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創作區名稱: 內湖工程地質野外踏青

摘要:
主編:
林銘郎
編輯群:
吳杰祐  
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目錄:
 ◆ 碧山寺
 ◆ 碧山路順向坡
 ◆ 碧山路木山層露頭
 ◆ 大溝溪治洪沉砂池

◆ 碧山寺
 

台北地形部份

小豆子:剛剛繞了一段山路上來了碧山巖,這裡好高喔,還可以看到台北101、新光三越跟美麗華耶,好棒喔。看是好奇怪喔,為什麼靠近我們這邊都是山,中間那邊都是平地,現在蓋了好多大樓,再遠一點才又有山咧,阿豪哥,為什麼會這樣,這算是哪一種地形呀?

阿豪哥:這個就是盆地地形呀!因為位在大台北地區,所以大家稱它叫台北盆地(如圖一)。其實台北盆地四周都由高地圍繞起來,你往101大樓方向看過去,那邊的高地是四獸山和南港山唷,而新光三越的位置則在台北盆地的中央,因為盆地中間的地勢都是平的,所以蓋了很多的高樓大廈呢。


 
圖一、碧山巖遠眺台北盆地

 

大榔頭:嗯,阿豪說的很好,我來補充一下,台北盆地北邊是大屯火山區,西側是林口台地,東南側是丘陵和山地,盆地形狀略成一三角形(如圖二),而台北盆地西北側有金山斷層(新莊斷層)、山腳斷層及崁斷層經過,東南側有台北斷層(如圖三),這些斷層在地質構造上就是形成台北盆地地形重要的因素唷。

 

阿豪哥:哦?那麼這些斷層與台北盆地的形成有什麼關聯呀?

大榔頭:關係可大呢!這就要從台北盆地形成的歷史說起。約在200萬年前,台灣受菲律濱海板塊和歐亞大陸板塊碰撞產生造山運動,發生擠壓和張裂作用,因而在台北盆地出現這些斷層,當時整個台北盆地是丘陵地形,而古新店溪流經盆地內,經泰山一帶出海。大約距今100萬年前開始,盆地旁的林口台地還是海濱地形,由古新店溪所帶來的礫石、砂等濱海沉積物堆積在現在的林口地區。到距今六萬年前左右,山腳斷層發生錯動,台北盆地陷落,林口台地相對上升並露出水面,古新店溪出海口受阻,淹沒了現今泰山、新莊一帶,持續抬升的林口台地形成今日與台北盆地200公尺的斷崖落差。之後台北盆地經過盆地內河川的襲奪及沉積作用後,河床堆積物增多,台北盆地逐漸受沉積物覆蓋,盆地內大部分地區便愈趨平坦。約在距今約一萬年前,海水面相對陸地上昇,使得台北盆地被海水淹沒變成鹹水湖,與海相連,這些可由盆地地層中所發現的貝類、有孔蟲及花粉化石得到證實。之後因陸地的上升和下降,盆地陸續有海水進出的循環現象。大約在三百年前,歷史記載盆地內曾發生大地震,部分地區陷落,海水再度由關上升,湖水自現今關渡地區排出,即形成今日台北盆地地形。

 

圖二、台北盆地及其附近地區衛星影像圖(Google,2004)

 

圖三、台北盆地地質分布簡圖

 

小豆子:喔喔,原來台北這邊是盆地地形呀,可是盆地地形不是應該要很像一個臉盆的樣子嗎?可是我覺得在邊邊的山都是一條一條的,沒有真的很像臉盆啊,為什麼山的樣子會長這樣呢?

阿豪哥:因為地表岩石抗風化程度不同所產生的結果唷,這是由於岩層的性質差異造成侵蝕作用展現出來不同結果的現象,又可稱為「差異侵蝕」。岩層性質的差異主要由岩層的性質不同所造成,如砂岩、頁岩二組軟硬不同岩層以互層的方式同時出現時,就會發生差異侵蝕的現象。你從碧山巖往南眺望,會發現一條一條東北西南向的山形,這就是原本砂頁岩互層的地質,經長時間風化後,所留下較抗風化的砂岩而形成的景觀喔。

大榔頭:阿豪哥說的對,有關台北盆地的地質,我補充說明一下。你們所看到一條一條的砂岩,應該是石底層及南港層(圖四)中的砂岩層經風化後所留下的,而此兩種地層是由砂頁岩互層組成,其中的砂岩層組成礦物主要是石英及長石,所以不但較頁岩抗風化,且硬度亦較頁岩高。台北盆地下的地層大致可分為基盤岩層與沖積土層兩大類,剛剛提到的石底層及南港層則歸於基盤岩層類;一般來說基盤岩層(表一)由下而上又可分為五指山層、木山層、大寮層、石底層、南港層、南莊層、桂竹林層七層,而沈積土層由下而上可分為新莊層、景美層、松山層及現代沖積層四層。

表一、台北盆地基盤岩層分布表

年 代
(
距今/萬年前)

地層名稱

沉積特徵

沉積相

900300

桂竹林層

海相化石

海相

1,350900

南莊層

含煤層

濱海相

1,8501,350

南港層

海相化石

海相

2,0001,850

石底層

含煤層

濱海相

2,2002,000

大寮層

海相化石

海相

2,4002,200

木山層

含煤層

濱海相

3,5002,400

五指山層

海相化石

海相

 


圖四、碧山巖及其附近地質圖

小豆子:剛剛有提到山的地方主要是砂岩的分佈,所以比較不會被侵蝕不見,但是為什麼有一些山一邊比較平緩,另一邊比較陡呢,這是砂岩被侵蝕的特徵嗎?

阿豪哥:是呀,其實砂岩的岩層原來都是水平堆積的,但是地殼變動時,水平的岩層受到擠壓,進而褶皺扭曲而傾斜,而台灣島處在地殼變動非常劇烈的環境,因此岩層幾乎都是傾斜的,極少發現水平的岩層。你看到的一邊平緩、一邊較陡的山又稱為單面山,就是傾斜的砂岩層,受到差異侵蝕而形成的唷。

大榔頭:嗯,單面山的成因阿豪己說的蠻清楚的了,另外在工程因素方面考量,因單面山的地層是傾斜的,所以會有一個坡向是和地層的傾向相同,稱為順向坡,而相對的方向則稱為逆向坡。順向坡因重力與層面弱面的影響,比逆向坡較易發生邊坡不穩的災害,故在工程上應儘量避免。

(單面山成因、順向逆向坡容易發生的災害)

 

小豆子:盆地下雨天的話,水會不會都集中在盆地中間啊,這樣不就淹水了嗎?

阿豪哥:你說的沒錯,有一些地方是容易淹水的。台北盆地大部分地區都在海拔高度約在20公尺以下,地勢低窪且平坦,而四周山區雨水匯集,形成基隆河、景美溪、新店溪及大漢溪,流進盆地中聚流為淡水河,再由關渡出盆地。以盆地內之地勢而言,東高而西低,所以都市發達人口集中區大多位於淡水河以東,而在淡水河以西及河口附近,則因地勢較低窪,常容易受到豪雨和海水倒灌而淹水,像三重、蘆洲、新莊地區,以及台北社子島與關渡平原附近,都比較容易淹水喔。

(台北易淹水的地方和解決辦法)

 

小豆子:從這邊往鯉魚山看過去,也像是一個小盆地耶,所以水也容易往那邊集中嗎?

