主要研究對象的學問。地表形態是地形作用(營力)、地質構造、構成地形材料等在特定環境系統中交互作用的結果,對於曾發生過或未來將發生的災害事件,有一定的指標性(井口隆,2015)。地形地質相關自然災害常重複發生在特定地點,此乃因特定地形單元係由特定地形地質作用(山崩、地滑、土石流、洪水溢淹、河道側蝕、活動斷層作用等)所形塑。這些臺灣山區常見的土砂災害,若可透過地形特徵圖(地貌圖)呈現特徵地形,以更為直觀的視覺化輔助,指出較易發生地形變化與潛在受災的環境位置,以供災害管理、土地規劃等相關公部門、私部門、專家學者、民間團體等作為防災溝通的有力工具。

地形特徵圖(地貌圖)係指 geomorphological map,最直接的翻譯雖應為地形圖,與topographic(al) map 不同(表),惟因我國已習慣將基本地形圖簡稱地形圖,相當於中國大陸所稱之地貌圖,為避免混淆,沈淑敏等 (2017) 乃建議 將geomorphological map翻譯為地形特徵圖(地貌圖),以下均使用地形特徵圖(地貌圖)進行說明。

基本地形圖與地形特徵圖之比較

土砂災害地形特徵圖(地貌圖)製作的重要性

土砂災害說明

土砂災害(sediment-related disaster) 為我國官產學界坡地災害與防治的常見用詞,不過相關法規中並無明確定義,多位學者曾給予定義。例如:指坡地因地形、地質、水文、植被等不同環境條件,因颱風、豪雨、地震與不當人為利用等原因,導致表土沖蝕、崩塌、地滑或土石流等現象發生,並導致人民生命財產(保全對象)受到損害,亦稱為坡地災害(hillslope disaster)(洪如江,1999);在臺灣本島河川上游集水區中,土砂災害的類型包括崩塌(包括邊坡崩塌、河岸侵蝕崩塌、大規模崩塌等類型)、地滑、土石流、河道沖淤等,其中根據致災因子的差異,土砂災害大致可分為原生災害(direct disaster)和衍生災害(indirect disaster)兩類(連惠邦,2017)。

參考我國學者見解與日本《土砂災害防止法》,本計畫中「土砂災害」泛指落石、岩屑崩滑、岩體滑動等邊坡崩壞作用產生的土砂,直接或間接造成的災害。前者包括崩塌、地滑(本計畫所採之我國防災地形分類架構中,崩壞作用地形分類參考經濟部中央地質調查所分為岩屑崩滑、岩體滑動、落石等類)、土石流等;後者則包括堰塞湖迴水與潰堤造成的災害、河床淤高造成的洪水溢淹等。

臺灣上游集水區水砂環境與災害特性,有季節性、突發性、破壞性、群發性以及複合性等特色(連惠邦,2017),此些特性使得山區土砂災害的防災與預警更為複雜。近年來由於受氣候變遷影響,極端降雨事件的強度和頻率增加,局部性單一類型的災害轉變為大規模的複合型災害(Chen et al., 2011)。此與臺灣山區邊坡與河道的耦合性極高有關,強降雨期間,邊坡的土砂快速進入河川,進而產生土石流,甚至放大災害所造成的影響。

邊坡地滑產生的土石進入河道,導致河水受阻,形成堰塞湖或與河流混合形成土石流,而堰塞湖潰堤後則會導致下游受洪水威脅,洪水也會進一步導致下游河岸侵蝕、橋樑和堤防受損等災情(Shiehet al., 2010; Cheng et al., 2018)。臺灣 2009 年莫拉克風災即是典型案例,極端的降雨量造成大面積山崩、土石流、洪水等災情,其中旗山溪畔的小林村滅村事件最為嚴重,荖濃溪畔的寶來村則是間接因對面山坡地大規模崩塌,形成堰塞湖,之後河水暴漲、堰塞潰堤,泥水衝進寶來村,造成財產損失(莊文星,2012)。

以往颱風事件期間降雨引發的災害主要是淺層地滑和土石流,然而莫拉克風災影響區域涉及整個流域,形成複合型災害(Chen et al., 2011)。近年來大規模複合型土砂災害亦大多集中發生於南臺灣之偏遠山區與河階聚落(蔡光榮等,2021)。

