土石流的時空分佈--以高雄縣民族村為例

土石流的時空分佈具有三大特性, 它們是繼承性, 週期性, 及交替性.

所謂繼承性是指新土石流絕大部份都發生於舊土石流的軌跡上, 所以只要找出既生土石流 (年代較新) 或古土石流 (發生年代較久遠, 可能千年以前), 就可以預測未來會發生土石流的地方. 然而要清查過去發生過的土石流則非用遙測方法不為功.

週期性指的是土石流會在舊有軌跡上一再的復發, 必要條件是必須具備足夠的土石料源, 以及充沛的雨量. 不過每次復發的規模 (土石量) 不見得會一樣. 一般而言, 規模大者週期長, 規模小者週期短. 土石流的週期很難求, 因為牽涉到時間的關係, 我們沒有足夠的歷史紀錄可以拿來作分析. 目前唯一可操作的方法就是仰賴資料比較齊全的衛星影像. 自從衛星遙測科技發展以來, 幾乎對同一個地區每天都會產出一張影像. 而法國的SPOT衛星影像則是我們最常用的影像, 因為它的解像力可以被接受, 而且時間也夠長, 約20年的時間.

交替性指的是土石流有群發的特性, 它們會在不同的群組中輪流發生. 也就是說這一次發生了土石流, 下一次就會輪到別條土石流發生. 主要原因是土石料源一旦被土石流清光之後, 一定要等到新料源產生了, 才會再度發生土石流. 那麼新料源為什麼會不斷的產生? 最重要的原因是料源的岩盤破碎, 經過風化,侵蝕,及重力作用之後很快又會製造出新料源, 其中以物理風化中的解壓, 凍融, 及溫差作用才是產出料源最關鍵的力源.

這次莫拉克颱風在荖濃溪及楠梓仙溪流域發生嚴重的崩塌及土石流災害. 我們且舉高雄縣那瑪夏鄉 (昔稱三民鄉) 的民族村為例. 這一次有兩條土石流影響到該村的安全 (見上圖), 其規模為一大一小, 表現非常的不對稱. 我們找來災前的Google Earth 影像 (見下圖), 從影像中很容易可以辨識上述兩條土石流 (規模大的用紅色表示, 規模小的出影像之外). 但是紅色土石流下方的一條白色舊土石流竟然在此次沒有發生; 此即土石流交替性的緣故. 不過很難保證它以後不會復發.

紅色土石流有一個極大的隱憂, 就是在靠近民族村的地方, 它繞了三個半圈 (見上圖). 根據土石流的直進性, 如果規模再大一些的話, 紅色土石流就有可能走直線, 直衝民族村, 並且造成埋村的慘劇. 此次小林村的埋村即遭到同樣的機制所害.

經過這番分析之後, 民族村的村民是否願意遷移? 那要看自己願意冒多大的風險! 即使不看此生, 也要顧慮未來子子孫孫的安危. 小林村的劇變可謂殷鑑不遠!!

天災可以預測--其中以發生位置的預測最準

上圖是在中橫公路上, 離大禹嶺不遠處的金馬隧道, 於民國70年代初期, 其西口因為邊坡滑動的關係, 被削掉了約20公尺長, 其混凝土襯砌與滑塊一起掉落到百公尺深的深淵, 現場只留下一些突兀的鋼筋.

由於衛星影像的精度直逼航空照片, 所以從 Google Earth 上查閱金馬隧道區域的影像 (下圖), 赫然發現有一條非常顯著的線型 (Lineament) 正好切在二十幾年前發生過滑落的西口處.

此例足以證明地工災害的發生位置是可以預測的. 因為很多地工災害都發生在地質的弱點, 或傳承過去的災害點, 所以它們常在原址或原址的附近一再的復發, 其中尤以土石流的繼承性最為顯著.

可見, 古崩塌, 古地滑, 或古土石流的辨識與調查是防災工作的重要手段與策略, 根據筆者的經驗與認知, 預測的成功率高過百分之七十. 此即所謂的 "以古鑑來" 經驗法則.