阿豪哥:那邊是基隆河的行水區唷,局部的地表水是會往這裏集中的,基隆河以前在這是蜿蜒狀向西匯入淡水河的,在截彎取直工程完工後,原本於堤內的新生地共有二七七公頃,在開發後除可提供二萬餘人之居住環境外,大直、內湖、松山、南港等生活圈得以連成一體。相對原台北盆地其他地方,這裏是較低窪的,但只要排水系統設計良好,各抽水站能正常運作,淹水的問題應可解決。

 

(河道截彎取直與土地利用以及新建社區問題)

 


 

順向坡部份

小豆子:在山頭上那兩塊光禿禿的地方,為什麼會跟其他地方長得不一樣阿,

        是原本就長這樣嘛?

阿豪哥:那兩塊光禿禿的地方,我們可以很明顯的觀察到,它是因為上面原本披        覆的植生樹木消失了,所以才使得下面的土壤裸露出來,就是你所看到光禿禿的地方摟,至於為什麼會產生這種情形呢,這是因為順向坡的滑動,使得上覆土層下滑,讓上面的植生跟著滑動而消失。

小豆子:原來是這樣喔,那順向坡是什麼意思呢,為什麼會產生順向坡這種構造啊?

阿豪哥:簡單來說,在單斜構造裡,一邊會容易發展出順向坡,而另一邊我們就稱為是倒插坡,如圖五所示;而順向坡(dip slope)是指地層(或滑動的弱面)的傾斜方向與坡面傾斜方向一致者,如圖六所示,為順向坡的剖面示意圖。


圖五單斜構造中常見之順向坡滑動及倒插坡
錐堆積(洪如江,1994


圖六  順向坡剖面示意圖(洪如江,1994

小豆子:那為什麼我們看到這個順向坡會產生滑動阿?是每一個順向坡都會滑動嗎?

阿豪哥:順向坡會產生破壞有很多種可能,不過順向坡最怕的就是因為坡趾被砍斷而導致潛在滑動面下端出露(daylight),有部分學者稱潛在滑動面的下端為自由端;當順向坡的潛在滑動面下端產生daylight之後,它本身就會有因土體本身重力作用而下滑的可能,若再加上雨水及其他地表水滲流滲入順向坡內本身所存在的張裂縫或節理弱面,如圖七所示產生的水壓力及上頂力,就更容易會沿著原本下端已經產生daylight的潛在滑動面往下滑落。


圖七順向坡中的地下水壓(洪如江,1994

小豆子:那滑動的角度會對滑動的機制有影響嘛?應該是坡度越陡,滑動的可能性越大吧?

阿豪哥:你說的沒錯,基本上就是這樣,當順向坡潛在滑動面的傾角(dip angle)越大時滑動的可能性越大,但當超過一定角度時,其運動的形式可能就不是滑動,而是產生崩落的情形;根據Hoek & Bray1974)的理論分析,當順向坡潛在滑動面的傾角介於 之間,最易滑動;而眾多研究者的現場實際觀察,也證實這種結論。但汐止坍方(洪如江,民國70年),其傾角不過二十多度,但照樣發生了順向坡滑動,是因為有另外一個因素,即是豪雨使砂岩垂直節理積水並使滑動面上頂水壓升高,因此除了潛在滑動面的傾角之外,地下水位也是必須考慮的其中一環喔。

小豆子:剛剛有提到順向坡的定義是地層的傾斜方向與坡面傾斜方向一致者,那我們要如何得知呢?

阿豪哥:首先我們可以藉由地形圖來定位我們所在的點以及順向坡的位置,並經由跟地質圖的比對,推測出順向坡所在的地層走向,而要確認順向坡面的位態,可以藉由傾斜儀直接到順向坡面找個明顯的露頭,就能測量出現地的位態,而當我們現在位在遠方時,可以透過目測加上配合傾斜儀推測出大概的層面走向。

小豆子:那我們要怎麼知道他破壞的範圍有多大阿?因為隔這麼遠,我感覺到滑掉的範圍好像沒有很大?

阿豪哥:因為距離的遠近關係,我們所觀察到的大小以及位置,可能都不夠客觀,因此我們可以透過現地所存在的事物,來當作比例尺,用來判斷我們所要觀察的尺寸,例如我們可以看到在不處於裸露坡面上,四周還是樹木生長著,而就我們依常理判斷,可以知道樹木的高度大約是五到十公尺高,因此我們可以藉由滑動範圍的邊界與樹木高度的相對比例來大概推估一下,推測出大概是長兩百公尺以及寬五十公尺,這樣我們就可以的初步判斷出一個災害範圍。而當我們手邊有地形圖或遙測判釋資料時,我們就可以在上面圈劃出災害範圍,利用比例尺縮放決定更精準的災害範圍,如下圖。

 

a


b


c


d

abcd 利用Google Earth套疊高程資料,可以直接計算出東邊爪型順向坡裸露岩層長約為250公尺、寬約40公處;西邊長方形裸露岩層長約為200公尺、寬約40公尺

 

 
編輯: 林銘郎  版次: 9  最後更新時間: 2008/3/6 下午 03:11:35 

◆ 碧山路順向坡

 

碧山岩順向坡崩塌地事件       郭國振、紀伯全

1. 緣起(災害發生經過)

小豆子:內湖碧山路崩塌地是什麼時候發生的?為什麼會發生呢?

阿豪哥:民國九十年納莉颱風侵襲台灣,夾帶沛雨量造成許多嚴重災害,而內湖碧山路就是其中之一。當時發生的順向坡滑動,衝向下方民房,造成四個人慘遭活埋,災害照片如圖1及圖2

 

1 順向坡滑動災害現況  (洪如江攝)

             

2 順向坡滑動災害現況遠眺(洪如江攝)

  

小豆子:什麼是順向坡滑動?為什麼順向坡會發生滑動?

阿豪哥:順向坡滑動就是滑動體沿著平面或近乎平面之滑動面向下滑動之現象(如圖3及圖4)。在傾斜岩層地區,此種崩塌多發生在塊狀砂岩或砂頁岩互層的順向坡面上,多分布於台北盆地東及東南方之沉積岩區。順向坡滑動發生通常是因為坡角挖除使底部失去支撐力,若再加雨水滲入順向坡內的裂面產生水壓及上頂力,就更容易沿潛在滑動面產生滑動。

 

3 順向坡示意圖

 

4 順向坡滑動示意圖(資料來源:台大地質材料力學實驗室)


2. 環境地質、構造、岩性

小豆子:崩塌區的地層及其特色為何?

大榔頭:根據內湖五千分之一地質圖(5),本區依地質年代排列共有五指山層、木山層、大寮層、南港層及石底層,而於碧山嚴西南方(即本順向坡崩塌地附近),主要地層則為五指山層、木山層。五指山層僅出露於本區西北角,主要為厚層塊狀砂岩與砂頁岩互層,其上與木山層呈整合接觸;而木山層同樣為塊狀砂岩及砂頁岩互層,有煤層貫穿。依據潘國樑(1981)針對五指山層及木山層取樣進行現地試驗,此二岩層屬本區最易受侵蝕之處。
 

5 內湖五千分之一地質圖

小豆子:本區地質構造為何?


