航 測 及 遙 測 學 刊 第 十 八 卷 第 2 期 第 93-108 頁 民 國 103 年 05 月 93 Journal of Photogrammetry and Remote Sensing Volume18, No2, May 2014, pp. 93-108 空 載 光 達 數 值 地 形 產 製 與 地 質 災 害 的 應 用 侯 進 雄 1 費 立 沅 2 邱 禎 龍 3 陳 宏 仁 4 謝 有 忠 5* 胡 植 慶 6 林 慶 偉 7 摘 要 因 2009 年 莫 拉 克 風 災 造 成 臺 灣 中 南 部 地 區 嚴 重 的 生 命 財 產 損 失, 其 中 以 小 林 村 重 大 的 崩 塌 事 件 引 起 注 意, 故 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 自 2010 年 起, 以 3 年 時 間 利 用 空 載 光 達 進 行 地 形 掃 瞄, 產 製 1 米 高 解 析 度 數 值 地 形 及 航 照 正 射 影 像, 藉 以 建 立 災 後 高 精 度 的 數 值 地 形 資 料 庫, 並 應 用 於 地 形 與 水 系 分 析 地 質 敏 感 區 調 查 與 地 質 災 害 潛 勢 評 估 等 ; 其 中 對 於 潛 在 大 規 模 崩 塌 的 判 釋 與 調 查 結 果 顯 示, 臺 灣 中 部 南 部 與 東 部 地 區 可 找 出 超 過 數 百 處 可 能 屬 於 大 規 模 崩 塌 的 潛 勢 區 域, 且 對 於 有 聚 落 保 全 對 象 的 崩 塌 潛 勢 區 域 設 置 簡 易 監 測 儀 器, 藉 以 觀 察 各 崩 塌 地 之 滑 動 趨 勢, 未 來 可 再 針 對 高 活 動 區 域 逐 步 進 行 細 部 觀 測 ; 目 前 在 尚 未 得 知 潛 在 大 規 模 崩 塌 區 的 滑 動 面 位 置 及 深 度 前, 藉 由 野 外 調 查 潛 在 崩 塌 區 的 範 圍 地 形 裂 隙 塌 陷 等 地 表 的 特 徵 來 估 算 滑 動 面 的 位 置, 以 數 值 模 擬 推 估 崩 塌 的 可 能 影 響 範 圍, 可 作 為 後 續 搬 遷 撤 離 等 防 災 減 災 之 參 考 資 訊 關 鍵 詞 : 空 載 光 達 數 值 地 形 模 型 大 規 模 崩 塌 自 然 災 害 全 球 衛 星 定 位 系 統 1. 前 言 2009 年 8 月 莫 拉 克 颱 風 重 創 臺 灣, 造 成 臺 灣 南 中 及 東 部 地 區 持 續 出 現 複 合 型 土 砂 災 害, 整 個 國 土 之 地 形 地 貌 發 生 劇 烈 變 遷, 更 在 臺 灣 中 南 部 地 區 造 成 嚴 重 傷 亡 及 財 物 損 失, 依 據 內 政 部 消 防 署 (2009) 之 統 計 資 料 : 莫 拉 克 颱 風 共 造 成 675 人 死 亡 24 人 失 蹤 及 34 人 受 傷, 在 臺 灣 天 然 災 害 史 上 死 亡 及 失 蹤 人 數 總 和 排 名 僅 次 於 1999 年 之 集 集 大 地 震 ( 陳 樹 群 和 吳 俊 鋐,2009), 尤 其 以 小 林 村 崩 塌 之 埋 村 災 變 為 最 小 林 村 遭 受 之 災 害 包 含 大 規 模 崩 塌 土 石 流 堰 塞 湖 及 洪 水 等 四 種 不 同 災 害 類 型 影 響, 此 一 重 大 坡 地 災 害 引 起 國 際 關 注 類 似 小 林 村 深 層 岩 體 滑 動 所 引 致 的 大 規 模 崩 塌 災 害 議 題, 也 在 國 內 開 啟 大 規 模 崩 塌 災 害 相 關 防 治 工 作 研 究 由 於 莫 拉 克 風 災 在 災 區 產 生 許 多 新 的 崩 塌 地, 地 形 地 貌 亦 有 大 幅 度 改 變, 舊 有 地 質 災 害 資 料 已 不 適 用, 須 即 刻 進 行 該 地 區 之 地 質 災 害 調 查 及 地 質 敏 感 區 圏 繪, 以 提 供 當 地 住 民 安 全 資 訊 及 政 府 各 項 重 建 重 要 數 據, 中 央 地 質 調 查 所 從 2010 年 起, 以 3 年 時 間 執 行 國 土 保 育 之 地 質 敏 感 區 調 查 分 析 計 畫 ; 另 從 2013 年 起, 以 3 年 時 間 執 行 其 他 非 莫 拉 克 地 區, 俾 使 全 臺 灣 有 一 致 精 度 的 數 值 地 形 ( 圖 1) 以 空 載 光 達 (Airborne LiDAR) 測 製 數 值 高 程 模 型 (Digital Elevation Model, DEM) 的 技 術, 可 以 濾 除 地 表 建 物 與 植 被 的 影 響, 且 將 地 形 原 始 真 實 地 面 之 高 程 清 楚 呈 現, 使 地 質 與 地 形 特 性 的 研 究 更 容 易 進 行 ; 並 利 用 同 步 獲 致 之 航 照 影 像, 可 應 用 於 地 質 敏 感 區 調 查 分 析 地 形 及 水 系 特 性 分 析 與 地 質 災 害 潛 勢 評 估 等, 提 供 國 土 保 育 以 及 坡 地 土 地 利 用 與 管 理 之 基 本 資 料 利 用 空 載 光 達 數 值 地 形 資 料 進 行 敏 感 區 調 查 1 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 科 長 收 到 日 期 : 民 國 102 年 08 月 09 日 2 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 組 長 理 教 授 修 改 日 期 : 民 國 102 年 11 月 26 日 3 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 技 正 接 受 日 期 : 民 國 102 年 12 月 18 日 4 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 技 士 理 教 授 5 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 技 士 國 立 台 灣 大 學 地 質 科 學 系 博 士 生 6 國 立 台 灣 大 學 地 質 科 學 系 教 授 7 國 立 成 功 大 學 地 球 科 學 系 教 授 * 通 訊 作 者, 電 話 : 02-29462793 ext 903, E-mail: hsiehyc@moeacgs.gov.tw
94 航 測 及 遙 測 學 刊 第 十 八 卷 第 二 期 民 國 103 年 05 月 分 析 時, 發 現 此 資 料 提 供 之 崩 塌 地 形 資 訊, 比 傳 統 技 術 方 法 更 為 細 緻 且 在 判 釋 上 直 接 有 利, 因 此 開 啟 了 利 用 高 解 析 度 數 值 地 形 資 料 來 對 潛 在 大 規 模 崩 塌 的 調 查 工 作 透 過 地 形 資 料 的 判 釋 與 現 地 調 查, 初 步 認 定 可 能 屬 於 大 規 模 崩 塌 滑 動 的 潛 勢 區 域 數 量 甚 多, 受 限 於 技 術 及 經 費, 設 置 簡 易 型 觀 測 設 備 是 目 前 較 適 合 針 對 大 規 模 崩 塌 進 行 觀 測 之 可 行 方 式, 並 可 為 日 後 大 規 模 崩 塌 觀 測 技 術 研 發 跨 出 重 要 的 一 步 ; 此 外, 細 部 調 查 及 可 能 影 響 範 圍 等 亦 為 未 來 之 重 要 工 作, 方 能 進 行 後 續 的 治 理 與 管 理 工 作 的 推 動, 以 達 國 土 災 害 預 警 之 目 標, 降 低 大 規 模 崩 塌 可 能 造 成 之 生 命 財 產 損 失 本 文 就 上 述 從 地 質 災 害 調 查 所 需 而 採 取 的 數 值 地 形 製 作 資 料 檢 核 地 質 敏 感 特 性 分 析 潛 在 大 規 模 崩 塌 判 釋 與 調 查 以 及 後 續 之 簡 易 監 測 與 細 部 調 查 做 更 進 一 步 的 描 述 2. 