Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/33769
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorWen-Fu Chenen_US
dc.contributor.advisor陳文福zh_TW
dc.contributor.authorCHENG, HSIN-HSINGen_US
dc.contributor.author鄭新興zh_TW
dc.date2005zh_TW
dc.date.accessioned2014-06-06T07:46:40Z-
dc.date.available2014-06-06T07:46:40Z-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11455/33769-
dc.description.abstractAbstract Since Taiwan is located on a global shell, mountain areas and faults usually form dipslope topography. After the bank of the valley is eroded, earthquakes and heavy rainfall can easily cause mass wasting and huge disasters. The Tsau-Lin landslide was one typical and complete case. Of all the landslides, the hundred year frequency “9/21” earthquake in 1999 in Taiwan caused dramatic collapse and landslide dams. It has attracted attention from all over the world. Fortunately, the “7/2 Flood” in 2004 relieved the potential dangers. This study focuses on the history of Tsau-Lin dipslope with repeated wasting and geomorphologic change after 9/21 earthquake using aerophotography and remote sensing, global positioning system, geographic information system and technology overlay analysis. According to the increase of soil, water and sand accumulation of mass wasting, we are able to estimate longterm speed of slope and riverbed erosion and understand the mechanism and trend of the collapse. Utilizing the yearly graphic information, we can correctly provide an effective analysis and research of geomorphologic evolution. Based on geologic uniform variation theory, we can research the dramatic change process of the Tsau-Lin area before and after 9/21 earthquake. Through collecting information about different geomorphologic evolutions, we are capable of applying these to prevent further diasters. The results and findings are as following: 1. Shale and sand inter-bedding dipslope usually cause the most dramatic land movement and the fastest collapse. Since Taiwan's land is still young, it