大榔頭:依據內湖地質圖,本區西北部大多屬坡地,面積約佔一半以上,而其中多數為順向坡,由李錫堤等人(2004)判識結果可明顯予以佐證(如圖6);此外,由能資所(2002)調查,於碧山嚴南側邊坡,涵蓋本順向坡滑動區為一大型圓弧滑動區(如圖7),潘國樑(1981)也明確指出,碧山寺到太陽廟間為一舊有崩塌地,岩層出現因滑動伴隨產生的撓曲,受剪力及壓力下已呈現破碎狀態,而碧山寺到金龍寺之間則由崩積區,地勢較平。

6 內湖順向坡歷史遙測判識(李錫堤等人,2004)

 

 

 

7 碧山嚴南側大型弧形滑動環境地質圖(能資所,2002)

小豆子:順向坡滑動區域的岩性為何?

大榔頭:上面提到崩塌區附近為五指山層及木山層,然由崩滑區位置及現地研判,順向坡滑動塊體應為木山層岩體。木山層主要為塊狀砂岩及砂頁岩互層,期中以白色的正石英砂岩或原石英砂岩主,砂岩內具有交錯偽層,然其顆粒明顯較五指山層之砂岩內顆粒為細,且也不那麼緻密。黑灰色頁岩或炭質頁岩和砂岩與頁岩所成的薄葉互層是木山層中常見的其他岩層。此外,木山層是在陸臺沉積環境下造成的含煤地層,含有極少量的海相化石。

此外,上述提到順向坡滑動伴隨產生撓曲,加上受壓呈現破裂狀態,加上木山層易受侵蝕風化,由圖8中明顯可見此情形。

 

8順向坡滑動伴隨產生撓曲呈現破裂狀態 (洪如江攝)


3.地滑機制:順向坡滑動、滑動面位置、深度

小豆子:滑動區是否事先已有跡象?

阿豪哥:依據2000年航照圖,如圖9所示,由林相已有輕微張力裂縫產生。若當時有進一步進行地表地質調查,預先對坡址下方居民進行必要之驅離或安置,應可避免不必要之傷亡。圖92002年航照圖,順向坡滑動後之崩塌範圍,顯示兩者是一致的。

可能滑動範圍

 

9  2000年航照圖顯示滑動跡象

  

10  2002年航照圖顯示滑動範圍


小豆子:滑動體之滑動深度如何得知?

阿豪哥:滑動深度要知道,最直接之方法為地質鑽探並埋設傾度管,由鑽探所得地層性質隨深度之變化與差異性,再配合區域地質資料與傾度管側向位移之邊化深度等訊息,可綜合研判深度。為此項調查經費不貲,可由地表地質調查跡象加以研判。目前由圖11之照片與現地地質資料,研判應為淺層滑動,估計滑動深度在5~10公尺以內。

 

 

 

 


11  推估可能滑動深度

 


4、緊急減災與防治工法

小豆子:邊坡破壞後緊急減災之方法為何?工址目前使用加勁土堤是否有效。

阿豪哥:(緊急減災)

一般針對岩裂或挾石邊坡的整治對策,大都以型框護坡植生的工法處理。但是市政府建設局委託專業水保技師評估的結果,鑑於坍滑的範圍高且廣,永久性的整治工程耗時曠日,且邊坡上方的挾石相當不穩定,萬一在整治完工之前又遇豪大雨,則後果不堪設想。水保技師建議,在邊坡趾部建一攔石土堤,萬一再有坍滑,至少可以應急,減低土石災害及保護下方金龍寺及其鄰近居民的安全。

攔石土堤的配置如圖12所示,土堤高度6m,底寬9m,頂寬3m,長度約80m,呈弧形座落於邊坡坍滑處前方。採用地工格網加勁陡坡土堤的原因,主要係考量工址現場基地範圍的限制,若採用傳統土堤,則堤底寬度至少要27m,實務上不可行;況且以緩坡土堤攔石,落石有翻越土堤之虞。另外採用加勁土堤的原因,還有施工快速,完工美觀。加勁土堤完工後如圖13所示。

 

 

 

12 加勁攔石土堤配置示意圖

  

13 加勁攔石土堤完工情況

大榔頭:(邊坡破壞類型與潛在危險因素關係)

納莉颱風造成北臺灣災情慘重,台北市除到處淹水外,更有多處的土石災害。其中尤以內湖區碧山路22號上方邊坡的坍落及溪溝沖蝕最為嚴重,不僅造成土石災害,更奪走四條人命。依據現場災後調查的結果,邊坡坍落的部分只為整個邊坡高度的下方約1/3,上方約2/3的部分則屬於植被流失及裂岩裸露。

邊坡災害防治工法之選擇乃針對潛在危險因素(1)提出改善與對策方案,原則上,環境本質之潛在危險因素(地下水除外)須採用補強的方式進行改善,增加其內部本質的強度;而外在誘發之潛在危險因素(地震除外)則須採用排除的方式進行改善,減少其外在危險的條件。

1 邊坡破壞類型與潛在危險因素關係

 

潛在危險因素邊坡破壞類型

 

環境本質因素

 

外在誘發因素

 

地形

地質材料

地質構造

地表植被

地下水

降雨

地震

人為因素

淺層土壤滑動破壞

土石流

表層土壤沖蝕

近圓弧形滑動破壞

地層潛變位移

順向坡滑動破壞

落石

註:◎表影響程度高;○表影響程度中;-表影響程度低

4.2、防治工法

小豆子:長期而言,為了保護下方居民與道路安全,是不是有更佳的護坡工法?

大榔頭:(防治工法)

本案例研判破壞模式為順向坡滑動破壞,邊坡穩定處理方法一般須考慮以下:集水區範圍之坡面排水及坡面抗滑之工程二項。

順向坡滑動破壞 :一般多發生於岩層內。坡地坡面傾斜方向與地層層面或不連續面傾斜方向相同者,稱為「順向坡」。當「順向坡」地層層面沿著此地層之一個或數個層面,或不連續面產生滑動破壞者,則稱為「平面型滑動」也就是一般說的「順向坡滑動」。

造成順向坡滑動破壞之潛在因素主要包括地質材料、地質構造、地下水、降雨、地震及人為因素,其中,降雨、地質材料、地質構造與人為因素之影響程度最大,其次為地下水及地震。穩定處理工法之選擇以排水方法與工程方法雙管齊下,以達邊坡穩定之效。

1坡面排水(14)

(1)    坡頂設置截洩溝,避免上邊坡逕流衝擊入滲。

(2)    坡面設置橫向及縱向排水溝,排除坡面地表逕流。

(3)    坡面設置橫向排水管,排除地下水及坡面入滲水。

2、坡面工程

(1)    坡面利用抗滑排樁、地錨等工法(15),增加邊坡抗滑力。抗滑排樁與地錨工法可單獨應用,亦可相互搭配應用。地錨工法單獨使用時可結合坡面混凝土格樑。

(2)    坡趾設置擋土牆或擋土排樁,增加邊坡抗滑力。擋土牆或擋土排樁通常搭配地錨工法使用。擋土牆須設置排水濾層及洩水孔,以利地下水的排除。

(3)    坡趾如有建築物,應設置緩衝退縮距離,保護建物不直接受到邊坡破壞之衝擊。

(4)    利用削坡方式減緩邊坡坡度,避免順向坡見光的出現。

(5)    坡趾設置緩衝退縮距離(16),保護建物成構造物不直接受到衝擊。
 

  

