集水區土地使用及防災監測 - Water Resources Agencyfile.wra.gov.tw/public/Attachment/0429156970.pdf · 集水區土地使用與防災監測-農委會水土保持局土石流防災中心

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集水區土地使用及防災監測

吳輝龍1 陳振宇

2 尹孝元

3

1農業委員會水土保持局局長 2農業委員會水土保持局土石流防災中心主任 3農業委員會水土保持局土石流防災中心科長

壹、前言

自 921 地震後造成地質結構鬆動，加上近年受溫室效應影響導致全球氣候變遷，使颱風、

乾旱、洪水等極端氣候型態機率及規模增加、增強，持續衝擊石門水庫上游的集水區，造成原

有及新增崩塌地面積擴增，大量土砂流入河道，促使原水濃度及水壩淤泥量增加而縮短水庫壽

命，甚至危及下游居民生命財產等。為解決石門水庫及其集水區整治復育問題，遂於民國 95 年

通過「石門水庫及其集水區整治特別條例」，各相關單位根據該項特別條例，提出多目標之治理

方案，整治規劃重點主要針對災害治理、水土保持監測與管理、山坡地與生態環境資源保育為

策略，並以降低原水濁度、水庫延壽及提高整治率為目標。整治計畫共分成兩階段進行。

第一階段整治計畫施行期間為民國 95 年至 97 年，整治工程也已陸續完成，依工作區域劃

分為水庫庫區-穩定供水設施與幹管改善工程、下游供水區-緊急供水庫暨更新改善工程及上游

集水區-保育治理三大部份。上游集水區工程主要以土砂災害治理、崩塌地處理及植生復育為

主，第一階段整治區域重點主要分布於庫區與玉峰集水區且集中於九子集水區(義興溪、匹亞

溪、蘇樂溪、寶里苦溪、砂崙仔溪、抬耀 2號野溪、下文光溪、泰平溪及下田埔野溪)，透過集

水區保育治理措施，崩塌情形已逐年減少且趨緩，且逐漸呈現出植生復育成果，成功達到預期

之整治成效。

第二階段施行期間為民國 98 年至 100 年，執行工程主要以植生復育為主，工程為輔。整治

工程除「白石-秀巒集水區」工程數量較第一階段工程數量多外，其他區域均縮減，除持續監測

調查前期九子集水區外，另新增上游白石及泰崗兩集水區範圍內五子集水區(秀錦溪、延老溪、

泰崗 1 號溪、泰崗 2 號溪及葛樂喜溪)，共計針對十四子集水區進行現地調查(各子集水區基本

資料如表 1 所示)；同時透過遙測分析及現地監測成果，探討豪雨誘發土砂變化歷程與發生機

制、工程治理成效及植生復育情況，整合集水區地形貌變遷水文、地文等相關資訊，進而評析

土砂產出、運移及堆積過程與建立集水區土砂平衡模式，釐清石門水庫各土砂災害之成因，供

相關單位未來整治參考依據。其中工作範圍與第二階段工程點位及工作流程，分別詳見圖 1 及

圖 2所示。

集水區土地使用與防災監測-農委會水土保持局土石流防災中心

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表 1 各子集水區基本資料表

五大集水區編號子集水區集水區面積(km2) 溪流長度(km)