will cause frequent shell movement. This research uses single GPS control point to form Tsau-Ling area DEM(digital elevation model) information. The clarity of the result can fit in the need of huge landslide and collapse analysis. According to the DEM, the geomorphologic sensitive zone under frequent storms and earthquakes, the collapses represent certain evolution rules. 2. This study makes use of various historical information of Tsau-Lin mass wasting, satellite observation and geographical system to establish a complete process flowchart. It controls and monitors the characteristics of the dipslope topography, foretelling the possible future land changes and provides decision supporting of disaster prevention for the government. 3. In order to realize the historical changes of mass wasting lnad in the Tsau-Lin area, we use map, paper map, Japan occupied stage and topographic maps. After digitized satellite DEM analysis and comparison, it is easy to understand the land change through calculation geographical information system. 4. Tsau-Lin area's huge landslide caused by storms and earthquakes can be described by the cycle evolution process as following: 5. The slope change of Tsau-Lin area, according to the recent five years' analysis and comparison, the reason of the collapse was still mainly controlled by the land type rather than the stormy type mass wasting. 6. After the 9/21 Tsau-Lin landslide, the government's effect of applying disaster support toward natural land changes was limited. This research utilizes satellite observations and global geographical information systems to establish standard models and process flowcharts in order to provide as emergency process for the possibility of future landslides.en_US