14 地滑坡面地下水與護坡工程整治規劃示意圖(陳賀勳,2006)
                      

15以預力地錨穩定破裂岩體之護坡工法

>H / 2

 

16  建物與坡址之退縮距離(潘國樑,2007)

 
 
 
 
 
 

內湖碧山路順向坡野外心得雜記

R95521102 溫廷睿

R96521118 陳彥澄

 
 
 

小豆子:「天啊!這什麼碗糕啊!怎麼一片樹林都不見了。」

阿豪哥:「傻豆子,沒知識也要常看電視啊!這邊是民國90年的納莉颱風造成的順向坡滑動,可是造成很大的災害呢!」

小豆子:「順向剝?那逆著剝不行嗎?」

阿豪哥:「是順向坡,他是指是岩體沿著平面或近乎平面之滑動面,就像是這個順向坡面,向下滑動的現象,你看就如我畫的這樣

 

                 

大榔頭:「是的,順向坡其實就是坡體內不連續面的走向與邊坡走向平行或接近平行,且傾向一致的邊坡。在傾斜岩層地區,這種崩塌多發生在塊狀砂岩或砂頁岩互層的順向坡面上。

阿豪哥:「這邊附近剛好是木山層,木山層的特性就是砂頁岩互層,再加上納莉颱風那種驚人雨量,變造成了這次大規模的順向坡滑動。

大榔頭:「此外,當坡體內不連續面的傾角小於坡角時,邊坡的穩定性最差,極易發生順向坡滑動。通常順向坡的開挖最容易促成此類的邊坡滑動。

小豆子:「所以說只要不連續面的傾角大於坡角,邊坡就會比較穩定囉?」

大榔頭:「以這個案例來說,你這麼講是對的,不過邊坡的移動方式除了滑動之外,又可分為墬落、傾翻、側滑、流動共5種,而滑動又可分為弧形滑動與平面形滑動兩種;以內湖順向坡的滑動就如同阿豪先前所講的屬於平面形滑動的一種,其滑動的機制主要受控於岩土層的不連續面

阿豪哥:「小豆子你是剛睡醒嗎,傻傻分不清楚

 
 
 
 
 
 

小豆子:「喔!沒有啦。我昨天吃太多橘子,皮剝太多了,一時迷糊搞笑了我。那我有個問題,這邊的面積有多大啊?除了看工程報告以外,可以在現地判別嗎?」

阿豪哥:「可以用樹高來判別。這種樹的高度約1.5公尺,就可以稍微的辨別出這邊地形的範圍,所以我看看喔左邊的長約是130140公尺寬的話約2030公尺,所以大概是3500平方公尺左右。」

大榔頭:「阿豪說得沒錯,可以用附近的地形地物來判別。但是像小豆子這種不常出野外觀察的人來說,可能對這些東西比較沒有概念。」

小豆子:「對啊!對啊!那怎辦啊?」

大榔頭:「別急別急,要是身邊有這種地形圖的話,就可以拿來利用。像說一個方格是100公尺,而等高線的間隔是2公尺……
          
 

小豆子:「原來這麼簡單啊!那我也會身為一個工程師,隨身帶圖是必要的,你看!鏘鏘!我看一下喔…….哇!阿豪哥真的很厲害,這邊的等高線約有60條左右,寬大概是方格的五分之一,真的是在3500平方公尺左右。」

阿豪哥:「開玩笑,你當我是誰啊!對了,榔頭大哥,我想問一下喔!下面這個加勁擋土牆是不是不夠用啊?」

小豆子:「喔喔!加勁擋土牆我知道喔!就是在擋土牆中加進一些加勁材料,讓擋土牆具備柔軟性,因此有優異的抗震吸能能力,取代了以前的重力式擋土牆是近年來的主流喔!」

阿豪哥:「嗯,是說得沒錯啦!但是仍需要補充,所謂加勁擋土牆係利用加勁材料如鋼片、鋼筋網、地工織物、地工格網等地工合成材,埋置於土壤內,形成加勁之擋土結構物以抵抗土壓力之作用。且由於加勁擋土牆較傳統鋼筋混凝土經濟,再加上其應用性廣、功能性佳及施工卓越等多項優點,故被廣泛使用。而加勁材的主要機制就是藉由與土壤間之摩擦力及互鎖力,已提升整體土壤強度之材料。」
 
 
 
 
 

小豆子:「那加勁擋土牆的施工與傳統重力式擋土牆有什麼分別阿?」

大榔頭:「我想首先說明一下加勁擋土牆的施工步驟,可用下圖來解釋
 
 

阿豪哥:「不過,榔頭大哥你對這擋土牆的看法怎樣?我看他這種設置不像是一般的擋土牆耶。」

大榔頭:「的確。以這順向坡的規模來講,這樣的擋土牆是不太夠,有種螂臂擋車的感覺。我的看法是,與其說他是在擋這順向坡,不如說他是檔上面那些巨石。要不然就是這檔土牆坐落的地方剛好是順向坡的坡趾,想用擋土牆的重力來增加他的正向力,增加邊坡的摩擦力。但是,不知道為什麼我覺得這地方也不太像是坡趾,坡趾應該在更下面的地方才對,這樣的話這個反而是增加邊坡的重量,讓下滑力增加。所以與其說他是擋土牆,還不如說他只是個加勁攔石土堤。」
 
 
 
 

小豆子:「等等等等等,榔頭大哥,你剛剛說『這個檔土牆檔不住順向坡』,這是為什麼啊?不是說做好擋土牆就萬無一失了嗎?難道說它還會滑動啊?」

阿豪哥:「那是當然的啊!順向坡的整治向來都是很困難的。以平均來說1平方公尺的整治費用可能要1萬元,而這邊面積是多少,你剛剛也算過了,這樣加總起來可能要34億元。」

小豆子:「那怎辦,下面還有住戶,不管他們死活嗎?」

阿豪哥:「拜託,身為土木工程師怎麼會有這種想法呢?我們當然會注意到這點來設計這邊的方災工作啊!」

大榔頭:「的確,我們會評估這邊的災情和底下的保全對象,來設計這邊的防災工作,要是有必要,像是一些重要設施在這附近的話,我們可能就會花大錢來整治這邊坡。但要是沒這麼必要,我們會以最經濟的方法達到最高的效率。下次要是還有風雨來,這邊的擋土牆可能沒有辦法完全的檔住這個邊坡,但是會提供足夠的時間讓下面的住戶逃離。再說也不是每次風雨都是像納莉颱風一樣強大,所以防治工作也就不需要做到像銅牆鐵壁般強大。」
 
 
 

小豆子:「那通常會做哪些基本的防治措施呢?」

阿豪哥:「像是你看到的擋土牆就是一種方法,還有啊!導水是很重要的,土石流、邊坡滑動,水都是很重要的因素。所以要把流道邊坡底下的水從兩旁導出。」

大榔頭:「是的,流向邊坡的地表逕流,會沖刷土層、使岩土體過分濕潤、軟化結構面、降低強度,終將促使邊坡破壞。為此,首先要考慮攔截或引排地表水。此法對淺層滑動的防治最有效。」