你敢買這種房子嗎? 科學風水可以為你指點迷津

這是淡水另外一個新社區 (現在當然已經舊了), 房子蓋在強烈風化的火山岩上, 在某一個雨天之後的第二天即發生照片上所示的滑動災難.

上圖向後傾的房子已經滑到垃圾場的邊緣 (擋土牆之下即為垃圾); 下圖房子的基樁尚稱穩固, 但是地基已經被削去一半了, 以致基樁受到偏壓的作用, 不理不行.

誌頭的故事

我的網誌誌頭係取材自香港的寶珊道 (Pao Shan Road) 地滑.

香港寶珊道是香港最高的街道, 曾經於1972年6月18日發生了嚴重的地滑 (弧型滑動). 大約4萬立方公尺的岩土屑在35度的邊坡上滑走了270公尺. 造成67死, 20傷的慘劇; 且有兩棟大樓全毀, 一棟嚴重受損.

據災後的調查, 寶珊道地滑起因於6月16日至18日在香港所降下的650mm豪雨; 16日就已經發現有張力裂縫產生, 在連續降雨的情況下, 18日晚間8點50分就發生滑動了.

上圖是寶珊道地滑的全景及其剖面圖. 其岩盤是深度風化的火山岩, 在其上又覆蓋了5~10公尺厚的崩積土, 且坡度又非常陡峭 (35度), 復有豪雨扣上扳機. 因此, 在不良的本質條件下, 加上大雨的誘因, 乃造成了此次災難.

小林村的埋村元兇找到了

下圖係齊柏林先生從低空拍攝，顯示此次莫拉克颱風所造成的小林村土石流，其右上角的白色線形為角埔溪的一小段；右下角的Y型山溝即為高縣DF007土石流（其河谷呈現細小的黃灰色）。該張照片是在土石流發生後不久即拍攝的影像，所以保存著還很新鮮的地形，對於研判土石流發生的機制有極大的幫助。

照片中最值得注意的是其中心位置有一個顯著的堰塞湖（淺灰色），其壩體（青灰色）係由湖的右下岸之順向坡滑動體所堆置而成；而現在的順向坡正是上圖(Google Earth 的災前衛星影像)的順向坡S之下伏層面，即此次的滑動面乃位於S的更深層面，也就是說每發生一次順向坡滑動，岩層就一層一層的被往下剝除。可見過去的災害常成為未來災害的殷鑑，由此再度證明古崩塌地及古土石流的清查正是防災的首要程序；「以古鑑今」乃是研究防災科技的重要守則。由於這個順向坡滑動體將河道堵塞，迫使土石流改道，因此流路只好走直線而衝向高位堆積扇，並將堆積扇面上的空間填滿，形成一堆壠丘（黃褐色），且越過斷崖，而傾瀉在楠梓仙溪的河谷內，小林村的命運因而就決定了。

根據常理推測，此次土石流運動的過程可能非常快速而短暫，連逃命的機會都沒有。

尋找匯水窪地才是辨認土石流最快及最正確的方法

(此張影像由羅佳明博士提供)






感謝羅佳明博士提供給我一張小林村於莫拉克颱風災後的福衛二號衛星影像, 其發源地確定是A (下圖似地瓜葉狀的紅色範圍內), 而真正啟動土石流的範圍比Google Earth上的匯水窪地稍微小一些, 但是只是小一點點而已.

顯然找匯水窪地是辨識土石流最快, 且最正確的方法. 匯水窪地就是啟動土石流的地方. 因此, 清查古土石流, 即清查匯水窪地, 才是鑑定土石流潛在溪流最科學的方法. 而利用衛星影像則是不二法門.

土石流潛在溪流的圖上表示方法必須從發源地, 流通段, 以至堆積區一體成形; 但是堆積區可能被大河的豐沛流水所稀釋或沖毀, 所以堆積區不一定存在, 但是發源區及流通段則一定會遺留下來, 而且顯現特殊的地形特徵, 因此, 利用遙測影像 (尤其是高精密的衛星影像) 最容易加以鑑別.