dc.description.abstract摘 要 台灣島係由歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊擠壓隆起而成,因地殼變動劇烈,使以沉積岩為主要地層之台灣島發生褶皺與斷層而常形成順向坡地形,在河岸基脚不斷被淘刷而形成自由端後,每遇地震與豪雨即生大規模之崩塌並造成災害,草嶺山崩乃一典型且資料完整之案例。尤其於1999年發生百年頻率之九二一大地震時草嶺再次發生大規模崩塌並造成堰塞湖,2004年之七二洪水已將其沖散而化解了其潛在危險。 本研究即針對草嶺順向坡之地形發生一崩再崩之歷史與九二一大地震後地形之演變,以航遙測影像,透過全球定位系統(GPS)之輔助及地理資訊系統(GIS)技術所建立歷年較精確而完整之系列圖資成果,藉套疊分析歷次崩塌之土石方量、堰塞湖蓄水量、泥砂量及其消長情形,以估計長年以來之邊坡及河道沖蝕速率,並瞭解其崩塌之機制與趨勢,將所獲得歷年完整之圖資,據以提供較精確及高效率之地形演化分析與研究。以地質均變學說及地形演化理論為基礎,詳細探究九二一大地震前後草嶺地區劇變之過程,進而推求歷次崩塌之地形演化相關資訊,以鑑往知來並供防災應用。茲述其主要成果如後: 一、 本研究獨採「以單一組GPS控制點推算產製之歷年各期DEM資料」,其精度符合地形分析之需求,所建立之地形演化相關圖資,可精確瞭解台灣地形之演變,除從簡要地圖、紙圖、或以日據時代所建立之台灣早期地形圖經數化後,與現今由航測製圖產生之DEM進行套疊分析比對,可輕易地瞭解地形之演變,且藉由GIS之相關功能即可進行快速分析及量化計算。 二、 台灣之山地常受地震及豪雨侵襲,於造成大山崩後其自然地形之輪廻演替之演變過程可以下式進行描述: 式中以 之後退係數b為地形演化之主要控制因素,由本研究所建立草嶺地區近百年來連續崩塌之資料,分析結果顯示砂頁岩互層之順向坡崩塌的大量土砂移動,係地形演化之主因。 三、 具砂頁岩互層地層之順向坡地形,其崩塌速率及其規模較大,常係地表活動中土砂移動最劇烈並常造成災害者,由於台灣地質年代輕、地殼活動仍然相當頻繁,且在豪雨及地震不斷的條件下,對砂頁岩互層且敏感之順向坡地形區之崩塌現象,本研究分析並獲得其演化之定則為:(一)草嶺大崩塌 自1999年因九二一大地震崩塌後其崩塌坡面之變化,經五年來逐年分析比對之結果,其崩塌特性主要仍受具砂頁岩互層地層之特性所左右。(二)自1903~2004年約百年間由於主要豪雨及地震兩種作用外力之特性不同,呈現不同之崩塌規模:豪雨型崩塌之規模較小且只有局部地層崩裂滑動;地震型崩塌則為整層崩解。 四、 九二一大地震草嶺發生大崩塌後政府及各方所採行之各項措施,由於對自然地形變遷之資訊未能全然掌握而採取更完妥之做法。本研究由所蒐集完整之崩塌歷史資料及史料記載,以航遙測、GPS及GIS等科技深入探討及分析其相關地形變遷之過程,可充分掌握順向坡之地質與地形演變之特性並預測未來地形之劇烈演變,且已建立其完整之作業模式及處理流程,其結果與經驗可提供政府往後在有類似大型崩塌發生或在山坡地發生土石災害時之防救災決策支援上應採何種因應處理之參考。zh_TW
dc.description.tableofcontents目 錄 目 錄 I 表目錄 VI 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1研究緣起 1 1.2研究動機與目的 2 1.3研究構想與步驟 3 1.4研究流程 4 第二章 文獻回顧 6 2.1地形演變與地質災害 6 2.1.1地質及土砂災害 7 2.1.2坡面崩塌及山崩分類 9 2.1.3順向坡砂頁岩互層之滑動特性 13 2.1.4山崩規模及崩塌體積之估算 18 2.1.5地形演變主要因素 19 2.2 大型順向坡崩塌案例探討 20 2.2.1國外案例 20 2.2.2台灣案例分析 22 2.2.3順向坡大型崩塌特性 29 2.3豪雨及地震與地形變遷之關係 30 2.3.1極端降水對地表之衝擊 30 2.3.2草嶺地區上游集水區之降雨與逕流 32 2.3.3地震與坡地崩塌 33 2.4航遙測於地形變遷之監測與應用 35 2.4.1 航空攝影測量之發展與應用 35 2.4.2數值地形模型(digital terrain model,DTM)之產製及其應用 37 2.4.3數值地形模型(DTM)應用之相關研究 41 2.4.4多期影像判釋及其分析 42 2.4.5遙控無人載具拍攝影像 43 2.4.6衛星遙測於崩塌地判釋及變遷之應用 46 2.5 航遙測於坡地減災之應用與發展 47 2.5.1航照圖之應用 49 2.5.2 航空照片之特性 49 2.5.3 LIDAR影像 51 2.6 整合GIS、GPS、RS於災害防救之應用 51 2.6.1 GIS於防災之應用 51 2.6.2遙感探測及變遷分析之應用 52 2.6.3 GIS、GPS、RS之整合應用 54 第三章 草嶺山崩歷史及其特性 56 3.1 前言 56 3.1.1區域及位置概述 57 3.1.2 草嶺地區集水區概述 59 3.2地質及地形 60 3.2.1岩層與地質構造 60 3.2.2地形 71 3.3草嶺山崩歷程整理 73 3.3.1第一次崩塌1862年 74 3.3.2第二次崩塌 77 3.3.3第三次崩塌 81 3.3.4第四次崩塌 85 3.4山崩及堰塞湖潰決原因分析探討 87 3.4.1草嶺地區之地震 87 3.4.2草嶺地區豪雨 