1 義興溪 6.47 5.21

2 匹亞溪 12.73 5.62

3 寶里苦溪 12.86 6.38

庫區集水區

4 蘇樂溪 5.96 3.15

5 砂崙仔溪 1.76 1.05

6 泰平溪 3.28 2.77

7 下文光溪 1.26 0.99

8 抬耀 2 號野溪 2.23 2.19

玉峰集水區

9 下田埔野溪 7.68 3.06

10 秀錦溪 2.74 1.54 白石集水區 11 延老溪 8.16 4.49

12 泰崗 1 號溪 1.52 1.04

13 泰崗 2 號溪 2.28 1.50 泰崗集水區

14 葛樂喜溪 19.15 6.08

圖 1 工作範圍與第二階段(98 至 100 年)整治工程點位示意圖

石門水庫及其集水區整治計畫（第 1 階段）執行成果檢討座談會

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圖 2 工作執行流程圖

貳、集水區概況與基本資料蒐集

整治工作推動主要針對所蒐集集水區基本資料，進行彙整及評估其結果。首先蒐集集水區

內歷史土砂災害時空文獻資料，針對水庫淤積趨勢、人為開發影響及土石流潛勢溪流與相關土

砂災害三個部份，瞭解災害潛勢及分布，探討歷年颱風災害事件引致集水區土砂災害且造成原

水濁度升高之成因。並藉由集水區水文、地文及人文與交通等基本資料蒐集，探討集水區內各

項因子互制影響，並可應用後續崩塌關聯分析及建立集水區土砂平衡模式。


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參、集水區現地調查及監測

為瞭解近期治理措施及防砂工程對於石門水庫集水區土砂安定之貢獻，本局針對十四子集

水區，透過現地調查作業，試圖解決遙測影像無法提供之相關資訊，累積長時監測數據，並掌

握現地地形貌變化狀況，以確切反應整體集水區內整治工程之治理成效，以及釐清土砂來源之

分布及豪雨誘發土砂災害機制。調查及監測內容包含地表沖蝕量調查、地面高精度高程量測、

淺層崩塌厚度調查、深層崩塌地調查以及河道斷面量測等五大項目。此外，各項工作皆依循標

準作業流程規範，以使作業具機制化，調查數據具標準化。以下將歸納整理現地地形貌監測所

完成之工作內容及重要結論。

3.1 地表沖蝕量調查

本工作主要蒐集及監測石門水庫中、下游之庫區、玉峰集水區及上游白石、泰崗等集水區內42

處地表沖蝕量調查點位(每處 10 根沖蝕針)，藉此建立常時完整累積沖蝕深度，並與莫拉克颱風過

境後之沖蝕深度數據。目前於已蒐集四次坡面沖蝕量數據，其中包含莫拉克颱風與芭瑪颱風後之沖

蝕量數據；整合前期地表沖蝕量調查成果，其中六子集水區(義興溪、匹亞溪、寶里苦溪、砂崙仔

溪、泰平溪及下文光溪)有完整單年度之沖蝕量數據。其調查成果可提供後續驗證單場暴雨經驗公

式及修正年平均沖蝕量經驗公式之推估成果，以建立石門水庫集水區土砂產量推估經驗式。

另根據各子集水區地表沖蝕量調查成果可知，土壤沖蝕量多寡與集水區地形效應、面積大

小、工程整治及地表植生及現地土壤特性、颱風路徑、季節性氣流鋒面、降雨空間分布有關，

影響頗鉅；另藉由地表沖蝕量調查成果，可觀測整治邊坡、自然邊坡及裸露邊坡之地表沖蝕量，

以釐清不同植被狀況下土壤流失狀況，量化植生復育及對於抑制細顆粒料流失效果，其結果顯

示，整治後邊坡相較於自然邊坡最大約降低 1.22 倍土壤沖蝕深度，而整治邊坡相較於裸露邊

坡，兩者沖蝕深度最大約能降低 1.28 倍。

3.2 地面高精度高程量測

為觀察豪雨或颱風災前後匯流口或防砂設施及深層崩塌地之土砂變化量，並製作精度優於

10cm 之地面高精度數值地形，同時建立地面高精度高程量測作業程序供後續實務操作及精度檢

核，本局利用三維雷射掃描儀進行兩期地面高精度高程量測，除持續監測前期 6 處重大土砂變

化區域外，另新增石門水庫集水區上游白石及泰崗集水區內 6處施測點位，共計 12 處。以下針

對匯流口與防砂設施分析成果進行說明，其他深層崩塌地施測成果，將於後續小節加以描述之。

針對98年 8月至11月期間，前後期地面高精度高程量測成果，探討單位面積下之平均土砂變

化量，由上游至下游順序繪製如圖3及 4所示。由圖可知蘇樂集水區之下游防砂設施、玉峰壩旁崩

塌地以及白石、泰崗及玉峰溪交會處控溪吊橋旁等，三處整體地形貌變化屬於堆積區域，以玉峰壩

旁崩塌地堆積厚度最高，其餘皆屬沖刷段，沖刷趨勢最顯著區域座落於泰平溪集水區；透過計畫期

間，兩期地面高精度數值地形進行相減結果得知，上游泰崗集水區之土砂產出量經由河道運移至玉

峰壩後，多數土砂被攔阻並囚禁於壩體內。另一方面，由玉峰集水區至下游庫區集水區，因主河道

剖面皆為沖刷狀態，流入大漢溪時，未於此段產生堆積，土砂多數沿大漢溪河道流入更下游的地方。


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圖 3 各施測點位單位面積之土砂運移追蹤分布圖 (泰崗至玉峰)

圖 4 各施測點位單位面積之土砂運移追蹤分布圖 (玉峰至庫區)