阿豪哥:「嗯,在我看來好像是沒有做什麼導水的工程。不過下面倒是有一條很深的排水溝。」

小豆子:「就是剛剛害我摔個狗吃屎的那條臭溝嗎?不過那條溝感覺不像是要把水從邊坡導出來啊!」

大榔頭:「的確,這比較像是怕水流到下面的堆積區,怕推積區產生另一個土石流作的溝。畢竟堆積區都是比較軟弱的土壤。所以做了這個溝。再順向坡的防治上還可以打上地錨增加他的正向力,增加摩擦力,也是一種方法。」

大榔頭:「不過一般來說,我們會在邊坡可能破壞區5公尺範圍之外,修築截水溝、槽及排水暗溝。在邊坡可能破壞區內,則可修築可變形式排水溝,及時將地表水及泉水引走,減少其停滯下滲的機會。」
 
 

阿豪哥:「榔頭哥,我們爬上去看看。」

小豆子:「哇!這邊風景不錯喔!」

阿豪哥:「拜託!又不是叫你上來看風景的,是上來觀察邊坡的。」

小豆子:「是喔!我還以為阿豪哥要跟我說哪邊有好的夜景看。那邊坡要看什麼東西啊?」

阿豪哥:「你看這邊,這明顯的裂縫。這就很值得我們去觀察啊!想想說這是怎麼發生的。有可能是上層這滑動面擠壓下面的滑動面,導致下層的突起。或是說這原來是一整塊,結果上層這邊的上面部分產生滑動,導致產生這個裂縫。這些東西都是讓我們更能了解一些滑動機制的原因。」
 
 
 
 

大榔頭:「這邊比較小的裂縫,也是這邊有滑動的證據喔!」

小豆子:「有這麼多可以觀的地方啊!看來我的功夫還不到家,還好有你們可以教我,不然我真的什麼都搞不懂。」

大榔頭:「其實以我們工程師來說,其實還要更往上爬,看看有沒有張裂裂縫,或是邊坡的左右,或是看沒有顯露的滑動面。這都對我們做防治工作有很大的作用。」

小豆子:「要當一名工程師真的好辛苦阿,剛剛爬上來我都快要累死了。」

阿豪哥:「那當然啦,身為一名專業的工程師可是肩負了多大的責任,凡事都要用嚴謹的態度去面對,用專業的知識去判斷,可沒這麼輕鬆勒!」

大榔頭:「小豆子你多加把勁,以後我們出野外你也一起跟著來吧。」

小豆子:「好阿好阿,今天真的收穫好多喔,真是感謝你們,以後的野外活動我都要參與,將來我也要像榔頭哥一樣成為一名專業的工程師!」

 
 
編輯: 吳杰祐  版次: 40  最後更新時間: 2008/3/6 下午 01:03:22 

◆ 碧山路木山層露頭

 

今日小豆子,阿豪哥,大榔頭展開了他們的野外地質之旅,首先他們來到了

內湖碧山路20號發生順生坡滑動的坡腳。

 

小豆子:ㄟ  阿豪哥.. 你要帶我去哪啦? 這裡路那麼難走,都是雜草,能看什麼啦? >”<

阿豪哥:好啦好啦!!快到了啦  你看……………………..

小豆子:哇!!  這邊坡裸露的好明顯喔!
 

圖一、內湖順向坡裸崖

 

阿豪哥:當然啊! 2001年的納莉颱風,這裡因為發生順向坡滑動,還有人不幸傷亡 >”<

小豆子:天啊!順向坡??? 又來一個陌生的名詞,順向坡是指地層的傾斜方向與坡面傾斜方向一致嗎?
 
 
圖二、順向坡
 

阿豪哥:沒錯,這是促成山崩的危險因子。

大榔頭:造成山崩的因素很多,有地質構造、岩性、地下水位高低、地震力、豪雨等。

小豆子:那一種因素是山崩的主因呢?

大榔頭:山崩是各種可能因素疊加的結果,主因依現地情況而有所不同。通常在順向坡構造,岩性破碎、軟弱,地下水位高的地區較容易發生山崩。

小豆子:此處的順向坡滑動是因為納莉颱風的豪雨所致囉!

阿豪哥:當然那是誘發的主因,我們觀察一下裸露的岩坡,看看岩性和弱面情況吧!

小豆子:在內湖的環境地質圖中顯示此處位於五指山層,岩性的描述為-砂岩及頁岩互層,夾粗粒或礫石質砂岩。
 
 
 

大榔頭:你們所見的岩性符合此描述嗎?弱面的狀況如何呢?

阿豪哥:我有看見一些礫石質砂岩,大部分為砂岩層,而且節理發達有兩組明顯的節理組。請榔頭博士說明一下此滑動災害的原因吧!

大榔頭:豪雨使得土體及岩體中孔隙水壓上升,有效應力下降,導致剪力強度降低,造成表層土壤、樹木、及岩塊下滑。
 
 
圖三、孔隙水壓上升
 

小豆子:依目前我們對山崩的認識和了解,可以知道它何時、何地會發生嗎?還有發生的規模大小可以估計嗎?

阿豪哥:我只知道在地震及豪雨期間發生山崩的機率特別高。

大榔頭:地震、豪雨屬外在因素,是誘發因子。不利的地質構造、弱面、軟弱岩性屬於內在因素。透過地質調查可了解內在因素,但外在因素是無法掌握的。我們只能劃出可能的危險區域,但還不能準確預測山崩的發生。

阿豪哥:為何山崩難以準確預測呢?

大榔頭:回想你們學過的材料力學、土壤力學為簡化問題常假設材料體是均質的、線性的,但自然的環境常常是非均質 、非線性的狀態。所以無法精確的作定量分析。而且若基地廣闊,地質調查的精度與準度也是會受到限制的。

小豆子:那學過的東西不就白費功夫了。

大榔頭:雖然無法真實描述實際情況,但可以得知比較值啊!只少可判斷哪裡是較危險區域,開發時須特別小心,所以學的東西還是有它的價值。
 
 

 

碧山路-木山層地質

小豆子:我們現在要去看哪裡呢?

阿豪哥:我們要沿著碧山路往下走,這條碧山路上有許多露頭,是練習觀察地質現象的好地方,我們沿路往下慢慢看吧!

小豆子:從地質圖上判斷,碧山路的位置是好像位於木山層上,請問什麼是地層劃分的依據及命名的由來呢?

大榔頭:在工程地質的領域,我們通常使用岩層地層的分類法,一個『層』包括一組在岩性上具有均一性或規律性的岩層,可以是一組由單一岩性或兩種以上的岩性所組成。就沉積意義而言,『層』代表一組在均一的古地理環境下產生一段連續的沉積,或數段迴旋沉積的岩層。

小豆子:那木山層的岩性特徵是什麼?

阿豪哥:此層主要由白色、細、中粒的長石質石英砂岩,灰色頁岩、薄層砂岩和砂頁岩互層所構成,另外木山層還夾有煤層。

小豆子:為什麼木山層會夾有煤層呢?