88 3.4.3崩塌的原因 92 第四章 研究材料與方法 95 4.1研究材料 95 4.1.1 早期地形圖 95 4.1.2 數值高程模型 98 4.1.3 航空照片及航照數位影像 98 4.1.4衛星影像 98 4.1.5水文泥砂及地震資料 101 4.1.6軟硬體 102 4.2研究方法 103 4.2.1主要研究流程及方法 103 4.2.2九二一地震大山崩之航拍緊急處理過程 104 4.2.3 GPS精密量測控制點後之各期航拍製圖 108 4.2.4推估1941年及1942年崩塌區界之流程 110 4.2.5數化崩塌區河道線及深槽線 111 4.2.6正射影像及DEM之套疊分析 111 4.2.7水圖層套疊分析 113 4.2.8崩塌堆積高度、土方量及堰塞湖溢流高程之驗證 115 4.3航遙測數值資料之套疊分析理論 115 4.3.1套疊分析基本理論 116 4.3.2 衛星影像之處理與變遷分析 119 4.4地形演化理論推導 123 4.4.1地形演化理論簡介 123 4.4.2草嶺順向坡崩塌斷面與斜面後退之套合 130 第五章 結果與討論 132 5.1數位航遙測資料之建立與精度檢核 132 5.1.1九二一地震災害緊急航測製圖及成果應用 132 5.1.2以GPS精密量測控制點後之各期航拍製圖 143 5.1.3航測資料精度檢核 143 5.1.4衛星影像遙測資料之建置及處理 149 5.1.5斷面及剖面線比較分析 155 5.1.6地形分析 157 5.1.7航測照片之陰影及其誤差之討論 159 5.1.8早期地形圖及簡圖之應用 160 5.2崩塌區地形演化分析結果與討論 166 5.2.1 歷次崩塌範圍及規模 166 5.2.2崩塌區歷次崩塌之坡面變化 169 5.2.3 崩塌區坡面表層沖蝕 170 5.2.4草嶺山崩歷次崩積量分析 174 5.2.5崩塌區坡面植生恢復 179 5.3堰塞湖之蓄水及泥砂淤積探討 180 5.3.1堰塞湖歷次蓄水量檢測 181 5.3.2、2002年與2003年堰塞湖之泥砂量比較 186 5.3.3歷次堰塞湖潰決後庫容泥砂量檢測 187 5.3.4堰塞湖與水資源利用 189 5.4上游崩塌區與泥沙產出量之關係探討 190 5.4.1上游崩塌區面積與潛在來砂量估計 191 5.4.2上游崩塌區位與堰塞湖土砂淤積關係之探討 193 5.4.3 草嶺崩塌地上下游河道變遷 198 5.5泥沙量估算與地形演化之驗證 205 5.5.1地震前後集水區泥沙量推估 205 5.5.2 草嶺1888年曾再度崩塌形成堰塞湖之驗證 207 5.5.3草嶺殘坡崩塌之預測 208 5.6順向坡地形演化之論證 208 5.6.1地表沖蝕量 209 5.6.2草嶺順向坡地形演化公式之論證 210 第六章 結論與建議 216 6.1結論 216 6.2建議 218 參考文獻 220 附録一、各種附圖(1-24)(附1-1~1-13頁) 230 附録二、地震有關圖表(附2-1~2-3頁) 230 附録三、草嶺水庫之水位及推估之蓄水量表(附3-1~3-3頁) 230 附録四、各年測量平差之成果表(附4-1~4-14頁) 230 附録五、四河局民國90~92年GPS實測高程與DEM萃取高程差異表(附5-1~5-3頁) 230 附録六、我國順向坡案例(附6-1~6-2頁) 230 附録七、草嶺堰塞湖年輸砂量推估一覽表(附7-1~7-2頁) 230 附録八、地震有關資料(附8-1~8-2頁) 230 附録九、山崩分類表(附9-1~9-3頁) 230 附録十、流量資料(附10-1~10-2頁) 230 附録十一、山崩位置地形略圖(附11-1頁) 230 表目錄 表 2-1 塊體運動的速度 13 表 2-2 岩石力學試驗剪力強度參數 17 表 2-3 坡地開發分類標準表 17 表 3-1 草嶺歷次崩塌潰決簡要表 74 表3-2草嶺附近地區大地震紀錄表 76 表3-3 草嶺地區1898年以前地形演變期程 77 表3-4集水區降雨量推估水庫蓄水量表 85 表 3-5 嶺地區月平均雨量概況 89 表 3-6 草嶺堰塞湖溢流口不同重現期之洪峰流量 89 表3-7 草嶺堰塞湖集水區可能最大洪水 91 表 3-8 歷年草嶺堰塞湖溢流口之最大流量推估值 92 表 3-9 草嶺崩塌史紀錄 94 表4-1台灣早期地形圖 97 表4-2 六期SPOT 衛星影像之屬性表 99 表4-3 衛星影像邊界座標表 99 表4-4草嶺地區雨量站月平均雨量概況表 101 表 4-5 各座標系統之地球原子值 118 表 5-1 空中三角平差計算控制點誤差結果表 134 表 5-2 模擬草嶺潭蓄水水位及蓄水量表 138 表 5-3 模擬草嶺潭第二水潭水位及蓄水量表 140 表 5-4 相片比例尺與製圖精度間之關係 