空 載 光 達 數 值 地 形 2.1 空 載 光 達 介 紹 光 達 (Light Detection And Ranging, LiDAR) 是 一 種 利 用 雷 射 光 束 進 行 掃 瞄 式 測 距 的 一 種 技 術, 能 於 短 時 間 內 快 速 且 精 確 的 得 到 高 解 析 度 高 精 度 高 密 度 的 高 程 資 料, 由 於 儀 器 是 採 用 自 體 光 源 進 行 施 測, 無 需 於 測 區 擺 設 任 何 接 收 儀 器, 故 為 主 動 式 的 測 距 技 術 空 載 光 達 ( 圖 2) 是 結 合 雷 射 掃 瞄 儀 全 球 衛 星 定 位 系 統 (Global Positioning System, GPS) 與 慣 性 導 航 儀 (Inertial Navigation System, INS) 等 技 術, 另 外 加 上 慣 性 量 測 單 元 (Inertial Measurement Unit, IMU) 可 以 記 錄 飛 航 時 的 三 項 姿 態 角 (Roll Pitch Yaw), 將 雷 射 掃 瞄 所 產 生 的 點 雲 資 料 與 GPS 和 IMU 資 料 解 算 後, 能 獲 得 地 面 點 位 的 三 維 坐 標 ( 經 度 緯 度 高 程 ), 其 特 點 包 括 : (1) 高 精 度, 在 平 坦 地 區 測 高 精 度 可 達 15 公 分 (2) 高 密 度, 目 前 雷 射 脈 衝 率 最 高 可 達 500 KHz (3) 氣 候 狀 況 影 響 較 低, 可 於 夜 間 作 業 (4) 雷 射 光 束 能 穿 透 植 被 到 達 地 面, 可 精 確 的 測 得 植 被 覆 蓋 區 的 地 表 高 程 (5) 對 於 大 範 圍 的 測 區 能 快 速 的 完 成 掃 瞄, 成 本 較 傳 統 測 量 方 式 低 2.2 空 載 光 達 數 值 地 形 測 製 本 工 作 主 要 目 標 為 利 用 空 載 光 達 技 術 取 得 高 解 析 度 數 值 地 形, 並 且 拍 攝 航 照 影 像, 施 測 範 圍 依 據 莫 拉 克 颱 風 受 災 情 況, 分 為 南 部 中 部 及 東 部 3 個 地 區 ( 圖 1), 且 分 3 年 度 執 行, 施 測 重 點 以 包 含 山 區 的 聚 落 與 具 有 保 全 對 象 之 範 圍 者 為 優 先 本 工 作 數 值 地 形 測 製 相 關 規 範 原 則 以 內 政 部 LiDAR 測 製 數 值 高 程 模 型 及 數 值 地 表 模 型 標 準 作 業 程 序 ( 草 案 ) 為 依 據, 惟 為 後 續 數 值 地 形 的 應 用 與 防 災 使 用, 本 案 在 測 製 規 範 上 採 用 更 加 嚴 謹 的 尺 度 做 規 劃 ; 於 GPS 地 面 基 站 的 設 置 規 範 上, 規 定 空 載 光 達 資 料 獲 取 同 時, 應 於 掃 瞄 區 域 內 20 公 里 範 圍 內, 選 取 2 點 以 上 之 透 空 度 佳 ( 仰 角 10 度 以 上 無 遮 蔽 ) 的 地 面 GPS 基 地 站 ; 為 利 航 帶 平 差 之 成 果 進 行 精 度 分 析 及 資 料 之 整 合, 本 案 規 定 進 行 航 帶 平 差 時, 每 航 帶 間 應 有 頭 中 及 尾 共 3 個 控 制 點 加 入 航 帶 間 的 平 差 計 算 使 用, 惟 山 區 道 路 崎 嶇 難 行 或 無 法 抵 達 之 處, 容 許 使 用 航 測 空 中 三 角 方 法, 而 在 航 帶 重 疊 率 則 規 定 需 在 40% 以 上 ; 本 計 畫 為 獲 取 1 米 高 精 密 度 數 值 高 程 模 型 (DEM) 資 料, 故 設 定 嚴 謹 的 光 達 點 雲 掃 瞄 密 度 及 重 疊 航 帶 後 的 點 雲 密 度, 並 以 100 米 100 米 為 單 位, 於 低 海 拔 及 河 川 洪 泛 溢 淹 地 區 ( 高 程 800 米 以 下 ) 平 均 密 度 需 大 於 2.02 點 / 平 方 米, 中 高 海 拔 地 區 ( 高 程 800 米 以 上 ) 平 均 密 度 需 大 於 1.5 點 / 平 方 米, 密 度 不 足 比 例 需 小 於 測 區 面 積 之 10%; 低 密 度 ( 平 均 密 度 小 於 1.0 點 / 平 方 米 ) 之 比 例 需 小 於 測 區 面 積 之 5%; 在 點 雲 分 類 方 面, 本 案 採 用 地 面 點 (Ground) 非 地 面 點 (Nonground) 水 域 點 (Water) 雜 點 (Noise) 等 共 四 種 類 別 作 為 分 類 標 準 另 飛 航 掃 瞄 應 同 時 進 行 航 照 影 像 的 拍 攝, 單 幅 影 像 之 含 雲 量 應 低 於 5% 之 影 像 空 載 光 達 數 值 地 形 製 作 之 主 要 工 作 內 容 包 含 下 列 六 大 項 : (1) 空 載 雷 射 掃 瞄 飛 航 計 畫 規 劃 與 申 請 (2) 地 面 GPS 基 地 站 控 制 測 量
侯 進 雄 費 立 沅 邱 禎 龍 陳 宏 仁 謝 有 忠 胡 植 慶 林 慶 偉 : 空 載 光 達 數 值 地 形 產 製 與 地 質 災 害 的 應 用 95 (3) 空 載 雷 射 掃 瞄 施 測 資 料 獲 取 (4) 雷 射 掃 瞄 點 雲 資 料 處 理 (5) 數 值 高 程 模 型 (DEM) 與 數 值 地 表 模 型 (DSM) 製 作 正 高 改 算 人 工 檢 核 與 編 修 及 圖 幅 鑲 嵌 處 理 等 (6) 正 射 影 像 製 作 圖 1 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 6 年 來 執 行 LiDAR 掃 瞄 之 區 域 圖 圖 2 空 載 光 達 掃 瞄 示 意 圖 ( 謝 有 忠 等,2012)
96 航 測 及 遙 測 學 刊 第 十 八 卷 第 二 期 民 國 103 年 05 月 再 根 據 標 準 作 業 流 程 ( 圖 3) 分 成 飛 航 掃 瞄 規 劃 資 料 獲 取 原 始 點 雲 解 算 點 雲 分 類 與 編 修 及 成 果 產 出 等 5 個 階 段, 最 終 產 製 1 米 1 米 的 DEM/DSM 及 解 析 度 50 公 分 的 正 射 影 像, 供 後 續 地 質 敏 感 特 性 分 析 使 用, 並 建 置 高 解 析 度 數 值 地 形 資 料 庫 3. 空 載 光 達 數 值 資 料 處 理 檢 核 與 精 度 控 制 光 達 產 製 資 料 品 質 好 壞 與 未 來 是 否 能 實 際 應 用 於 分 析 或 災 區 整 治 用 途, 皆 與 LiDAR 資 料 掃 瞄 測 製 數 值 地 形 製 作 成 果 之 品 質 有 相 當 大 之 關 聯 性, 且 LiDAR 資 料 處 理 完 成 之 時 程 與 整 體 計 畫 之 執 行 是 否 順 利 息 息 相 關 因 此 必 須 有 一 獨 立 廠 商 對 於 資 料 建 置 廠 商 整 個 作 業 流 程 與 資 料 品 質 做 最 好 的 監 督 與 把 關 的 工 作, 以 保 障 其 正 確 性 並 供 後 續 應 用, 以 期 計 畫 能 如 期 如 質 完 成 3.1 資 料 處 理 檢 核 本 項 檢 核 工 作 除 了 就 建 置 廠 商 的 作 業 計 畫 進 度 管 控 與 成 果 的 繳 交 等 期 程 的 控 管 之 外, 對 於 工 作 的 實 質 內 容 亦 有 嚴 密 的 檢 核 機 制 ; 因 此 除 了 飛 航 計 畫 書 光 達 系 統 率 定 ( 含 率 定 場 ) 控 制 點 ( 含 點 位 指 示 圖 ) 航 帶 平 差 潮 汐 資 料 各 架 次 成 果 飛 航 掃 瞄 點 雲 記 錄 格 式 測 區 覆 蓋 完 整 度 及 相 鄰 航 帶 重 疊 率 等 書 面 或 程 式 檢 核 外, 對 於 點 雲 密 度 不 合 理 點 雲 測 區 水 體 點 雲 航 帶 平 差 控 制 點 點 雲 過 濾 原 始 與 正 射 影 像 圖 幅 無 縫 接 邊 處 理 等 作 書 面 檢 核 或 實 地 的 外 業 測 量 查 核, 俾 使 資 料 品 質 更 臻 完 善 正 確 在 點 雲 過 濾 檢 查 項 目 方 面, 依 建 置 廠 商 初 期 的 繳 交 成 果, 針 對 點 雲 過 濾 有 疑 義 ( 常 見 錯 誤 ) 之 項 目 歸 納 出 如 表 1 共 11 項 基 本 準 則, 並 依 此 準 則 進 行 檢 查, 檢 查 發 現 列 表 中 任 一 錯 誤, 視 為 1 個 錯 誤 區, 單 幅 累 積 滿 3 個 錯 誤 即 判 定 不 合 格 圖 3 空 載 光 達 作 業 流 程 圖