大榔頭:這就要從當時沉積環境說起了,在河口及濱海地帶堆積的地層。因為高出海面常有大量植物生長。這些植物一旦被泥砂掩埋,經過長久的變質作用,就形成了煤炭。由於本層含有煤層及代表淺水沉積構造之交錯層、波痕等現象,故可推測木山層之沉積環境屬於濱海或淺海相。
 

圖四、煤層

  阿豪哥:我們往下走一點,那裏有砂頁岩互層的露頭喔! 
 
 
圖五、砂頁岩互層
 

小豆子:哇!我發現斷層了耶!

阿豪哥:沒錯,在這古老地層中,受到許多應力的作用,造成伸張或擠壓,所以常會發生褶皺、斷層等構造。
 
圖六、斷層
 

小豆子:為何這裡會有砂岩、頁岩規律的交錯現象啊!

大榔頭:這也是一種常見的沉積現象,當上游區的地質材料被河流侵蝕後沖刷入海後,先沉積的是最重的礫石,再來是砂石,最後是最輕的泥質。由於每一次沉積時河流的流量與流速皆不同,因此每次泥砂沉積的位置也不同,所以泥質與砂質的材料會交疊出現。為了讓你更了解,我拿出我壓箱法寶讓你看一下,就是交錯層的示意圖。

 

 

圖七、交錯層露頭

 
 
編輯: 林銘郎  版次: 6  最後更新時間: 2007/12/3 下午 06:36:29 

◆ 大溝溪治洪沉砂池
 
R96521107 郭建邦R96521116 陳永昇
 

阿豪哥:「這裡是大湖山莊大溝溪生態工法整治工程現地,也是我們今天野外調查的目的地。」

小豆子:「我還是第一次實地看到生態工法呢。」

阿豪哥:「今天對新人來說是很重要的學習機會啊,小豆子你要好好把握。接下來就請資深的大榔頭來為我們講解一下今天在內湖大溝溪這邊的觀察重點。」

大榔頭:「今天來到的大湖山莊社區,曾經在民國86819因為溫妮颱風的來襲引起水災,導致三人溺斃的慘劇。因此,政府在經過專家的評估後決定進行整治工程。為減少豪雨災情對居民之危害,才進行大溝溪整治,並運用近自然工法,除考量排洪外,並提供鄰近社區休閒遊憩空間及恢復原有溪溝生態環境為規劃目標。
 

1‧大溝溪生態工法調洪池排水箱涵

 

小豆子:「阿豪哥,前面這一塊廣大的空地是要做什麼的啊?」

阿豪哥:「這是為了避免大湖山莊社區淹水而設計的調洪沉砂池,是當發生洪水時社區的一道重要的防線。當洪水由上游高速沖到這裡時,會因為斷面縮小而不會一下子全部沖進社區之中。」
 

2‧大溝溪下游河岸砌石步道

 

大榔頭:「阿豪說得不錯,調洪沉砂池確實有這樣的功用,同時若是洪水挾帶大量土石材料形成土石流,它也可以起到沉積砂石、避免泥砂顆粒被水流帶入社區中堆積的作用。至於為何要設計如此龐大的調洪池,是因為這一帶的集水區相當廣大的關係。」

小豆子:「大溝溪這一帶是位於怎樣的地質環境中呢?」

大榔頭:「由調查報告中來看,此一規劃區域正好位在三面環山的漏斗狀凹地之中,出露地層主要為中新世的地層,岩層走向相當一致,位態為N65∘~80E,傾向為S38∘~56∘。工程所在地則位於木山層上部,大寮層及沖積層之間。木山層為含煤地層,上部組構以砂頁岩薄互層為主;大寮層整合於木山層之上,以砂頁互層為主;沖積岩則是以未固結之黏土、粉土及砂土所組成。」
 

3‧大溝溪整治工程坐落區域地質圖幅,黃色圓圈區域為整治工程所在

(引用自內湖大湖山莊調洪沉砂池規劃設計一書)

 

小豆子:「這一帶為什麼會形成土石流啊?」

大榔頭:「簡單地說,你可以想像它是攜帶著非常多從河道中或邊坡沖刷下來的土壤石塊的洪水,因為有著相當分量的土石,所以造成的災害可能也比較嚴重一點。至於形成土石流的影響因子相當多,阿豪可以說說看你的看法嗎?」
 
 

4‧綠意盎然的河岸植生與砌石

  
阿豪哥:「嗯…就我的印象之中,主要是分成三個基本條件─第一是要有充足的水分供給、第二要有豐富的土石材料、第三則是適當的地形條件。在出發之前我利用GIS軟體規劃了這一帶的集水區域,發現面積相當遼闊,因此水的供應應該不成問題;至於土石材料的部分,我們一路走過來的時候,看到許多崩積的土石,材料來源大概不虞匱乏;而說到大溝溪的地形條件,就目測的情況來說我認為河床的坡度其實不算太陡,或許這個部分對於形成土石流的貢獻不大。當然實際的狀況還需要試驗來佐證。」
 
5‧估計集水區面積 (引用自內湖大湖山莊調洪沉砂池規劃設計一書)
 

小豆子:「我知道,集水區的規劃就是,利用等高線圖判斷出河谷以及稜線的位置所在,在河谷兩邊的稜線連接成的區域就是集水區,然後根據比例尺的大小就能夠算出集水區的面積,或者也可以像阿豪哥前面提到的利用DTM資料套入GIS軟體進行規劃與分析的動作,然後在程式中便能直接計算面積。」

大榔頭:「小豆子不錯。那我來考考你吧,你知道一開始阿豪提到的生態工法是什麼嗎?」

小豆子:「我剛好有看過一些相關的文獻,生態工法包含的範圍相當廣泛,像是利用減緩流速、增加入滲的方法進行集水區的治理,還有像是保留河川蜿蜒多樣性,以及就地取材利用當地資源進行整治的工作。剛剛阿豪哥說明過的調洪沉砂池和一路上看到河床上舖設的大小石塊,應該就是為了減緩流速的設計吧?」
 
6‧大溝溪河道景觀
 
阿豪哥:「小豆子說得很好,我來補充一些。為了避免河岸旁的崩積土層被過分沖刷,在生態工法中會利用在邊坡上種植原生植栽的方法來穩定土體,這樣一來能夠減少土石材料的來源,二來可以美化整體工程的周邊環境,算是個一石二鳥的設計。」
 
7‧防洪監測用水位線
 

小豆子:「以兩位的觀點來說,這裡發生土石流的機會高嗎?」

阿豪哥:「根據資料顯示,大溝溪的集水面積達340公頃,在洪水來的期間,大量的地表逕流匯集在大溝溪狹小的河道,導致水位上升,對河岸產生側蝕以及下切的作用,有可能造成土石材料的增加。沿路中我們有看到政府機關所架設的監測儀器,就是為了隨時注意大溝溪的水位狀態的緣故,以提早防範土石流的發生,及早疏散社區的民眾。」
 

8‧溪岸邊岩層露頭

 