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3.3 淺層崩塌厚度調查

本局於 98 年已針對石門水庫中、下游集水區進行淺層崩塌厚度調查，但未於石門水庫上游

集水區進行調查。為補足並瞭解石門水庫集水區整體土壤厚度分布概況，故於 99 年增加 33 處

淺層崩塌點位，且主要集中於白石溪、泰崗溪集水區。調查結果包含不同地質、坡度及坡向下

之淺層崩塌厚度，並配合前期資料調查及蒐集成果，匯整應用於建立大漢溪流域上游至下游具

代表性之淺層崩塌厚度迴歸式。

本年度主要採三種方式建立淺層崩塌厚度與地文因子關係式。(1) 為考量地質岩性差異

性，將坡度與曲率各別與淺層崩塌厚度進行指數線性迴歸，建立石門水庫整體集水區代表性迴

歸式；(2) 易致災崩塌岩性，包含巴陵層、木山層及大寮層等三類，依不同岩性區分，將坡度

與曲率各別與淺層崩塌厚度進行指數線性迴歸；(3) 結合主要影響地文因子，含坡度、地形曲

率及地質岩性等三項並作為統計變數，綜合探討其與淺層崩塌厚度之關係。經分析結果可知第

一種方式所建立之推估式結果離散性高，且迴歸相關性不佳；第三種方式之推估結果計算量較

大且繁複，而相關性亦無明顯良好，故實用性不佳；第二種方式以不同岩性與坡度迴歸之結果

最佳，故本計畫採用此種迴歸式推估土砂產量。茲將不同岩性與坡度所建立之淺層崩塌厚度推

估式分析結果說明如下：

(1) 巴陵層淺層崩塌厚度(h, cm)與坡度(x, 度)關係式：

( ) 4559.5398.0ln +−= xh 6494.02 =R (1)

(2) 木山層淺層崩塌厚度與坡度關係式：

( ) 4098.6-0.0631ln += xh 6695.02 =R (2)

(3) 大寮層：

( ) 5.9080-0.0604ln += xh 0.85172 =R (3)

圖 5 不同岩性之崩塌厚度與坡度迴歸曲線


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3.4 深層崩塌地調查

於石門水庫集水區雖大多數以淺層崩塌為主，但深層崩塌潛在土砂產量甚大及鄰近保全對

象深具威脅，更不容小覷。深層崩塌地調查主要藉由地球物理探測、地表地質調查、地面高精

度量測等三種手段，用以探究鐵立庫崩塌區、秀錦崩塌區與延老崩塌區等三處崩塌地之基盤深

度、潛在崩塌土方量以及監測地表位移變動狀況。由調查結果得知，鐵立庫由於坡度陡峻、地

質破碎，並有斷層構造線通過，地表風化速度劇烈，崩塌區潛在大量土砂，土砂變動量亦為三

者之最。以下僅就鐵立庫分析成果加以說明。

(1) 地球物理探測基盤深度

鐵立庫崩塌地之地電阻之測線配置相關數據見表 3，野外測線現場配置示意如圖 6。

表 3 測線配置表

TWD97 坐標崩塌地測線編號

起點終點電極數電極間距

(m) 展距 (m)

N 2728146 N 2728093 RIP-1

E 286511 E 286508 21 3 60

N 2728130 N 2728080 鐵立庫

RIP-2 E 286508 E 286532

21 3 60

圖 6 鐵立庫崩塌區地電阻影像剖面法野外測線配置示意圖


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經地電阻剖面影像法探測資料解算結果得知，鐵立庫崩塌地之橫向剖面(RIP-1) 其展距約