侯 進 雄 費 立 沅 邱 禎 龍 陳 宏 仁 謝 有 忠 胡 植 慶 林 慶 偉 : 空 載 光 達 數 值 地 形 產 製 與 地 質 災 害 的 應 用 97 表 1 本 計 畫 檢 核 廠 商 歸 納 出 點 雲 過 濾 時 常 見 的 明 顯 錯 誤 點 雲 過 濾 明 顯 錯 誤 ( 常 見 錯 誤 ) 列 表 1 建 物 未 濾 除 7 非 永 久 性 土 堆 未 濾 除 2 堤 防 或 實 心 道 路 被 濾 除 ( 含 土 地 面 點 不 足 ( 地 面 點 過 少, 明 顯 不 足 以 表 現 地 形 8 堤 田 埂 等 ) 變 化 ) 3 橋 樑 ( 含 高 架 道 路 ) 涵 洞 未 濾 除 9 圖 幅 或 圖 幅 內 接 邊 問 題 ( 圖 幅 間 高 程 不 一 致 ) 4 不 合 理 點 雲 ( 高 點 或 低 點 ) 未 濾 除 10 航 帶 間 有 明 顯 偏 差 ( 平 差 問 題 ) 5 地 面 點 過 度 濾 除 ( 地 形 反 曲 位 置, 如 : 山 脊 線 因 地 面 點 不 足 被 削 平 ) 11 水 域 內 點 雲 未 濾 除 ( 本 項 納 入 水 域 範 圍 線 檢 查 不 視 為 編 輯 錯 誤, 但 後 續 作 業 中, 需 確 實 將 水 域 內 點 雲 濾 除 ) 6 植 被 未 濾 除 ( 矮 植 被 則 考 量 其 影 響 面 積 與 高 度 進 行 判 定 ) 3.2 成 果 精 度 控 制 本 計 畫 為 獲 取 1 米 高 精 密 度 數 值 地 形 模 型 資 料, 設 定 上 述 嚴 謹 的 光 達 點 雲 掃 瞄 密 度 在 DEM 品 質 方 面, 依 據 內 政 部 LiDAR 測 製 數 值 高 程 模 型 及 數 值 地 表 模 型 標 準 作 業 程 序 ( 草 案 ), 本 案 之 DEM 成 果 產 製 的 精 度 採 用 內 政 部 Level 2B 等 級 標 準, 高 程 精 度 以 σ = a + b + c t 公 式 計 算 ( 參 數 說 明 請 參 照 前 述 草 案 ), 由 基 本 精 度 標 準, 再 依 據 不 同 地 形 類 別 及 地 表 植 被 覆 蓋 情 形 作 為 檢 核 依 據, 平 面 精 度 需 符 合 50 公 分 以 下 的 檢 核 基 準 另 於 正 射 影 像 需 符 合 50 公 分 地 面 解 析 度 的 彩 色 影 像, 檢 核 工 作 項 目 包 含 格 式 及 品 質 檢 查 地 物 連 續 及 合 理 性 檢 查 地 物 平 面 位 置 精 度 檢 查, 其 中 對 於 色 調 與 色 彩 平 衡 構 造 物 交 通 系 統 與 其 他 建 物 之 完 整 性 及 是 否 扭 曲 變 形 及 圖 幅 接 邊 的 連 續 性, 以 達 無 縫 接 邊 的 完 美 狀 況 ; 惟 因 不 同 年 度 由 於 天 然 災 害 ( 山 崩 或 土 石 流 ) 造 成 前 後 期 地 形 地 物 的 改 變, 本 案 採 取 分 別 維 持 前 後 期 的 成 果, 不 需 更 動, 但 須 於 地 形 地 物 有 差 異 之 處, 說 明 其 原 因, 供 後 續 使 用 者 參 考 在 成 果 精 度 的 檢 核 方 面, 監 審 廠 商 須 就 航 帶 平 差 控 制 點 與 不 同 地 類 的 地 形 高 程 做 實 際 的 外 業 測 量 檢 核 工 作, 其 測 量 與 建 置 廠 商 的 比 較 結 果, 依 內 政 部 基 本 測 量 實 施 規 則 所 規 定 之 加 密 控 制 測 量 精 度 規 範, 採 單 次 抽 樣, 抽 樣 比 例 為 10% 以 上, 每 個 送 驗 批 至 少 抽 4 個 點, 允 收 品 質 水 準 (AQL) 為 0, 亦 即 所 有 抽 樣 皆 須 通 過 檢 查 標 準 ; 在 航 帶 平 差 高 程 控 制 點 方 面, 水 平 (E 或 N 坐 標 分 量 ) 分 量 差 值 之 絕 對 值 應 小 於 30mm+ppm; 垂 直 (h 坐 標 分 量 ) 分 量 差 值 之 絕 對 值 應 小 於 75mm+15ppm; 航 帶 平 差 平 面 控 制 點 ( 特 徵 角 點 ) 方 面, 以 水 平 分 量 差 值 之 絕 對 值 應 小 於 100mm+6ppm; 垂 直 分 量 差 值 之 絕 對 值 應 小 於 150mm+15ppm, 否 則 以 不 合 格 計 全 部 抽 驗 之 點 位 需 符 合 規 定 才 算 合 格 任 何 點 位 不 符 合 規 範, 視 同 地 面 控 制 測 量 成 果 驗 收 不 通 過 由 於 本 案 空 載 光 達 資 料 獲 取 同 時, 應 於 掃 瞄 區 域 內 20 公 里 範 圍 內, 選 取 2 點 以 上 之 透 空 度 佳 的 地 面 GPS 基 地 站, 故 航 帶 平 差 控 制 點 距 上 述 GPS 基 站 之 最 長 距 離 應 為 20 公 里 之 半, 故 本 案 驗 收 之 基 線 統 一 以 10 公 里 檢 核 計 算 之 依 據 ; 故 平 面 標 準 為 90mm(30mm+6ppm), 高 程 標 準 為 225mm(75mm+15ppm) 在 DEM 成 果 產 製 的 外 業 實 際 檢 核 方 面, 依 上 述 不 同 地 類 依 規 範 標 準, 分 別 於 實 地 上 適 當 透 空 處, 以 動 態 方 式 觀 測, 並 使 用 內 政 部 國 土 測 繪 中 心 e-gps 系 統 為 參 考 框 架, 實 測 得 各 地 類 點 三 維 坐
98 航 測 及 遙 測 學 刊 第 十 八 卷 第 二 期 民 國 103 年 05 月 標, 再 與 產 製 的 DEM 成 果 依 地 類 點 平 面 坐 標 內 插 而 得 的 高 程 做 比 較, 必 須 符 合 σ = a + b + c t 公 式 Level 2B 的 標 準 4. 地 質 災 害 敏 感 特 性 分 析 本 項 工 作 主 要 利 用 空 載 光 達 所 測 製 之 數 值 地 形 模 型 與 航 照 影 像, 以 分 年 分 區 完 成 莫 拉 克 受 災 區 域 內 之 地 質 構 造 與 地 形 分 析 可 能 的 地 質 敏 感 地 區 範 圍 圏 繪 地 質 災 害 潛 勢 分 析 與 地 質 災 害 可 能 影 響 區 域 分 布 等 工 作, 以 精 確 完 整 的 評 估 災 區 之 地 質 敏 感 地 區 地 質 災 害 潛 勢 區 域 及 地 質 災 害 可 能 影 響 區 域 分 布, 並 適 切 討 論 相 關 地 質 災 害 之 成 因 影 響 範 圍 影 響 程 度 與 未 來 可 能 之 發 展 等, 以 供 後 續 國 土 規 劃 國 土 分 級 管 理 國 土 保 育 等 目 的 使 用 主 要 工 作 項 目 如 下 : (1) 判 釋 地 質 構 造 河 流 水 系 緩 坡 地 與 階 地 地 形 ; 進 行 莫 拉 克 風 災 前 後 地 形 地 貌 比 對 判 釋 之 內 容 包 括 工 作 範 圍 內 之 斷 層 褶 皺 及 其 他 類 型 不 連 續 面 的 線 形 構 造 河 流 水 系 緩 坡 地 ( 面 積 大 於 10 公 頃 以 上 ) 與 階 地 等 (2) 判 釋 可 能 致 災 之 環 境 地 質 因 子, 並 圏 繪 地 質 敏 感 地 區 運 用 現 有 之 調 查 影 像 及 數 值 地 形 資 料, 進 行 工 作 範 圍 內 之 環 境 地 質 因 子 圏 繪 與 屬 性 資 料 建 置, 環 境 因 子 圏 繪 包 括 山 崩 ( 落 石 岩 屑 崩 滑 及 岩 體 滑 動 等 3 種 類 型 ) 順 向 坡 土 石 流 河 岸 侵 蝕 及 向 源 侵 蝕 等 資 料 ; 各 類 屬 性 資 料 的 建 置, 根 據 地 調 所 前 期 環 境 地 質 資 料 庫 標 準 格 式 建 置 完 成 環 境 地 質 因 子 建 置 後, 配 合 地 調 所 前 期 建 置 之 資 料, 就 山 崩 土 石 流 及 其 它 可 能 存 在 之 地 質 敏 感 地 區, 配 合 地 形 現 況, 進 行 地 質 敏 感 地 區 的 範 圍 圏 繪 (3) 進 行 山 崩 地 質 災 害 潛 勢 分 析 及 其 可 能 影 響 區 域 之 圏 繪 結 合 前 兩 項 工 作 項 目 之 分 析 成 果, 比 對 曾 