土石流

1. 自然災害－土石流

1. 一般的自然災害中，其發生包含了地質因素者，通稱為「土砂災害」，包括：地表土壤沖蝕、崩塌、地滑、土石流、河川淘刷與堆積等 。其發生之密度與規模，除了與降雨強度及雨量直接相關外，陡峭之坡地及地質脆弱地區尤易發生。另外，人為之開發利用，諸如：伐木、墾植、開路、採礦，及其他有關開發行為，加上不良的水土保持設施，則極易誘發坡地的土砂災害。臺灣的坡地，尤其以中高海拔地區，雨量充沛、地形陡峭且地質脆弱，因此崩塌、地滑等災害頻仍。其若為地表之均夷作用，應屬自然現象；然其每每因人為之不當開發或水土保持設施不良，誘使災害之發生，災情加劇。
2. 土石流災害之發生，乃因泥、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：（1）充足的水量；（2）足夠的土方；（3）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。崩塌或地滑乃指河谷邊坡之岩層因重力加上氣候因素（如：暴雨），而崩落或滑落之現象。
3. 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。以臺灣處於非常不安定的地質環境中，山高水急，加上各項地質活動頻仍，使得自然的地質災害，如：崩塌、落石等習以常見。因此，土石流災害發生所需之土方不缺，此亦為臺灣土石流災害頻繁的原因之一。

一、土石流的一般特性

土石流，或稱為泥石流，是指大量的鬆散土体與水之混合体，在重力作用下，沿自然坡面或溝渠由高處往低處流動的自然現象。土石流大多發生在山區，土石流運動特性介於流體與固體之間。土石流中的土体多種多樣，其顆粒大小的分佈範圍有的較窄、粒徑較為均勻；而有的粒徑分佈很寬，從黏土至卵石甚至巨石。土石流体絕大部份為水、泥漿、礫石甚至巨石，不含或含極少的空氣。 土石流中土体的體積濃度介於挾砂水流和滑動土體之間。由上游水流沖刷土體所形成之土石流，在完全發展下，土石流的流量大約是上游水流流量的5~10倍。土石流按照物質組成可分為：(a) 泥流型土石流、(b) 礫石型土石流、及(c)一般型土石流。泥流型土石流(又稱泥流)是指土石流中土体物質主要由黏土、粉土和砂所組成，很少礫石及卵石顆粒，其中粒徑0.1 mm以下%之泥砂含量佔50%以上，如照片一所示。礫石型土石流 (又稱為水石流)是指土石流中土体物質主要由大量的砂、礫石和卵石所組成，很少黏土及粉土顆粒，其中粒徑0.1 mm以下之泥砂含量佔10%以下，如照片二所示。一般型土石流是指土石流中土体物質的顆粒大小分佈很廣，由黏土、粉土、砂、礫石、卵石甚至巨石等各種粒徑的顆粒所組成，其中粒徑0.1 mm以下之泥砂含量在10%至50%之間，如照片三所示(詹，2000)。

照片一 雲南省蔣家溝泥流型土石流之流動(詹錢登攝1999.8.7)

照片二 南投縣豐丘礫石型土石流堆積物(詹錢登攝1996.8.21)

照片三 南投縣神木村一般性土石流堆積物(詹錢登攝1996.8.21)