土石流之交替性--在多條潛勢溪流中輪替發生

土石流不但會在同一條溪流中重複發生, 而且會在不同的溪流中交替發生, 茲以土石流影像為證.

插圖為航空照片. 白色部份即為最近一次發生的土石流, 因為曝露的為新鮮的土石, 所以呈現白色 (強烈反射太陽光的關係). A與B是發源區中, 未被土石流搬走的遺留表層.

F為上一次發生的土石流, 因為經過了一段時間, 發源區的土石已經受到短時間的風化作用, 而且少數植生已經生長回來, 所以呈現淡灰色.

p為更早一次發生的土石流, 因為受到更久時間的風化作用, 而且更多的植生已經生長回來, 所以呈現更深的灰色 (反射太陽光的能力較弱). 請注意p的地形顯示典型的匯水窪地, 而且窪地內還具有顯著的掌狀 (或扇狀) 水系.

那麼為什麼會這樣輪流發生呢? 因為發源區的土石儲量不豐, 所以發生一次土石流即被清光光, 非得等到長時間的風化, 復又產生足夠的鬆散土石之後, 才有可能重新啟動. 因此, 緊接著的下一次土石流就會改到別條溪流發生.

所以現在我們所認定的一千多條土石流顯然是嚴重低估了, 可見如何辨認古土石流是何等的重要! 為了辨認古土石流, 衛星影像即可派上用場. 為了提升我們對土石流的預測率, 利用遙測方法來辨識古土石流是刻不容緩的事.

下一次我們將討論利用地形的斜度來劃定潛勢溪流到底可靠不可靠的問題.

衛星影像的老舊不影響我們對土石流的預測

在各種不同類型的天然災害中, 只有土石流最常在同一位置 (或同一條溪谷) 重複的發生. 同時, 土石流一旦發生之後, 即會在地面上留下非常顯著的地形特徵. 職是之故, 衛星影像或航空照片的新舊並不會影響到我們對土石流的預測.

下圖為一張航空照片, 它顯示高雄縣那瑪夏鄉 (原三民鄉) 民族村在這次莫拉克颱風來襲時所受的災害情形, 從該張照片中我們可以看到各自獨立的三條大土石流及一條小土石流. 民族村即位於照片的中央, 它受到一大一小土石流的夾擊.

如果我們對照一下Google Earth 的衛星影像 (上圖) (請注意上,下兩圖的方位正好差九十度, 為了獲得正地形, 不得不爾), 立即可以發現, 這三大一小的土石流在災前即顯示在衛星影像了. 不過, 衛星影像上只表示沖擊民族村的一大一小土石流, 其兩側的大土石流則未加以圈繪.

匯水窪地是啟動及辨識土石流的關鍵性地形

形成土石流必須具備三個必要條件:

(1) 相當的土石來源
(2) 產生流體足夠的動力及必要的高速之陡峭地形
(3) 猛暴的水量

以上三個條件必須在適宜的地點才能發生, 那就是在匯水窪地內進行.

匯水窪地 (見下圖) 有圓形, 橢圓形, 長條形, 或不規則形等各種形狀; 它是個凹地, 三面環山, 僅留下一個袋口可以讓土石流衝出. 只有具備這種形狀才能匯聚大量的雨水, 也只有具備陡峭的坡度才能產生高速的土石流.

大部份匯水窪地的內部具有掌狀 (或扇狀) 水系 (見中圖及上圖), 但長條形匯水窪地則具有魚骨狀水系, 不過一般以前者居多. 這種匯水窪地很容易從衛星影像上辨識. 所以清查既生土石流, 並且建立目錄, 必須依賴遙測影像, 否則難竟其功, 因為很多地方人跡無法到達, 而且有些既生土石流已經被草木所遮掩, 在地面上很難發覺.

土石流是所有土砂災害中, 能夠在原地重複發生之特徵最為顯著的一種災害; 所以只要清查既生土石流就可預測未來的土石流, 其準確度超過百分之七十. 筆者相信匯水窪地的面積或水系密度與土石流的規模及週期有相當的關係.