經 發 生 地 質 災 害 的 案 例 歷 年 衛 星 影 像 或 航 照 分 析 成 果, 確 認 重 大 山 崩 可 能 發 生 的 區 位, 並 加 以 分 級 分 類, 進 行 山 崩 之 災 害 特 性 發 生 原 因 未 來 可 能 之 災 害 潛 勢 分 析 及 估 計 其 可 能 影 響 的 範 圍 (4) 受 災 地 區 重 點 區 域 的 地 質 敏 感 特 性 評 估 對 於 調 查 區 域 內 具 有 保 全 對 象 之 重 點 地 區, 配 合 LiDAR 數 值 地 形 資 料, 進 行 細 部 之 判 釋 與 野 外 地 質 查 核 工 作 調 查 內 容 以 高 山 聚 落 為 主, 但 其 它 具 有 保 全 對 象 之 所 在 及 重 要 設 施 ( 如 水 庫 電 廠 橋 梁 及 道 路 等 ) 也 需 加 以 評 估, 其 優 先 調 查 次 序 以 聚 落 為 第 一 優 先 水 庫 電 廠 及 重 要 公 共 建 築 為 第 二 優 先, 再 者 為 重 要 聯 結 橋 樑 與 道 路 等 現 地 細 部 調 查 以 1/5,000 數 值 地 形 圖 為 工 作 底 圖, 調 查 內 容 應 涵 蓋 重 點 區 域 及 鄰 近 區 域 內 各 類 不 利 地 質 安 全 之 環 境 地 質 因 子 或 人 為 之 行 為 進 行 調 查 與 評 估 ( 表 2) 5. 大 規 模 崩 塌 調 查 5.1 大 規 模 崩 塌 定 義 國 際 間 針 對 山 崩 或 坡 地 土 砂 災 害 等 現 象 之 分 類 方 法 眾 多, 多 以 移 動 材 料 移 動 方 式 移 動 速 度 發 生 規 模 等 因 子 進 行 分 類 ; 歐 美 地 區 的 研 究 多 以 Large landslides ; Deep-seated Landslides ; Catastrophic rockslide-avalanches ; Catastrophic landslide ; Large-scale rock avalanches;sturzstrom 等 名 詞 來 表 示 涉 及 岩 體 滑 動 或 崩 解 的 大 規 模 破 壞 (Geertsema et al., 2006; Jarman, 2006) 美 國 地 質 調 查 所 (USGS) 彙 整 了 近 百 年 全 球 出 現 的 大 規 模 崩 塌 事 件, 這 些 列 入 全 球 性 事 件 的 多 有 下 列 3 項 特 點 之 一 或 以 上,(1) 至 少 造 成 百 人 死 亡 以 上,(2) 巨 額 財 產 損 失,(3) 造 成 自 然 環 境 重 大 影 響 等, 以 對 社 會 經 濟 或 自 然 環 境 有 重 大 衝 擊 的 山 崩, 包 括 人 員 和 財 務 的 重 大 損 失, 稱 為 Large landslide(usgs, 2010) 加 拿 大 則 以 近 30 年 來 的 統 計, 即 以 50 萬 立 方 米 或 範 圍 超 過 1 公 里 等 條 件, 來 定 義 大 規 模 崩 塌 或 災 害 性 崩 塌 (Geertsema et al., 2006); 另 有 以 剪 切 面 超 過 3 米 深 度 或 平 均 影 響 面 積 超 過 4.2 公 頃 者 (Van Den Eeckhaut et al., 2005) 岩 坡 破 壞 至 少 0.01 平 方 公 里 為 最 低 門 檻 標 準 者 (Jarman, 2006) 等 有 關 大 規
侯 進 雄 費 立 沅 邱 禎 龍 陳 宏 仁 謝 有 忠 胡 植 慶 林 慶 偉 : 空 載 光 達 數 值 地 形 產 製 與 地 質 災 害 的 應 用 99 模 崩 塌 的 描 述 與 定 義 而 在 日 本 相 關 研 究 中, 也 將 災 害 規 模 依 滑 動 深 度 區 分 為 深 層 崩 壞 及 表 層 崩 壞, 以 一 般 表 層 土 與 岩 石 基 盤 分 界 大 約 在 0.5-2 米 深 度 為 分 類 依 據, 而 深 層 崩 壞 為 在 斜 坡 上 發 生 較 大 規 模, 滑 動 深 度 較 深, 且 包 含 表 土 層 及 地 盤 基 岩 等 土 石 岩 塊 的 崩 壞 現 象, 並 具 高 速 移 動 的 土 砂 運 動, 且 土 砂 運 移 範 圍 多 超 過 原 土 石 崩 壞 範 圍, 坡 面 崩 壞 土 塊 會 在 崩 解 同 時 開 始 移 動, 或 是 維 持 原 形 態 崩 解 下 滑 等 幾 個 特 徵 (( 社 ) 砂 防 学 会, 2004), 且 深 層 崩 壞 土 砂 體 積 量 多 為 10 5 立 方 米 以 上, 容 易 引 起 土 石 流 堰 塞 湖 等 而 造 成 甚 大 的 災 害 ( 独 立 行 政 法 人 土 木 研 究 所, 2008), 因 此 由 災 害 規 模 可 與 表 層 崩 壞 區 分 出 日 本 地 滑 學 會 也 提 出 以 發 生 區 規 模 為 30 米 以 及 移 動 速 度 以 5 米 / 天 為 界, 可 以 按 田 字 型 分 成 四 類, 包 含 大 規 模 高 速 ( 如 深 層 崩 壞 ) 大 規 模 低 速 ( 如 地 滑 ) 小 規 模 高 速 ( 如 落 石 ) 小 規 模 低 速 ( 如 表 層 潛 移 ) 等, 發 生 區 域 之 規 模 可 以 直 接 在 地 形 圖 上 量 測, 可 為 方 便 現 地 調 查 的 操 作 定 義 (( 社 ) 日 本 地 す べり 学 会, 2004) 表 2 莫 拉 克 颱 風 受 災 區 之 地 質 敏 感 特 性 分 析 計 畫 各 年 重 要 成 果 年 度 No. 年 度 生 產 重 要 圖 資 成 果 99 年 ( 南 部 ) 100 年 ( 中 部 ) 101 年 ( 東 部 ) 1 地 質 敏 感 區 圈 繪 完 成 幅 數 42 幅 (1/25,000) 1100 幅 (1/5,000) 773 幅 (1/5,000) 落 石 1,053 1,873 387 2 山 崩 岩 屑 崩 滑 54,889 39,359 22,312 岩 體 崩 滑 387 321 358 總 計 56,329 41,553 23,057 3 土 石 流 1,700 1,100 663 4 順 向 坡 4,398 3,646 1,168 5 河 岸 侵 蝕 1,586 566 288 6 向 源 侵 蝕 3,579 299 175 7 重 大 山 崩 491 321 358 8 潛 在 大 規 模 崩 塌 52 178 188 不 安 全 50 56 70 9 聚 落 安 全 評 估 有 條 件 安 全 46 57 46 安 全 14 15 37 總 計 110 128 153 1:25,000 成 果 圖 10 地 質 構 造 地 形 與 特 徵 分 析 成 果 圖 32 44 38 11 地 質 敏 感 地 區 分 布 圖 42 44 38 12 13 地 質 災 害 潛 勢 分 析 及 山 崩 地 質 災 害 可 能 影 響 區 域 分 布 圖 1:5,000 之 重 點 區 域 地 質 敏 感 特 性 評 估 分 析 圖 42 44 38 101 100 100