142 表 5-5 1979年堰塞湖之水位水量及推估蓄水量表 148 表 5-6 堰塞湖上游集水區崩塌地面積 150 表 5-7 堰塞湖上游集水區崩塌地新增與復育面積 151 表 5-8 崩塌地土方量計算-(以數化各期崩塌區界比較) 175 表 5-9 崩塌區土方量計算(以1999年崩塌全面積比較) 175 表 5-10 歷年崩塌數量表 176 表 5-11 1980年推算幾何可能之崩塌體積 177 表 5-12 1980年推算合理可能之崩塌體積 177 表 5-13 草嶺歷次山崩潰決期程及相關數據表 181 表 5-14 1930年DEM清水溪容水量計算表 183 表 5-15 1987年DEM清水溪容水量計算表 183 表 5-16 堰塞湖水深測量成果 186 表 5-17 歷年河道以不同水位計算容水量 189 表 5-18 草嶺堰塞湖上游集水區歷年崩塌地面積 192 表 5-19 歷年崩塌地面積海抜分佈表 194 表 5-20 坡度分級分佈表 195 表 5-21 崩塌地坡向分佈 196 表 5-22 崩塌地區位地質分佈 197 表5-23崩塌地新增與復育 198 表 5-24 河床變動之尺度及支配因子 199 表 5-25 歷年數化深槽線之縱坡比降表 201 表 5-26 2001河道變遷實測紀錄表 204 圖目錄 圖1-1本研究之主要流程圖 5 圖 2-1 台灣島的構造運動 9 圖 2-2 順向坡水系圖(摘自鄒,1973) 14 圖 2-3 九種基本坡形圖 15 圖 2-4 泥頁岩顆粒膠結關係圖(Jackson,1979) 16 圖 2-5 地形、地質與自然地理之學科關係圖 19 圖 2-6 航照與衛星遙測影像在判識崩塌地之特性 47 圖3-1草嶺地區早期之地形圖 58 圖3-2清水溪集水區圖 59 圖3-3草嶺集水區及其區內高程之分佈圖 59 圖3-4 草嶺集水區及其坡向圖與坡度分級圖 60 圖3-5 草嶺地區區域地質圖 64 圖3-6草嶺山崩地區地質圖 (摘自中央地質調查所,2000) 66 圖3-7草嶺地區地質剖面(上)及九二一地震後山崩示意;(下)圖(摘自中央地質調查所,2000) 66 圖3-8山崩滑移面上殘存的砂岩中可見節理之發育 70 圖 3-9 草嶺崩塌地之地形景觀 72 圖 3-10 照片A草嶺1979年山崩位於舊崩塌地之下部山腹 82 圖 3-10 照片B 兩階段崩崖 82 圖 3-10 照片C錦水頁岩頂部滲水情形 83 圖 3-10 照片D 斷魂谷景觀 83 圖 3-10 照片E潰決後之河道 84 圖 3-11 草嶺堰塞湖可能最大洪水歷線圖 90 圖4-1 六期衛星影像圖 100 圖4-2桶頭水文站集水區及堰塞湖溢流口集水區水系圖 102 圖 4-3 數值高程模型(DEM)製作之流程 107 圖 4-4 航拍影像製作DEM整體作業流程圖 109 圖 4-5 推估1941及1942年崩塌區界流程圖 110 圖 4-6 以DEM模擬堰塞湖水位及水量圖 114 圖4-7 模擬堰塞湖水位圖 114 圖 4-8 變遷分析流程。 123 圖 4-9 地形輪迴示意圖 125 圖 4-10高度隨時間之變化 128 圖 4-11 高度降低速度與斜面坡度成正比時斜面後退之變化。 129 圖 4-12 假定高度降低之速度以斜面突出部為最大時斜面之變化 129 圖 4-13 一般化之斜面形變化 130 圖 5-1 崩塌前數值地形 136 圖 5-2 崩塌後數值地形 137 圖 5-3 崩塌土方量套疊計算 137 圖 5-4 套疊水體圖層及淹沒區範圍圖 139 圖 5-5 崩塌地3-D視覺化展示 141 圖 5-6 1979年草嶺山崩情形 141 圖 5-7 GPS地面實測點位圖 144 圖 5-8 高程差異值分布圖 145 圖 5-9 高程差異值分布頻度圖 146 圖 5-10 各期DEM套疊後以剖面線之高程比較結果圖 147 圖 5-11 調整1930年後各期DEM套疊剖面線高程比較圖 147 圖 5-12 歷年崩塌地面積增減情形(紅線表示地震及颱風日期) 150 圖 5-13 堰塞湖上游集水區崩塌地新增與復育面積 151 圖 5-14 1999/01/05九二一地震前影像 152 圖 5-15 2000/01/01九二一地震後影像 152 圖 5-16 2001/01/20影像(堰塞湖及第二水池蓄滿情形) 153 圖 5-17 2002/01/06桃芝及納莉颱風過後影像 153 圖 5-18 2003/12/22影像 154 圖 5-19 2004/10/18七二水災後堰塞湖消失影像 154 圖 5-20 崩塌區切取斷面位置示意圖 155 圖 5-21 雙溪嘴匯流口至草嶺堰塞湖之縱坡實測變化情形 156 圖 5-22 雙溪嘴匯流口至草嶺堰塞湖之數化深槽線之縱坡變化情形 156 