從地形演育角度來看,臺灣本島屬構造運動活躍的區域,山區坡度陡峭、水系密度高,加上大規模或強降水事件與大地震的驅動,山區較為平緩的地形,常與土砂事件相關。如 Hsieh and Chyi (2010)、Hsieh and Capart (2013)分析荖濃溪上游河岸眾多扇階地形之堆積層的定年資料,研判上游環境快速堆積後又快速下切。以美秀台(扇階)為例,其土石流扇形成的高峰期約為 1300-1500 年前,並形成一個高於 2008 年河床至少 85 公尺的扇面,並在短於百年的時間內,河道下切至約與 2008 年相同高度,顯示荖濃溪流域有非常快速的區域性河道埋切作用發生,且常以平均每年數公尺的速度下切(Hsieh and Capart, 2013)。

高雄市桃源區玉穗溪流域案例

本年度(2023)計畫製圖目標以玉穗溪集水區為中心,而2009年莫拉克颱風應為目前可考證的災害事件中,造成玉穗溪集水區最大土砂變化量的事件,自該颱風發生以來,相關單位開始較密集的關注其地形變化與不安定土砂的土方量變化。

根據農委會水土保持局(2022)的調查報告,莫拉克颱風時邊坡侵蝕量達902萬立方公尺,使大量不安定土砂堆積於河道(儘管沒有該時期集水區最上游的影像);莫拉克颱風過後,崩塌地持續沖刷、河道侵蝕帶走的不安定土砂略多於新生崩塌地的產出量,使2013-2020年間不安定土砂堆積量持續減少;然而自2019-2021年初時,已經發現集水區上游邊坡出現超過100公尺寬的張力裂隙,成為潛在不安定土砂之所在,2021年8月盧碧颱風引進西南氣流,桃源、六龜等地山區降水量約達2,000毫米,造成不安定土砂大量沿著玉穗溪下移。

玉穗溪集水區與其谷口

玉穗溪集水區與其谷口

以面積計算,盧碧颱風後,玉穗溪集水區內崩塌地面積,約佔集水區總面積的10.4%(農委會水土保持局,2022),另一方面,荖濃溪河床自莫拉克颱風開始淤埋增高,加上支流仍持續以土石流的形式帶出沉積物,促使主流河道埋積加劇,破壞、淹沒南橫公路之明霸克露橋之便道路段。

玉穗溪集水區內不安定土砂分布主要來自於上游的一處大規模崩塌。根據農委會水土保持局(2022)計算結果顯示,該大規模崩塌的平均深度24.9公尺、斜面積57.5公頃、不安定土砂推估量1,098萬立方公尺,而單就其坡腳崩積層而言,斜面積達20公頃、堆積高度29.2公尺、體積489萬立方公尺,佔全集水區內不安定土砂總量的61.3%。

玉穗溪中游土砂來源則是兩岸野溪造成的崩塌,由河流侵蝕坡腳誘發;下游河段崩塌較少,以堆積作用為主。目前估算,玉穗溪集水區在2021年盧碧颱風後仍約有739萬立方公尺的不安定土砂存在,持續作用的土石流在其谷口堆積成平均高度約15.8公尺、最大高度22.3公尺、體積319萬立方公尺的土石流扇(農委會水土保持局,2022)。

2021年盧碧颱風-玉穗溪崩塌及河道土砂變化

2021年盧碧颱風-玉穗溪崩塌及河道土砂變化

綜上所述,發生於同一流域內的土砂災害彼此高度關聯且具有各種不同的樣態與發生歷程,因此在防災規劃上更需要全面考量並提高關注。

但山區人口較少而面積廣大,投入高昂經費進行精細的地質調查顯然不符經濟效益,透過現地可見的各種特徵地形單元做為替代項目,可依特徵地形探究一地過去的主要地形營力與地形演育,進而推估在此地形單元可能面臨的災害風險高低。

即以土砂災害為主題之地形特徵圖便可以作為了解土砂災害所形成的地形(如屬於原生災害的岩屑崩滑、岩體滑動與大規模崩塌,以及屬於衍生災害形成的地形單元如土石流扇、扇階、河岸階地等)分布位置。

考量如此產製的地圖仍有相當豐富的訊息量,圖幅說明書則更應發揮輔助讀圖的功能,包含介紹特定重要地形單元的成因與可能的致災歷程說明,以期達到能將地形、地質專家所判釋之專業見解,轉譯為非此專業的執業人員可以理解、觀察並類推的案例。