100 航 測 及 遙 測 學 刊 第 十 八 卷 第 二 期 民 國 103 年 05 月 目 前 常 見 的 分 類 方 法 為 Varnes 之 分 類 方 法 (Varnes, 1978), 以 移 動 物 質 的 材 料 及 移 動 方 式 來 分 類, 中 央 地 質 調 查 所 先 前 即 參 考 此 山 崩 分 類 方 法 並 加 入 順 向 坡 地 形 風 化 侵 蝕 礦 坑 棄 填 土 等 而 成 環 境 地 質 基 本 因 子, 此 方 式 可 以 利 用 目 前 常 見 的 地 形 或 影 像 資 料, 而 進 行 有 效 且 方 便 的 判 釋 雖 目 前 的 分 類 中 並 未 加 入 土 砂 規 模 或 移 動 速 度 的 考 量, 而 以 岩 體 滑 動 的 定 義 會 產 生 大 規 模 土 砂 事 件, 故 本 文 所 討 論 的 大 規 模 崩 塌 即 以 岩 體 滑 動 類 型 為 主 日 本 京 都 大 學 千 木 良 雅 弘 (2011) 在 其 大 規 模 崩 塌 潛 感 區 一 書 中, 即 以 崩 塌 土 方 量 達 十 萬 (10 5 ) 立 方 米 以 上, 亦 即 長 寬 深 分 別 為 100 米 100 米 10 米 以 上 作 為 大 規 模 崩 塌 之 定 義, 此 定 義 方 式 可 以 在 圖 面 上 清 楚 劃 分 崩 塌 的 規 模, 對 室 內 判 釋 或 野 外 調 查 作 業 都 能 方 便 操 作, 故 本 研 究 也 以 此 規 模 大 小 做 為 大 規 模 崩 塌 之 定 義 ( 謝 有 忠 等,2013) 5.2 大 規 模 崩 塌 地 表 特 性 大 規 模 崩 塌 的 發 生 雖 是 一 種 瞬 間 高 速 的 滑 動 行 為, 然 於 未 發 生 滑 動 前 會 有 一 段 很 長 的 孕 育 發 展 過 程, 在 這 些 發 展 的 過 程 當 中, 地 表 上 將 會 顯 現 出 一 些 細 微 的 地 形 特 徵 ; 這 些 重 力 變 形 現 象 包 括 山 頂 緩 斜 面 崩 崖 反 斜 崖 裂 縫 二 重 或 多 重 山 稜 線 線 狀 凹 地 圓 弧 形 滑 動 體 坡 趾 隆 起 坡 面 及 側 邊 蝕 溝 岩 盤 潛 變 現 象 其 它 老 崩 塌 地 地 形, 部 分 特 徵 位 置 分 布 如 圖 4, 上 述 地 形 特 徵 多 為 利 用 地 形 圖 或 地 形 資 料 可 判 釋 出, 這 些 地 表 上 顯 現 出 一 些 細 微 的 地 形 特 徵, 將 是 我 們 尋 找 潛 在 大 規 模 崩 塌 的 重 要 判 釋 依 據 或 是 坡 面 上 地 貌 特 徵, 或 由 水 系 密 度 排 列 狀 況, 或 地 形 坡 面 平 整 程 度 等 來 進 行 判 釋, 在 臺 灣 地 區 多 數 發 生 不 久 的 或 植 生 不 易 的 崩 塌 地 比 較 容 易 被 判 釋 出 ; 植 生 復 原 的 崩 塌 地 或 舊 崩 塌 地, 由 於 山 坡 地 植 生 茂 密, 衛 星 影 像 或 航 空 照 片 則 易 受 植 生 遮 蔽 影 響, 而 影 響 判 釋 結 果 而 地 形 資 料 方 面, 過 去 數 值 地 形 資 料 的 產 製, 大 多 來 自 航 空 攝 影 立 體 測 圖 產 製 的 數 值 地 形, 然 而 航 空 攝 影 受 到 地 面 上 植 被 的 覆 蓋, 在 植 被 茂 密 的 高 山 密 林 區, 受 到 製 圖 者 經 驗 且 主 觀 的 因 素 影 響 甚 鉅, 無 法 呈 現 真 實 的 地 表 地 形 因 此 在 大 規 模 崩 塌 呈 現 的 小 崖 崩 崖 等 地 形 特 徵, 並 不 易 被 判 釋 出 來 ( 圖 5) 近 年 來 空 載 光 達 技 術 快 速 發 展, 由 於 它 能 穿 透 地 表 植 被 的 覆 蓋, 能 夠 獲 取 真 實 地 表 的 數 值 高 程 模 型, 且 因 具 有 足 夠 可 靠 的 解 析 度 精 度 便 利 等 特 性, 在 地 質 與 地 形 學 的 領 域 可 以 提 供 極 佳 的 應 用, 更 重 要 的 是 此 項 技 術 可 以 濾 除 建 物 與 樹 木 遮 蔽, 還 原 原 始 地 面 形 貌, 能 確 實 符 合 地 質 與 地 形 之 分 析 研 究 本 研 究 利 用 空 載 光 達 技 術 所 測 製 之 高 解 析 度 數 值 地 形 資 料 航 照 影 像, 輔 以 既 有 地 質 圖 之 地 層 與 構 造 資 料, 合 併 地 形 坡 向 資 料, 以 地 形 計 測 方 法 分 析 處 理, 針 對 細 微 地 形 特 徵 之 分 析, 進 行 潛 在 大 規 模 崩 塌 之 判 釋 ; 透 過 光 達 數 值 地 形 資 料 之 判 釋 與 現 地 調 查 ( 圖 6~ 圖 8), 可 找 出 可 能 屬 於 大 規 模 崩 塌 滑 動 的 潛 在 區 域, 探 討 潛 在 大 規 模 崩 塌 滑 動 體 可 能 的 活 動 性, 崩 塌 後 可 能 的 堆 積 形 貌 塊 體 運 動 路 徑 與 速 度 及 整 體 影 響 範 圍 與 未 來 可 能 之 發 展 等 6. 以 空 載 光 達 數 值 地 形 判 釋 大 規 模 崩 塌 就 崩 塌 判 釋 研 究 而 言, 過 去 坡 地 地 質 災 害 的 研 究, 包 含 淺 層 崩 塌 岩 體 滑 動 土 石 流 等, 主 要 多 利 用 衛 星 影 像 航 空 照 片 現 地 調 查 及 數 值 高 程 模 型 等 基 本 資 料 來 進 行 分 析 研 究 ( 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所,2008), 從 衛 星 影 像 航 照 上 植 生 色 調 變 化, 圖 4 大 規 模 崩 塌 細 微 地 形 特 徵 示 意 圖 ( 修 改 自 鈴 木 隆 介, 2000)
侯 進 雄 費 立 沅 邱 禎 龍 陳 宏 仁 謝 有 忠 胡 植 慶 林 慶 偉 : 空 載 光 達 數 值 地 形 產 製 與 地 質 災 害 的 應 用 101 圖 5 左 圖 為 利 用 空 載 光 達 產 製 之 1 米 解 析 度 之 日 照 陰 影 圖, 右 圖 為 航 照 正 射 影 像 大 規 模 崩 塌 的 的 細 微 地 形 特 徵 可 以 由 左 圖 圈 繪 出 可 能 潛 在 的 崩 塌 區 域, 再 套 繪 於 右 圖 航 照 正 射 影 像 上, 再 次 的 驗 證, 由 此 不 難 判 釋 出 其 潛 勢 區 域, 這 是 先 前 單 從 高 植 被 覆 蓋 密 林 區 的 航 照 正 射 影 像 上 做 判 釋 很 難 辦 到 的 圖 6 高 雄 市 寶 來 區 竹 林 聚 落 由 空 載 光 達 產 製 之 1 米 解 析 度 數 值 地 形 陰 影 圖 判 釋 出 可 能 潛 在 大 規 模 崩 塌 的 地 形 特 徵 圖 7 根 據 室 內 判 釋 結 果, 實 際 赴 現 場 找 尋 可 能 的 地 形 特 徵 證 據, 此 為 圖 6(A) 處 於 現 地 上 出 現 崩 崖 切 過 路 面, 呈 現 明 顯 的 落 差 與 擋 土 牆 破 壞 的 情 況
102 航 測 及 遙 測 學 刊 第 十 八 卷 第 二 期 民 國 103 年 05 月 圖 8 此 為 圖 6(B) 處 於 現 地 上 呈 現 梅 樹 園 坡 面 有 一 明 顯 高 差, 顯 示 崩 崖 於 梅 樹 園 發 育 的 情 形 7. 大 規 模 崩 塌 之 初 步 調 查 成 果 地 調 所 自 2011 年 起 依 據 高 解 析 度 數 值 地 形 資 料, 分 年 分 區 針 對 莫 拉 克 災 區 進 行 潛 在 大 規 模 崩 塌 區 域 性 之 調 查 圈 繪 ( 圖 9); 初 步 以 面 積 大 於 10 公 頃 崩 塌 體 積 超 過 10 萬 立 方 米 深 度 在 10 米 以 上 者 進 行 篩 選 結 果 顯 示 在 南 部 地 區 共 有 52 處 符 合 潛 在 大 規 模 崩 塌 區 位 之 條 件, 其 中 對 聚 落 有 影 響 者 共 計 13 處 ; 中 部 地 區 共 有 225 處 符 合 潛 在 大 規 模 崩 塌 區 位 之 條 件, 其 中 對 聚 落 有 影 響 者 共 計 27 處 ; 東 部 地 區 共 有 192 處 符 合 潛 在 大 規 模 崩 塌 區 位 之 條 件, 其 中 對 聚 落 有 影 響 者 共 計 13 處 依 崩 塌 潛 勢 將 聚 落 分 為 高 中 低 等 3 等 級, 其 中 列 為 中 高 潛 勢 之 聚 落, 建 議 在 汛 期 前, 儘 速 針 對 影 響 範 圍 內 之 住 戶 建 立 相 關 名 冊 擬 定 安 全 避 難 住 所 ; 於 颱 風 豪 大 雨 時 建 議 配 合 現 有 土 石 流 避 難 疏 散 與 預 警 機 制, 撤 離 影 響 範 圍 內 之 居 民 此 外, 應 儘 速 進 行 現 地 細 部 調 查 工 作, 包 括 地 表 地 質 地 表 及 地 下 水 文 地 電 探 勘 現 地 鑽 探 以 及 邊 坡 穩 定 分 析 等 工 作 配 合 現 調 資 料 確 認 滑 動 範 圍 發 生 滑 動 潛 勢, 進 而 評 估 工 程 治 理 監 測 預 警 土 地 管 理 與 居 民 遷 移 等 相 關 作 為 而 在 相 關 工 作 完 成 前, 建 議 儘 速 進 行 簡 易 監 測 工 作 ( 雨 量 GPS 連 續 監 測 與 全 測 站 定 期 監 測 ) 列 為 低 潛 勢 之 聚 落 則 建 議 進 行 持 續 監 測 之 工 作 目 前 國 內 外 對 於 潛 在 大 規 模 崩 塌 的 研 究 技 術 仍 持 續 發 展 中, 因 此 本 項 成 果 僅 屬 初 步 分 析 之 資 料, 僅 提 供 相 關 重 建 單 位 及 各 級 政 府 參 考, 建 議 針 對 前 述 具 潛 在 災 害 地 區 的 聚 落, 構 思 必 要 的 防 災 因 應 對 策 8. 