大榔頭:「就觀察到的條件而言,我認為光憑大溝溪自己是沒有辦法形成嚴重的土石流災害,但如果有附近區域發生崩塌形成天然土石壩引致水量積累,在潰壩以後會形成強勁的洪流挾帶土石沖下,積蓄的能量遠比一般集流的情形高出許多,在這樣的情形下或許大溝溪會比較容易發生土石流災害。目前政府已經將大溝溪歸入為土石流潛勢溪流,顯示其產生土石流的機會很高,而且下游的大湖社區內有著相當多的保全對象,所以我想整治的工程是必須的。」

 
9‧大溝溪中上游河道中巨石堆積
 
 

小豆子:「呼…今天的行程總算是告一段落了,雖然身體有點累,但是覺得收穫相當多呢!野外調查確實是相當有意義的經驗啊!」

大榔頭:「不論是土木工程師或是地質工程師,充分了解現地環境的狀況是十分重要的。要能夠從現地中去觀察自然環境中是否隱含形成災害的因子,並且進一步提出解決的方法,又或是在勘查災變現場時,能夠迅速正確地判斷出最該優先施作的事項,這樣才能稱作是一位稱職的工程師。有鑑於此,野外勘查的確是相當重要的一項活動啊!」

 

    本文所使用照片,除另有標示者外,均由台大土木所大地組碩一R96521101    林育崇所拍攝提供,特此註記。
 

R96521101      林育崇

R96521112      蘇峰民

R96521117      朱晃葵

 

小豆子:哇,這個地方好漂亮喔,綠油油的草坪,還有蜿蜒的小溪,溪裡面還有魚耶~!你帶我來這邊做什麼呀?難道這就是傳說中的生態工法所能展現的成果嗎?

阿豪哥:今天會帶你來這邊,是因為大溝溪這裡之前發生過豪雨造成氾濫成災,甚至還造成生命財產的損失所以才會有現在你所看到的調節滯洪池建設工程,並且為了使環境衝擊減少,因此採用了生態工法。這裡可不是一般的公園綠地喔。

小豆子:那什麼是調節置洪池呀?

阿豪哥:調節滯洪池主要是在大雨發生的時候能夠使地表的逕流有地方匯集,讓這些雨水有地方能夠蓄積然後再慢慢排掉,減少洪峰的規模使得雨水得已宣洩,才不會因為洪峰過大而排水通道無法處理氾濫成災,造成生命財產的損失。
 
Fig 1. 生態工法建設之滯洪池
 

大榔頭:阿豪哥講得不錯喔,在台北市內湖區大湖山莊附近一帶,由於當地山區逕量大,無適當的調洪設施,當上游山區降雨集或隆雨量大時,容易造成下游大溝溪氾濫成災,自民國89年至94年間,內湖地區共發生12次淹水災情,其中就有5次是發生大湖山莊一帶,所造成之淹水深度從20公分100公分不等,所以大湖山莊這一帶為大台北地區極容易發生淹水災情之地點。大溝溪發源於標高485公尺之白石湖山,流域長約3500公尺,集水面積約330公頃,下游經大湖山莊街箱涵下水道流入大湖。原為一自然型態之溪溝,上游段兩岸大部分區域多為次生林林相,下游段則以農業型態為主,惟因都市發展迅速,下游區域經市地重劃發展成大湖山莊密集住宅區,溪溝部分並因道路需求,由箱涵下水道取代,人與大自然爭地結果,以致民國86819溫妮颱風來襲,挾帶強烈豪雨形成洪犯,兩岸農地遭沖蝕損毀,下游社區佔據原有流路之結果,因排洪不及而造成淹水災害;為減少豪雨洪峰來臨時對兩岸農地之損害及降低對下游居民身家財產安全之侵害,乃自接大湖山莊社區旁之溪溝規劃滯洪工程並採生態工法整治之。

小豆子:那我有聽說過每次颱風都要啟動抽水站來抽水,設幾個抽水站在這裡不就好了嗎?

阿豪哥:小豆子你很笨耶,設抽水站的話這樣漂亮的草地和清澈的小溪不就沒了嗎?防洪調節池於平時可維持親水河道內之流量,民眾可進入池內從事休憩活動,大雨來臨時則可進行蓄洪,給予該土地具有雙重使用之功能。

大榔頭:阿豪哥說得沒錯,我在補充說明一下抽水站與防洪調節池的特色。抽水站具有快速抽水、排水之功能,可在短時間內排除區域內水,有效降低渠道內之洪水位,在地勢較低與排水不易的地區,因無法利用重力方法來排水,所以在集水區出水處增設抽水站設水站來加強排水是常見的方法。

而防洪調節池調節逕流機能只限定在一定期限內的洪峰,其設施能暫時貯蓄超過渠道容量之逕流,並可視渠道水位下降狀況,控制設施內逕流內流出的量,以緩慢的速度排除所貯蓄的雨水,延遲洪水到達下游之時間,並削減洪峰流量,於集水區之中、上游興建雨水貯蓄設施調節逕流,可減輕下遊的排洪負擔,解決洪問題。

這二種對於處理洪水方法都不錯,但因為工程位置是位在大溝溪原有的親水公園內,防洪調節池能暫時貯蓄洪水,減輕渠道與排水路的尖峰逕流量,避免河川下游在第一時間內發生災情,使區域耐淹程度能適時提高,且防洪調節池之工程費用低於抽水站,在防洪減災方面,抽站的確可以在短時間內,有效排除區域內大量逕流,但抽水機組造價高,若設計容量愈大,價錢往也愈高,且抽水站在建設完成後,每年固定的維護費與管理費支出,對於地方政府也是一項負擔,綜合這幾項條件,所以在此設置防洪調節池以解決水患。

小豆子:那可以這樣設置的話,就一定要先知道集水區大小囉?阿豪哥可不可以教教我呢?

阿豪哥:我們可以在地形圖將陵線畫出,再將水糸也畫出來,以某一定點為基點,將流入此一基點的河川流域畫出,要配合水往低處流與水糸主流、支流關係的觀念來繪,即得到以此基點為主的集水區。

小豆子:這個生態工法,是不是隨便堆一些石頭種種草種種花,養一些魚就好了呀?

阿豪哥:小豆子這不是你家的院子耶,生態工法哪有你說得那麼簡單!這樣的話就去內湖假日花市買買花草不就解決了呢!除了你說的花花草草之外還要考慮能夠達到工程所需的莫標才是最重要的。這個地方的生態工法工程設計時除考量安全排洪要求及恢復原有溪溝生態環境外,要兼顧鄰近社區休閒遊憩。溪溝護岸之設計主要以半重力式結構為主,並以天然塊石做表面處理,溪溝寬闊區域並儘量降緩護岸斜率以維護生態及保持自然景觀,溪溝河道中並視地形設置固床工等構造以降低河床落差,蓄積溪水以利魚蝦等生物之生存繁衍,沿溪並選擇適當區位設置親水平台及步道等設施以營造親水空間。
 
Fig 2. 生態工法完成後綠意盎然的情況
 
Fig 3.生態工法溪留整治以及跌水工
 

大榔頭:阿豪哥講得沒錯,不過這樣的設計能不能達到暴雨時候有效抑制洪峰值得探討。你看前面還有個直角轉彎的河岸,對於宣洩河川裡的水並不利。

阿豪哥:我看資料上說大溝溪採用複式斷面工法,什麼是複式斷面?