土石流具備三種地形單元--發源地, 流通段, 及堆積區. 凡發生過的土石流必在地面留下痕跡, 其中以發源地及流通段的痕跡最難抹滅; 堆積區因為地形緩和, 容易被開墾或定居, 甚至被流水沖毀, 所以較難辨認; 而且堆積區不見得都是扇狀, 有時候呈長條狀, 有時候就直接堆積在河床上(見上圖), 其能見度更低.

清查土石流必須將發源地, 流通段, 及堆積區三個單元連成一個系統同時調查及研究, 否則對土石流的來龍去脈很難了解. 我們國內出版的土石流分佈圖不是斷頭就是截尾, 這是很可惜的一件事. 希望對土石流有更深進一層的研究之後, 這種情況可以改觀.

佔用河道及谷口的下場--三張委內瑞拉的土石流照片

這是發生於委內瑞拉的土石流, 照片要由下往上看.

從谷口一直到出海口都是不吉之地, 它們是河水的通道, 雖然流水只佔據幾個水道, 而非整個河谷, 但是這些水道經常改變流路, 只要來一次洪水, 流路就左衝右撞, 攻城掠地, 所以沒有一處是安全的, 除非位處較高的河階台地. 但是河階台地也非萬全之地, 容後再說.

道路的排水設施不良常引發土石流

這是一張在日本鄉村的土石流照片, 雖然損壞不大, 但是證明一件事情: 道路的排水不良, 以路面為水路, 沖往下邊坡, 不是引發土石流, 就是引起崩塌.

南投縣仁愛鄉的眉原及中原位於土石流之堆積扇上

南投縣仁愛鄉的眉原及中原之西南方村落均位於土石流的堆積扇上. 在地形上, 這兩個地方很容易被誤認為河階台地. 但是仔細觀察, 我們可以見到河階平台上有一層薄薄的土石流堆積物覆蓋在它的上面.

這裡的堆積扇具有典型的扇狀外型, 而且位於谷口, 同時還顯示中間高, 兩側低的錐狀地形, 所以確定為土石流堆積扇無誤.

它們的形成年代可能很新, 因為堆積扇的厚度不大, 而且流通段未顯示深刻的痕跡, 同時發源地也沒有明顯的湯匙狀凹陷地形. 但是不能因為土石流的規模小, 而忽略它的破壞性.

逆向坡滑動又一例 --高雄縣妙崇寺

妙崇寺位於高雄縣新發, 藤枝林道3.5K的下方. 在這次莫拉克颱風時, 其上邊坡發生滑動, 因而稍微受到土石衝撞的影響.

地質上, 該次發生滑動的邊坡係位於逆向坡上, 上圖的上緣, 右緣, 及右上角沒有圈繪的部份為順向坡(屬於廬山層), 其餘的部份則為逆向坡. 逆向坡容易堆積崩積土; 因為崩積土性鬆散, 孔隙大, 水易滲, 所以剪力強度較低, 平常小雨時即會發生潛移(一般稱為走山) ; 其滑動面為複數, 沒有單一的顯著滑動面, 不過滑動的行為一定發生在崩積土內, 最深的滑動面只能到達岩盤與崩積土的界面而已. 圖上所繪的橢圓都是各個滑動塊體所遺留下來的痕跡, 它們的滑動方向雖然都朝著下坡方向, 但是仔細觀察, 還是有所偏差, 可見其複雜度. 梨山地滑就是屬於此類.

逆向坡上的崩積土, 其厚度呈上薄下厚的錐狀體. 所以這次滑動(其實已經到達土石流的程度), 其滑動體的頭部已經深入岩盤, 因而留下一個楔型(Wedge)凹槽, 行走於藤枝林道時, 它就位於其上邊坡, 明顯可見. 這個凹槽將成為未來發生土石流的匯水窪地, 所以未來的邊坡破壞將由滑動轉為土石流, 這是進行邊坡穩定性監測時不得不考慮的課題.

委內瑞拉土石流又一景

大於一米的巨石擋在二樓的地方. 可見土石流的輸運力是何等的驚人, 洪水則無此能力.