潛 在 大 規 模 崩 塌 活 動 性 監 測 為 了 聚 落 民 眾 的 安 全 考 量, 對 於 潛 在 大 規 模 崩 塌 地 區 必 須 進 行 長 期 之 調 查 與 觀 測 ( 圖 10), 包 括 地 表 地 質 地 表 及 地 下 水 文 地 電 探 勘 現 地 鑽 探 以 及 邊 坡 穩 定 分 析 等 工 作 ; 地 質 調 查 所 利 用 空 載 光 達 產 製 的 DEM 成 果, 於 莫 拉 克 災 區 初 步 判 釋 出 數 百 處 具 有 潛 在 大 規 模 崩 塌 區 域, 如 要 進 行 崩 塌 地 細 部 調 查 觀 測 與 維 護, 勢 必 花 費 相 當 龐 大 的 金 錢 ; 因 此 在 經 費 與 效 益 的 考 量 下, 無 法 對 疑 似 潛 在 崩 塌 區 域 進 行 全 面 性 的 細 部 觀 測 但 為 後 續 撤 離 避 難 逃 生 安 置 等 重 要 的 參 考 數 據, 迫 切 之 際, 地 質 調 查 所 首 先 就 南 部 地 區 有 聚 落 保 全 對 象 的 崩 塌 潛 勢 區 域, 選 擇 7 處 設 置 單 頻 的 GPS 接 收 儀 經 緯 儀 測 距 儀 器 及 雨 量 計 等 簡 易 監 測 儀 器 ( 圖 10) 由 於 主 要 誘 發 大 規 模 崩 塌 地 移 動 的 外 力 因 子 為 地 震 或 降 雨, 地 震 因 發 生 頻 率 較 低 且 在 中 央 氣 象 局 已 布
侯 進 雄 費 立 沅 邱 禎 龍 陳 宏 仁 謝 有 忠 胡 植 慶 林 慶 偉 : 空 載 光 達 數 值 地 形 產 製 與 地 質 災 害 的 應 用 103 建 有 完 善 的 監 測 網, 一 旦 地 震 發 生 可 藉 由 中 央 氣 象 局 觀 測 資 訊 進 行 崩 塌 外 力 的 分 析 ; 至 於 降 雨 量 部 分, 因 台 灣 地 區 的 地 形 及 氣 候 特 性, 降 雨 隨 空 間 的 變 異 性 相 當 高, 為 瞭 解 大 規 模 崩 塌 較 精 確 的 降 雨 資 訊, 在 大 規 模 崩 塌 坡 面 適 當 地 點 設 置 雨 量 觀 測 站, 配 合 前 述 兩 項 移 動 監 測 資 料 進 行 分 析, 以 觀 察 各 崩 塌 地 的 地 表 滑 動 趨 勢 與 活 動 性, 未 來 再 針 對 高 活 動 區 域 逐 步 進 行 地 質 鑽 探 測 傾 管 孔 內 伸 縮 計 地 表 伸 張 計 地 層 變 位 計 等 細 部 監 測 儀 器 的 設 置 圖 9 台 灣 莫 拉 克 受 災 地 區 潛 在 大 規 模 崩 塌 影 響 之 聚 落 分 布 圖
104 航 測 及 遙 測 學 刊 第 十 八 卷 第 二 期 民 國 103 年 05 月 圖 10 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 監 測 大 規 模 崩 塌 之 簡 易 監 測 儀 器 9. 大 規 模 崩 塌 影 響 範 圍 之 數 值 模 擬 判 釋 潛 在 大 規 模 崩 塌 之 後, 後 續 則 需 探 討 其 發 生 崩 塌 的 機 制 與 發 生 崩 塌 後 的 影 響 範 圍 由 於 大 規 模 崩 塌 的 研 究 上 屬 於 起 步 階 段, 發 生 崩 塌 的 雨 量 警 戒 值 仍 需 多 方 的 研 究 與 驗 證 ; 而 就 滑 動 深 度 而 言, 更 需 實 際 的 鑽 探 調 查 與 更 細 部 的 觀 測 才 能 得 知 最 主 要 的 滑 動 面 深 度 ; 但 就 防 救 災 的 角 度 來 看, 發 生 崩 塌 後 的 影 響 範 圍 更 是 後 續 撤 離 避 難 逃 生 安 置 等 重 要 的 參 考 依 據, 因 此 可 嘗 試 以 數 值 模 擬 方 法 來 探 討 各 崩 塌 地 發 生 崩 塌 後 之 影 響 範 圍 利 用 離 散 元 素 法 (Discrete Element Method, DEM) 於 山 崩 敏 感 區 域, 境 況 模 擬 發 生 山 崩 後 之 堆 積 範 圍 及 可 能 危 害 之 保 全 對 象 以 離 散 元 素 法 為 基 礎 的 模 型 是 由 多 個 分 離 的 個 體 所 組 成, 利 用 這 些 分 離 的 個 體, 經 過 參 數 的 校 正 後, 再 組 成 物 質 ; 顆 粒 與 顆 粒 之 間 有 互 相 鍵 結 作 用 離 散 元 素 法 的 基 礎 理 論 是 牛 頓 運 動 定 律 (Force-Displacement Law), 也 就 是 說 以 精 確 時 間 作 為 基 礎, 計 算 很 短 時 間 內 所 有 的 顆 粒 的 位 移 變 化, 顆 粒 與 顆 粒 之 間 力 的 傳 遞 因 此 離 散 元 素 法 不 止 得 到 的 是 模 擬 結 果, 還 可 將 過 程 記 錄 下 來, 如 力 速 度 位 移 在 整 個 模 擬 過 程 中 的 歷 時 變 化 等 ( 唐 昭 榮 等,2013;Tang et al.,2009) 使 用 以 離 散 元 素 法 為 基 礎 所 開 發 的 三 維 顆 粒 流 軟 體 PFC3D(Particle Flow Code 3D), 以 荖 濃 溪 與 曾 文 溪 上 游 各 一 處 潛 在 大 規 模 崩 塌 地 - 竹 林 茶 山 為 例, 運 用 已 知 的 地 質 野 外 調 查 資 料 以 及 遙 測 影 像, 判 斷 出 潛 在 滑 動 面 的 範 圍 及 深 度 從 模 擬 結 果 中 可 知, 竹 林 地 區 山 崩 的 整 體 影 響 範 圍 ( 包 含 崩 塌 範 圍 與 堆 積 影 響 區 ) 將 高 達 933,500 平 方 米, 並 有 可 能 產 生 一 堰 塞 湖 ( 圖 11 12) 當 地 居 民 有 潛 在 的 危 險 性 存 在 茶 山 的 模 擬 中 顯 示 也 有 可 能 產 生 一 堰 塞 湖, 而 由 於 塊 體 會 先 衝 撞 對 側 山 坡, 所 以 滑 動 距 離 較 短, 整 體 影 響 範 圍 較 竹 林 地 區 山 崩 小, 約 為 492,600 平 方 米, 對 於 茶 山 地 區 居 民 威 脅 可 能 較 低 如 此 配 合 三 維 數 值 模 擬 的 方 式, 可 以 了 解 在 潛
侯 進 雄 費 立 沅 邱 禎 龍 陳 宏 仁 謝 有 忠 胡 植 慶 林 慶 偉 : 空 載 光 達 數 值 地 形 產 製 與 地 質 災 害 的 應 用 105 在 性 山 崩 區 域, 若 發 生 山 崩, 其 運 動 型 態 速 度 堆 積 形 貌 以 及 造 成 之 堰 塞 湖 影 響 範 圍 利 用 模 擬 軟 體 進 行 潛 在 大 規 模 崩 塌 地 時, 由 於 大 規 模 崩 塌 地 之 影 響 範 圍 相 對 複 雜, 滑 移 距 離 和 崩 塌 體 積 有 關, 體 積 越 大 滑 動 的 距 離 越 大 數 值 模 擬 可 大 幅 降 低 地 形 對 影 響 範 圍 決 定 之 不 確 定 性, 但 在 參 數 設 定 部 分 為 關 鍵 課 題, 本 文 所 述 二 個 潛 在 崩 塌 地 目 前 並 無 鑽 井 和 其 他 探 勘 資 料, 無 法 得 知 滑 動 面 的 位 置 與 深 度, 因 此 藉 由 野 外 調 查 潛 在 崩 塌 區 的 範 圍 地 形 裂 隙 塌 陷 等 地 表 的 特 徵 來 估 算 滑 動 面 的 位 置, 難 免 會 有 誤 差 產 生 ; 而 且 不 同 材 料 在 不 同 速 度 及 位 移 條 件 下 之 摩 擦 特 性 研 究 仍 需 多 方 參 考 再 進 行 設 定 未 來 須 在 潛 勢 崩 塌 的 地 區 安 裝 傾 斜 管 等 監 測 儀 器, 並 增 加 鑽 孔 取 樣, 以 獲 得 岩 層 位 態 岩 石 試 驗 等 的 地 質 資 料, 才 能 做 更 有 效 的 評 估 ( 唐 昭 榮,2013) 圖 11 竹 林 地 區 潛 在 性 山 崩 區 域 三 維 模 擬 結 果 圖 中 顯 示 山 崩 發 生 後 120 秒 的 顆 粒 堆 積 情 形, 最 高 堆 積 高 度 可 達 97.6 米 圖 12 竹 林 地 區 崩 塌 後 可 能 造 成 之 堰 塞 湖 影 響 範 圍 ( 藍 色 部 分 ), 堰 塞 湖 深 度 可 達 7 米