大榔頭:水道斷面施工法中常使用梯形內面工的方式設計,而複式斷面法工乃是將原梯形斷面改成兩段式水區域之方式。複式斷面的優點在於低流量時,水道可束水集流,較不易淤積,維護方便;高流量時,則可利用原水到行水區順利排洪。
水道經過都市時,在不影響安全考量下,複式斷面於景觀視覺的利用上,可適當規劃成親水或和諧視覺的型態,以活潑用水環境。水道斷面原本是單調的梯型內面工,透過複式斷面觀念的設計,可作親水和視覺上的利用,惟仍應避免三面混凝土工之設計,以維水道活化

 

三個人繼續沿著溪流向上游走,到了一座橋並且看到了土石流的監測儀器。

小豆子:哇,這條溪是土石流潛勢溪流耶!

大榔頭:一般判斷土石流潛勢溪流均以引發土石流發生之因子做為判斷標準,包含

   1‧有效集水面積 

 2‧溪床坡度,這裡約10~20

   3‧集水區內地質之岩性。

   4‧崩積物厚度

   5‧溪流上游之崩坍面積

   6‧淤積範圍與保全對象之距離

   7‧降雨特性

 可能就是由於大溝溪離社區實在太近了,因此被判斷是潛勢溪流。
 

Fig 4.土石流監測儀器系統

 
Fig 5. 土石流監測系統之水位監測線(圖中黃色者)
 
Fig 6. 土石流監測系統之監視器
 

小豆子:那土石流就只是因為有水有土石混在一起嘛?這樣好像很容易就形成耶。

阿豪哥:土石流災害之發生,因泥、砂、礫及巨石等地質材料與水之混合物受重力作用後產生流動所造成之災害。其發生包括了三個要件:

a.充足的水量

b.足夠的土方

c.有效的河床坡度

充足的水量通常源自降雨強度與累積雨量,而有效的河床坡度則因地而異;臺灣地區之土石流,以河床坡度10度、集水面積10公頃以上地區較易於發生。而集水面積即意謂著水量的大小與流速的快慢;其中,足夠的土方所指的乃是河流上游河谷中堆積物的量,而河流上游之堆積物來源除了地表土壤沖蝕所殘留於河谷中者外,其最主要之來源乃為河流上游邊坡土石因崩塌或地滑而堆積於河谷中者。
 
Fig 7 河岸之野外露頭
 
 
大榔頭:土石流之發生,除了降雨的因素外,並與地質環境有相當的關係。

a.豐富的鬆散土石:

自然土石流的鬆散土石來源主要取決於流域地質特徵。在地質構造複雜、斷裂皺褶發達、地震多、山坡穩定性差、岩層破碎或山崩地滑多的地區能為土石流形成提供豐富的鬆散土石。人為土石流的鬆散土石來源,除了取決於流域地質特徵外,主要由人類活動所造成。例如,山坡地不當利用與開發、森林被亂砍濫伐、山坡地的道路開發、工程棄土及礦區棄渣的處理不當等均能為土石流形成提供大量的鬆散土石。土石流鬆散土石一般需要較長的時間累積,但土石流的發生卻是爆發突然、歷時較短且來勢兇猛。大地震地區由於地震力將上層做水平及垂直方向的劇烈搖動,使得地表上層變的非常鬆散,這些大量的鬆散土石是土石流發生的潛在危險地區。

b.充足的水份:

土石流之發生條件中,足夠水量之供給為主要之誘因,因此欲有相當之水量必需有對應之集水面積,以匯流充分之水量以促發土石流。而依日本調查土石流發生之集水區面積,有65%以上之土石流發生在集水區面積1Km2以下之範圍,而有80%以上之土石流發生之集水區面積在2Km2以下,但以集水區面積0.3Km2之溪谷最常發生土石流。

絕大多數土石流之發生主要與降雨強度、累積降雨量有關,一般在降雨強度超過35 mm/hr或累積雨量達150 mm以上時,均容易使土石流發生,但亦有10分鐘下mm之雨量即發生土石流之情形,因此降雨之因素應屬土石流發生之必要條件,至於降雨多少才會發生土石流,則與當時溪谷土砂所處之狀態有密切關係。

c.足夠大的坡度:

另外,溪谷坡度亦為土石流發生之一主要基本條件,當土石流流經坡度較陡的地方,由於其強大的侵蝕力,將侵蝕渠岸及渠床物質。被侵蝕之泥石物質與原土石流混合後使土石流規模逐漸增大。當土石流流經坡度較緩的地方,由於動力減小,泥石與水逐漸分離,部份泥石逐漸沉積,使土石流規模逐漸減小,直至土石流完全停止流動。依日本之調查顯示,土石流發生之溪谷坡度通常在1530之間,而超過30°之坡度,一般土體即處於不穩定狀態,反而容易以崩塌方式破壞,以致於在未形成土石流之前,即因崩塌潰散,失去原陡急之坡度,是以在坡度大於30°之溪谷,反而發生土石流之可能性較低。一場土石流過程包含有發生階段、流動階段及停止(堆積)階段。
 

Fig 8 大溝溪上游堆積之巨石

  

阿豪哥:那為什麼會發生那次淹水造成生命財產的損失呢?

   

大榔頭:災害發生的原因往往不是單一的,這裡我們可以簡單做個分類
 

靜態潛因:

1‧土渠變漿砌石內面工

        2‧斷面由寬變窄,進入山裡有一小木橋,下游處皆無巨石堆積,僅堆積在橋的上游處,推測可能原因為橋兩邊的岩性較為良好,因此巨石不會滾落到下游,但斷面的驟減使排水量遽增

        3‧渠道突然轉彎,後由明渠變箱涵

        4‧坡度由陡坡變緩坡

        5‧受災戶位處地勢最低及集水區匯流口

人為因素:

1‧侵占河道,壓迫水流轉向

        2‧上游某一斷面堵塞突然潰決,形成瞬間洪峰

        3‧農田,河谷地,行水區及山坡地變成住宅

        4‧入滲量減少,地表逕流量增加

5‧箱涵內垃圾堆積很多

設計疏忽:

1‧箱涵()過多,地表逕流無法排除,所以現在有改為部分明渠

2‧未設置調節池,沉砂池,滯洪池,所以現在有此設施

3‧米粉坑溪沉砂池太小

4‧匯流口以箱涵處理,應設滯洪池

 

阿豪哥:這樣的話說起來,山坡地的開發其實有很多的問題囉?

大榔頭:1‧常常管理單位審核權責劃分複雜,責任難以分明,各單位協調不夠,專業設計不足,法令執行不夠徹底,以致無法使管理工作上軌道。

        2‧地質資料及水文氣象資料蒐集不完全,經濟效應,區域發展及環境條件未做詳細評估,水土保持計畫,土地使用計畫,開挖整地計畫,道路系統,排水系統,未經合理考慮僅交由建築師設計,以致缺乏通盤考量。

        3‧施工時未注意到坡地特性,仍以平地施工方式處理。

這些都是山坡地開發常常會遇到的問題,你們以後當工程師要仔細考慮到這些才會是個成功的工程喔。

 
編輯: 吳杰祐  版次: 8  最後更新時間: 2008/3/6 下午 01:09:51 

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