看一看外國的土石流長得怎麼樣

這是發生於委內瑞拉的致命土石流, 在高峰時, 其深度曾達三層樓高; 圖中的樓房有一角被土石流沖毀, 所以所有樓層因失去支撐而垂掛下來; 在水退後,一樓即被遺留下來的土石所填埋.

這個都市就是奠基在一個土石流的堆積扇上, 屬於不良的基地; 因此, 位於谷口或河口的住宅為不良的風水, 切記! 切記. (圖片資料為USGS提供).

九分真裂得厲害啊!

九分可真裂得厲害啊! 沒去過的朋友可以找個時間去遊覽遊覽, 說不定哪一天再也見不到了.

小林村土石流的發源地

小林村土石流具有一般土石流常有的匯水窪地,但是它卻非常見的湯匙型,而是少見的V槽型(圖中的 A ). V 槽的兩側分別由岩層B1的順向坡及岩層B2下伏的逆向坡所構成. 在匯水窪地內可見掌狀的侵蝕溝,它們是提供土石的主要來源.

但是侵蝕溝的規模不大,溝深也很淺,所以不太可能提供足夠的土石方量給高階堆積扇. 合理的推測是高階堆積扇的土石可能來自匯水窪地更上方及更上部的岩層,即B2及B1的上臥岩層;每發生一次土石流,就一層一層的往下剝蝕,因此揭露了更下部的堅硬砂岩.

在這一次小林村土石流發生前即剝蝕到B1及B2的位置. 而這一次小林村土石流的發生不過就是舊事重演而已,新土石流再度的向下剝蝕,形成最新的V槽地形.

由於目前的證據仍然不足,以上的推論有待進一步的查證.

小林村土石流的發生, 流向, 及停積的來龍去脈終於揭曉

我們回到下圖，特別注意滑塊 1 乃是順向坡滑動的產物，它將野溪的河道堵塞，結果迫使野溪的下游向左偏轉（即凹向北方）。原來在滑動之前，這條野溪的上游就是 DF006 的上游；也就是說野溪的上游與 DF006 本來就是同一條溪溝的，也就是連成一氣的。

因此，我們可以還原它們以前是同一條溪溝時的狀況，如上圖所示。圖中的 A 點就是它們由合而分的位置。這樣的解釋已經明白的回答了高階堆積扇(D) 的土石，其來有自，也就是古堆積扇 D 的土石係來自 J 及 CA，即 J 為發源地，CA 為流通段，而 D 為堆積區。

這一次小林村土石流的發生，顯然是歷史的重演，它是依照 J、C、A、D、E 的順序一路下來，掩埋了小林村，最後才停積在楠梓仙溪的河床上，然後被洪水將部份堆積物加以沖平。

可見，天然災害的發生有走回原路的趨勢，所以從遙測影像上辨認古災害，是防災工作上非常重要的一種方法。

小林村土石流的下游為什麼會尋著DF006的路徑前進?

(資料來源:水土保持局)


小林村土石流的堆積區，幾乎完全存留在DF006上及其兩側，將DF006掩蓋於下，也就是覆蓋在高階堆積扇上(見上圖中的三角形地帶)。這兩個堆積扇之所以重合在一起，應有其成因上的意義。

小林村土石流從獻肚山奔流到小林村的詭異路徑

上圖是齊柏林先生從空中拍攝的小林村土石流，其右上角的白色線形為角埔溪的一小段；中間偏右的Y型山溝即為DF007，Y所夾的岩塊則為滑塊3(參閱上一篇文章)，仍然完整的保留著。DF007的左側綠色部份則為未受土石流掩埋的滑塊2，隱約可見到其順向坡滑動的部份。DF006則全部被埋在土石流底下(DF006及DF007為水保局發佈的土石流編號, 請參閱大地生機的網誌)。

小林村土石流並未如預測的從AC線啟動, 其原因何在, 值得深入研究; 假定土石流從AC線啟動, 則小林村將可逃過這一次的劫數, 因為有岩塊2這條天然導流堤保護著的關係。