106 航 測 及 遙 測 學 刊 第 十 八 卷 第 二 期 民 國 103 年 05 月 10.1 討 論 10. 討 論 與 結 論 (1) 進 行 判 釋 時 需 以 不 同 日 照 角 度 的 陰 影 圖 來 做 判 釋, 判 釋 成 果 需 說 明 使 用 的 日 照 角 度 (2) 對 於 大 規 模 崩 塌 的 判 釋, 除 了 提 供 地 質 構 造 資 訊 之 外, 應 搭 配 地 ( 層 ) 地 質 分 布, 針 對 地 ( 岩 ) 層 的 影 響 可 加 以 討 論 同 時 進 行 岩 性 與 山 崩 分 析 正 規 化 崩 塌 地 判 釋 基 準 ( 包 含 DEM 判 釋 方 法 ), 將 判 釋 的 崩 塌 區 依 規 模 加 以 統 計 區 分 (3) 可 嘗 試 以 LiDAR 成 果 對 大 規 模 崩 塌 地 涉 及 部 落 安 全 的 區 域 繪 製 地 貌 表 徵 圖 ( 同 時 產 製 2 米 或 5 米 Contour), 分 別 對 於 Scarp <5 米, Scarp >5 米 用 不 同 符 號 表 示, 在 廣 大 範 圍 之 大 規 模 崩 塌 地 中 找 出 不 同 滑 動 區 塊 之 最 活 躍 區 塊, 並 嘗 試 從 中 央 位 置 切 出 剖 面, 方 能 瞭 解 其 現 況 (4) 導 致 大 規 模 崩 塌 的 誘 因 除 了 地 震 短 時 間 的 降 雨 之 外, 其 他 如 長 時 間 的 降 雨 地 下 水 流 動 邊 坡 長 期 的 重 力 變 形 等 都 是 重 要 因 素 因 此 有 關 大 規 模 崩 塌 的 影 響 範 圍 及 警 戒 雨 量, 需 要 依 賴 更 多 的 調 查 研 究 資 料 來 訂 定 (5) 強 降 雨 ( 或 長 時 間 降 雨 ) 只 是 造 成 潛 在 大 規 模 崩 塌 的 主 要 因 子 之 一, 地 質 構 造 是 另 一 非 常 重 要 的 因 素, 因 此 需 要 完 成 基 本 的 地 質 調 查 建 置 基 本 的 監 測 網, 才 能 依 據 雨 量 數 據 地 下 水 位 變 動 量 位 移 的 變 形 量 等, 做 為 發 布 緊 急 措 施 之 依 據 (6) 數 值 模 擬 離 散 元 素 法 (PFC 3D) 可 模 擬 大 變 形 大 位 移 之 塊 體 變 形, 適 合 大 規 模 崩 塌 運 移 及 堆 積 範 圍 影 響 之 行 為 模 擬, 參 數 部 分 應 由 實 驗 率 定, 輔 以 大 量 的 現 場 調 查 來 訂 定 設 定 標 準 ; 在 尚 未 得 知 潛 在 大 規 模 崩 塌 區 的 滑 動 面 位 置 及 深 度 前, 藉 由 野 外 調 查 潛 在 崩 塌 區 的 範 圍 地 形 裂 隙 塌 陷 等 地 表 的 特 徵 來 估 算 滑 動 面 的 位 置, 以 模 擬 崩 塌 的 影 響 範 圍, 作 為 後 續 搬 遷 撤 離 等 防 災 減 災 之 參 考 資 訊 10.2 結 論 (1) 以 空 載 光 達 建 置 高 精 度 高 解 析 度 之 數 值 高 程 模 型 (DEM) 及 數 值 地 表 模 型 (DSM) 正 射 影 像 圖, 其 相 關 圖 資 除 了 可 提 高 國 土 開 發 利 用 之 精 確 度, 更 可 在 地 質 科 學 上 應 用 於 岩 性 變 化 之 研 究 地 質 構 造 與 地 形 特 徵 之 辨 識 分 析 地 質 特 性 其 分 析 結 果 可 協 助 進 行 山 崩 發 生 潛 在 危 險 之 區 域 進 行 判 釋, 利 用 1 米 解 析 度 之 數 值 高 程 模 型 (DEM) 重 新 進 行 構 造 判 釋, 同 時 利 於 各 項 作 業 分 析 結 果 之 精 度 提 升 (2) 利 用 高 精 度 數 值 地 形 模 型 進 行 潛 在 大 規 模 崩 塌 區 位 初 步 判 釋 與 篩 選, 需 進 行 後 續 之 細 部 調 查 作 業, 以 確 認 大 規 模 崩 塌 之 規 模 土 砂 量 體 與 影 響 範 圍 (3) 空 載 光 達 可 在 短 時 間 內 獲 取 資 料 並 建 置 高 精 度 及 高 解 析 度 數 值 地 形 模 型, 對 相 關 防 災 單 位 各 縣 市 政 府 於 日 後 推 動 國 土 保 育 環 境 規 劃 區 域 發 展 工 務 建 設 等 業 務 應 用, 提 升 災 害 預 防 災 害 緊 急 應 變 與 救 援 能 力 有 重 大 效 益 (4) 目 前 利 用 LiDAR 資 料 判 釋 的 潛 在 大 規 模 崩 塌 區, 僅 為 初 步 成 果, 在 尚 未 得 知 崩 塌 區 的 活 動 性 影 響 範 圍 與 導 致 崩 塌 的 可 能 機 制 之 前, 僅 能 提 供 各 縣 市 政 府 在 颱 風 豪 雨 來 臨 時, 作 為 防 災 減 災 的 參 考, 後 續 應 先 進 行 簡 易 觀 測, 長 期 則 應 詳 細 調 查 分 析 研 究, 才 能 做 為 日 後 疏 散 撤 離 作 業 的 依 據 誌 謝 本 計 畫 由 國 內 中 興 測 量 公 司 詮 華 國 土 測 繪 有 限 公 司 群 立 科 技 股 份 有 限 公 司 自 強 工 程 顧 問 有 限 公 司 等 四 家 廠 商 共 同 參 與 數 值 地 形 製 作 建 置, 國 立 成 功 大 學 測 量 與 空 間 資 訊 學 系 及 財 團 法 人 成 大 研 究 發 展 基 金 會 負 責 建 置 廠 商 資 料 品 質 的 監 督 與 成 果 的 審 核, 國 立 成 功 大 學 地 球 科 學 系 工 作 團 隊 參 與 地 質 敏 感 特 性 分 析 與 調 查 工 作, 以 及 本 所
侯 進 雄 費 立 沅 邱 禎 龍 陳 宏 仁 謝 有 忠 胡 植 慶 林 慶 偉 : 空 載 光 達 數 值 地 形 產 製 與 地 質 災 害 的 應 用 107 LiDAR 工 作 團 隊 的 一 起 努 力, 使 得 本 計 畫 得 以 在 高 規 格 品 質 的 要 求 下 順 利 完 成, 本 文 利 用 此 機 會 在 此 一 併 誌 謝 參 考 文 獻 千 木 良 雅 弘,2011 大 規 模 崩 塌 潛 感 區, 科 技 圖 書 股 份 有 限 公 司, 臺 北 市 內 政 部 消 防 署,2012 中 華 民 國 100 年 消 防 統 計 年 報, 內 政 部 消 防 署, 臺 北 市 http://www.nfa.gov.tw/ 唐 昭 榮 呂 喬 茵 胡 植 慶,2013 大 規 模 崩 塌 的 影 響 範 圍 模 擬 研 究 - 以 廬 山 溫 泉 北 坡 為 例, 地 質,32(1) : 87-89 唐 昭 榮,2013 集 水 區 河 道 及 特 定 崩 塌 地 之 崩 塌 運 動 模 式 模 擬 試 驗, 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 報 告, 共 48 頁 陳 樹 群 吳 俊 鋐,2009 莫 拉 克 颱 風 引 致 小 林 村 堰 塞 湖 之 形 成 與 潰 決 歷 程, 中 華 水 土 保 持 學 報, 40(4) : 377-392 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所,2008 都 會 區 及 周 緣 坡 地 環 境 地 質 資 料 庫 圖 集 說 明 書, 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所, 新 北 市 謝 有 忠 陳 宏 仁 邱 禎 龍 侯 進 雄,2012 高 解 析 度 數 值 地 形 在 坡 地 地 質 災 害 之 研 究, 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所, 新 北 市 謝 有 忠 陳 宏 仁 邱 禎 龍 侯 進 雄,2013 地 形 計 測 方 法 應 用 於 潛 在 大 規 模 崩 塌 調 查 之 可 行 性 研 究, 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所, 