圖 5-23 日據時代 (1930年) 草嶺地區之坡度圖 158 圖 5-24 1998年草嶺地區之坡度圖 158 圖 5-25 1999年草嶺地區之坡度圖 159 圖5-26 1999年草嶺地區坡度變化圖 159 圖 5-27 日據時代 (1930) 草嶺TIN套疊水系圖 161 圖 5-28 日據時代 (1930) 草嶺之數值高程模型 (DEM) 套疊水系圖 162 圖 5-29 日據時代(1930)之等高線與民國68年正射影像比較 163 圖 5-30 草嶺早期山崩崩崖線(左)及斷面圖(右)(錄自徐鐵良,1983) 164 圖 5-31 草嶺早期及1979年崩塌與堰塞湖湖面簡圖(録自草嶺山崩記,1979) 164 圖 5-32 草嶺1979年崩塌範圍及土石埧位置示意圖(録自草嶺山崩記,1979) 165 圖 5-33 草嶺早期山崩剖面示意圖(録自草嶺山崩記,1979) 165 圖 5-34 依門檻值劃定集水區範圍 167 圖 5-35 子集水區範圍套疊水系圖 167 圖 5-36 依水系及影像特徵推估 168 圖 5-37 依集水區邊界推估 168 圖 5-38 1941及1942年崩塌範圍成果圖 169 圖 5-39 歷年斷面圖 170 圖 5-40 2001年坡面沖蝕情形 171 圖 5-41 1999地震崩塌地全貌 172 圖 5-42 2002年坡面逐漸恢復植生 173 圖 5-43 2003年崩塌地坡面植生及堰塞湖淤積情形 173 圖 5-44 2004年七二水災過後坡面再度崩塌及堰塞湖消失 174 圖 5-45 地質鑽探佈設地點 179 圖 5-46 921地震後堰塞湖水位-面積-庫容曲線圖 185 圖 5-47 桃芝颱風後堰塞湖水位-面積-庫容曲線圖 185 圖 5-48 河道各年土方量變化 189 圖 5-49 堰塞湖上游石鼓盤溪河道淤積及上游崩塌地 191 圖 5-50 九二一地震後草嶺堰塞湖上游集水區崩塌地面積增減圖 193 圖 5-51 歷年崩塌地面積海抜分佈圖 194 圖 5-52 坡度分級分佈表 195 圖 5-53 崩塌地坡向分佈圖 196 圖 5-54 崩塌地區位地質分佈圖 197 圖5-55崩塌地新增與復育圖 198 圖 5-56 草嶺堰塞湖至雙溪嘴匯流口之縱坡變化(地震後) 201 圖 5-57 草嶺堰塞湖至雙溪嘴匯流口之縱坡變化(地震前) 202 圖 5-58 草嶺堰塞湖至雙溪嘴匯流口之縱坡變化(1979~2004) 202 圖 5-59 草嶺堰塞湖至雙溪嘴匯流口之縱坡變化(實測) 203 圖 5-60 桶頭水文站實測懸浮質與流量關係圖(1955~2000) 206 圖 5-61 桶頭水文站實測懸浮質與流量關係圖(1948~2003) 207 圖 5-62 草嶺地區1930,1998,1999年全斷面圖 212 圖 5-63 草嶺地區1930,1998,1999年部分斷面圖 213 圖 5-64 草嶺地區1930,1998,1999年斷面圖(2500-5000) 213 圖 5-65 草嶺地區1930,1998,1999年單一平均斷面圖(2500-5000) 214 圖 5-66 草嶺地區1930,1998,1999年平均斷面圖(3000-4000) 214 圖 5-67 草嶺地區1930,1998,1999年單一平均斷面圖(3000-4000) 215zh_TW
dc.language.isoen_USzh_TW
dc.publisher水土保持學系zh_TW
dc.subject數值地形模型zh_TW
dc.subjectDTMen_US
dc.title草嶺大型順向坡崩塌地形演化之研究zh_TW
dc.titleA Study of Terrain Evolution on Large Dip-Slope Landslide at Tsau-Lin Areaen_US
dc.typeThesis and Dissertationzh_TW
item.openairetypeThesis and Dissertation-
item.openairecristypehttp://purl.org/coar/resource_type/c_18cf-
item.grantfulltextnone-
item.fulltextno fulltext-
item.cerifentitytypePublications-
item.languageiso639-1en_US-
Appears in Collections:水土保持學系
Show simple item record
 

Google ScholarTM

Check


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.