土石流具有發生突然、流動快速、衝擊力強及破壞性大等特性。豐富的鬆散土石、陡峻的坡度及充足的水份是發生土石流的基本要件。土石流爆發突然，很難預知其發生之準確時間。土石流的發生時間應與該區域內崩積物厚度、地質成份、水文特性及地形特性等因子有關。土石流歷時較短，一次土石流過程一般從幾分鐘至幾小時。土石流沿陡坡運動其流速每秒可達幾公尺甚至幾十公尺，土石流表面流速明顯高於其平均流速，顯示土石流有表面流速快而底面流速慢之特性。土石流體組成粒徑非常不均勻，它的流動不穩定，有陣流現象，當前端受阻而停止時其後續部份會因慣性而壅高，增加壓力迫使前端再次流動。土石流前端呈波浪狀並有巨石集中現象，而其後續部份礫石之大小及濃度均較小。土石流之橫斷面形狀，在前端部份其中央呈隆起之形狀，而其後續部份中央呈凹陷之形狀。土石流的流動有明顯的直進性，遇到障礙物或通過彎道不易繞流或變向，而產生猛烈的沖擊作用或爬高現象。一場土石流過程包含有發生區、流動區及堆積區，土石流發生區之坡度大約在15° 至30° 之間，流動區之坡度大約在6° 至15° 之間，堆積區之坡度大約在3° 至6° 之間，如圖1所示。土石流常於溪谷出口處(坡度緩、寬度大之地點)形成扇狀堆積地。土石流對其活動區(包括發生區、流動區、堆積區)內的各種設施、人民生命財產及生態環境造成直接破壞和傷害。同時，大量土砂進入或堵塞河流，還會給河流上、下游地區帶來巨大危害及難以估計的損失。由於土石流規模、性質、地形條件和受害對象的不同，土石流危害也所不同。常見的土石流危害方式有：淤埋、沖刷、撞擊、磨蝕、堵塞、漫流改道、彎道超高、擠壓主河道等(周，1991；詹，1998)。

圖一 土石流過程包含發生區、流動區及堆積區(詹，1998)

二、台灣地區土石流問題

台灣地區由於地形陡峭、地質破碎、豪雨集中、地狹人稠，平地開發趨於飽和，隨著社會經濟快速發展，以前未使用之山坡地，現在都以陸續開發使用。山坡地大量開發，破壞了原有之水土保持，因此土石流之災害不斷發生。例如民國79年6月花蓮縣銅門村受到歐菲莉颱風的侵襲，發生嚴重的土石流，造成重大生命財產的損失。民國83年7月提姆颱風挾帶暴雨於花蓮縣豐濱鄉登陸，造成泥性土石流，泥漿掩埋了新社村東興部落二十餘戶房舍，並沖斷花東海岸公路。強烈颱風賀伯於民國85年7月31日至8月1日挾著強風豪雨侵襲台灣，造成南投縣陳有蘭溪及阿里山山區發生嚴重之土石流災害，災情慘重，死亡人數超過四十人，財物損失不計其數(游，1996)。因此政府將土石流災害防治工作列為天然災害防治工作重要課題之一。民國85年賀伯颱風之前，除少數專家、學者及少數記者之外，大多數國人對土石流是陌生的。賀伯颱風侵襲台灣之後，由於賀伯颱風所觸發之土石流規模龐大、災害嚴重，記者深入南投縣神木村災區拍攝到流動中的土石流，經由電視煤體及新聞煤體的全面報導，自此全國人民對土石流及其災害有非常深刻的認識。

民國88年9月21日集集大地震後，大量鬆散的土方堆積在山坡上或山谷間，更是大大提高發生土石流的可能性。如前面所述，土石流按照物質組成可分為泥流型土石流、礫石型土石流及一般型土石流。在台灣地區，此三類之土石流，均曾經發生過，例如，花蓮縣銅門村及南投縣豐丘兩地曾發生礫石型土石流，台東縣豐濱鄉新社村及南投縣同富村曾發生泥流型土石流，而南投縣郡坑橋及神木村曾發生一般性土石流。我們收集國內近年來34處土石流，分析其發生原因及類別，如表一所示，結果顯示泥流型土石流佔50%，礫石型土石流20.6%，而一般性土石流佔29.4%，如表二所示。如何避免或減少土石流災害不但是政府當前重要施政項目之一，也是學術界研究與教學的重要課題。在土石流災害的防治工作上，需先瞭解土石流的發生條件、組成成分、運動特徵及其可能的危害範圍，然後從全面的角度採取確實可行的防治方法，並配合政府的財力及人力、按輕重緩急次序安排實施。形成土石流之基本要件為豐富的鬆散土石、充份的水份及足夠大之坡度。本文僅就土石流的發生條件及其與降雨特性的關係加以說明，並陳述如何利用觀測降雨資料判別土石流發生之可能性。