新 北 市 ( 社 ) 日 本 地 すべり 学 会,2004 地 すべり(Landslides) 地 形 地 質 的 認 識 と 用 語, 社 団 法 人 日 本 地 すべ り 学 会, 東 京 ( 社 ) 砂 防 学 会,2004 改 訂 砂 防 用 語 集, 社 団 法 人 砂 防 学 会, 東 京 独 立 行 政 法 人 土 木 研 究 所,2008 深 層 崩 壊 の 発 生 の 恐 れのある 渓 流 抽 出 マニュアル( 案 ), 土 木 研 究 所 資 料,4155 : 1-20 鈴 木 隆 介,2000 建 設 技 術 者 のための 地 形 図 読 図 入 門 第 3 巻 段 丘 丘 陵 山 地, 古 今 書 院, 東 京 Geertsema, M., Clague, J.J., Schwab, J.W. and Evans, S.G., 2006. An overview of recent large catastrophic landslides, in: northern British Columbia, Engineering Geology, 83: 120-143. Jarman, D., 2006. Large rock slope failures in the Highlands of Scotland: Characterisation, causes and spatial distribution, Engineering Geology, 83: 161-182. Tang, C. L., Hu, J. C., Lin, M. L., J. Angelier, Lu, C. Y., Chan, Y. C. and Chu, H. T., 2009. The Tsaoling landslide triggered by the Chi-Chi earthquake, Taiwan: Insights from a discrete element simulation, Engineering Geology, 106(1-2) :1-19. USGS, 2010. Worldwide Overview of Large Landslides of the 20th and 21st Centuries, http://landslides.usgs.gov/learning/majorls.ph p. Van Den Eeckhaut, M., J. Poesen, G. Verstraeten, V. Vanacker, J. Moeyersons, J. Nyssen. and L. P. H. van Beek., 2005. The effectiveness of hillshade maps and expert knowledge in mapping old deep-seated landslides, Geomorphology, 67(3-4) : 351-363. Varnes, D.J., 1978. Slope movement types and processes, Transportation Research Board Special Report, 176: 11-33.
108 Journal of Photogrammetry and Remote Sensing Volume 18, No.2, May 2014 Airborne LiDAR DEM and Geohazards Applications Chin-Shyong Hou 1 Li-Yuan Fei 2 Cheng-Lung Chiu 3 Hung-Jen Chen 4 Yu-Chung Hsieh 5 Jyr-Ching Hu 6 Ching-Wei Lin 7 ABSTRACT The heavy rainfall of Typhoon Morakot caused severe damage to infrastructures, property and human lives in southern Taiwan in 2009. The most atrocious incident was the Hsiaolin landslide which buried more than 400 victims. Consequently the airborne LiDAR survey was carried out from 2010 to 2012 by Central Geological Survey, MOEA in Taiwan to produce 1m x 1m high resolution DEM and aerial ortho-photo images in order to build up post-disaster high resolution DEM database and apply to such as investigate and analysis for geologically sensitive areas, Geological and Topography characteristics, Potential geological disaster, River system analysis. the key projects is to investigate and analysis large-scale landslides, the result shows that there are hundreds of large-scale landslides area in central, southern and eastern Taiwan. For those potential landslides site near villages, monitoring instruments such as single-frequency GPS, rainfall recorder and electro-optical theodolite have been set up to detect the surface displacement. More monitoring instruments such as tiltmeter, inclinometer, rain gauge, extensometer and Time Domain Reflecometry (TDR) will be deployed in high susceptibility landslide area in the near future. Keywords: Airborne LiDAR, DEM, Catastrophic Landslides, Natural Hazard, GPS 1 Section Chief, Central Geological Survey, MOEA Received Date: Aug. 09, 2013 2 Division Chief, Central Geological Survey, MOEA Revised Date: Nov. 26, 2013 3 Technical Specialist, Central Geological Survey, MOEA Accepted Date: Dec. 18, 2013 4 Associate Technical Specialist, Central Geological Survey, MOEA 5 Associate Technical Specialist, Central Geological Survey, MOEA PhD.Student, Department. of Geosciences, National Taiwan University 6 Professor, Department. of Geosciences, National Taiwan University 7 Professor, Department of Earth Sciences, National Cheng Kung University *. Corresponding Author, Phone: 886-2-29462793 ext.309, E-mail: hsiehyc@moeacgs.gov.tw