60m，電極平均間距 3m，RIP-1 探測成果之 2-D 斷面剖面影像，如圖 7所示。由剖面中可看出淺

層電阻率值交雜，主要屬崩積層之電性特徵，電阻率值介於 10-500 Ω-m。深部電阻率變化則

較為和緩，電阻率值介於 110-270 Ω-m，初步研判為岩盤，整個崩塌地中的岩盤與崩積層的交

界面，如圖 7至 8虛線處所表示。從剖面中可得知崩積層厚度變化較為平緩，測線水平距離 0-40m

之平均厚度約為 5m，40m 之後有逐漸增厚的趨勢，最大厚度達 10m；另一方面，鐵立庫崩塌地

之縱向剖面(RIP-2)，為順坡向佈設之測線，其展距約 60m，電極平均間距 3m，RIP-2 探測成果

之 2-D 斷面剖面影像如圖 8 所示。此測線水平距離 12m 處與 RIP-1 之 27m 處相交。崩積層電阻

率介於 100-500 Ω-m，深部電阻率值介於 130-350 Ω-m 者，介質材料較為單純，初步研判為

岩盤分布區域。本剖面之崩積層厚度變化不大，邊坡坡址處崩積層厚度約 5m，越往邊坡頂方向

其崩積層厚度漸增，最厚約達 8m。

NE SW

RIP‐2

圖 7 RIP-1 2-D 斷面剖面影像

NW SE

RIP‐1

圖 8 RIP-2 2-D 斷面剖面影像

可能之岩土交界面

可能之岩土交界面


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(2) 現地地表地質調查

崩塌地地表地質特徵調查，調查項目包括有崩塌地範圍、崩塌冠部、崩積區、主滑落崖、

陷落區、隆起區、滑動區兩翼、湧水區、災害區之設施等。調查後結果標示於地形圖內，供以

地形測量參考應用。

經現地勘查結果顯示，鐵立庫崩塌區受雨水沖蝕作用後分成四個溪谷，其中一個溪谷位於

崩塌地正上方，已幾乎全數崩塌且岩盤裸露。此處地質岩性屬頁岩偶夾薄層，且各個溪谷之地

質傾角及走向並不相同；另經實際近距離觀察後發現，位於該崩塌地左側有背斜皺褶現象，亦

顯示有斷層通過狀況，而另一方面，位於該崩塌地之破壞區域主要集中於中間及左側，大致走

向為北偏西 20 度、傾角 24 度朝西。其調查結果可以發現目前仍存有不穩定土方堆置於該處崩塌地，大致可分成三個崩塌地塊體，將崩塌區塊編號由左側至右側依序為 Block Ι、Block П及Block Ш，其崩塌方向主要沿著滑動面(係由節理及層理所組成)。鐵立庫崩塌區之現場俯視示意圖，繪製如圖 9 所示。由圖可知，並藉由崩塌區 3 處測線調查(Survey Line 1, Survey Line 2)，可繪製出調查測線之地質剖面圖，如圖 10 至圖 11 所示。

1 1

2 2

A

A

I

Ⅱ

Ⅲ

頁岩岩盤出露

頁岩露頭，表層岩石疏鬆

Dense colluvial deposite is distributed.

斷層帶，寬度5-15cm，顏色呈深灰至淺棕色，可見滑動面及受剪切之碎石

湧水

圖 9 鐵立庫整治處上游崩塌俯視圖


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40 degrees

18 degrees

EL 945m

4.9 m

4.0 m

Survey Line 1

N20W/24E 頁岩30 degrees

崖錐堆積物(不穩定土方)

圖 10 Survey Line 1 調查測線之地質剖面圖

Survey Line 2

N46W/26S

EL 915mN8W/14E

崖錐堆積物(不穩定土方)

頁岩

圖 11 Survey Line 2 地質剖面圖

依據現場所繪製地形剖面圖，可根據塊體之幾何形狀先計算其平均面積(Aav)，再乘上其塊體之長度(Lb)，即可估算各個崩塌地塊體所潛在之土方量(V)，計算方式如下：

bav LAV ×= (4)

上式 avA 為塊體平均剖面面積(m2)； bL 為塊體長度(m) (若為非線性時，將拆解成數條直線，並加總用以代表塊體之總長)。上述三個崩塌區塊體剖面平均面積及長度，估算結果如下：

25.19210.121.1

212.27.11:IBlock mAav ≈××+××= (5)

mLb 88=

24.28214.29.16: IIBlock mAav ≈××= (6)

mLb 94=


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24.18217.07.9

216.0)6.96.8(

212.26.8:Block mAav ≈××+××++××=ΙΙΙ (7)

mLb 104=

以上各個崩塌地塊體之土方量計算結果，詳列於表 4。若將三個崩塌地塊體之潛在土方累加計算，估計約有 6,300m3之土砂產量。此項數據顯示仍在不穩定之土方量(屬為崩塌材料)且再崩塌潛勢偏高。

表 4 不穩定潛在土方量估算表

崩塌塊體編號平均橫剖面積 avA (m2) 長度 bL (m) 土方量 V (m3)

Block Ι 19.5 88 1,700

Block II 28.4 94 2,700

Block III 18.4 104 1,900

總計 - - 6,300

(3) 地面高精度量測與監測地表變動

透過地面 LiDAR 能針對重點深層崩塌地建置高精度數值地形，將兩期高精度數值地形相減(兩次施測期間為 98 年 8 月至 11 月)可知，鐵立庫約有 3,943.75m3之土方變動量，其中以整治處上游崩塌土砂變動狀況明顯。

利用土方體積差異計算及剖面線分析果可知，鐵立庫崩塌地之坡頂與坡趾處之地表高程差

約 130m，平均坡度大約為 33.2 度，現地地表裸露情況明顯且植生稀疏，且坡趾下方堆積大量崩積土，坡冠位置持續向上延伸，似有崩退及向源侵蝕之現象。此處崩塌面積約為 19,227.48m2，兩次施測期間地形平均流失及堆積深度分別為-0.37m、0.16m；若將兩者相加可知高程變化沖刷-0.21m，整體土砂變化量為 3,943.75m3。另依現地調查發現此區崩塌未見減緩趨勢，且坡面坡度高而堆積相對不穩定，且含水量甚高，並有湧水產生，每逢颱風或豪雨時易造成邊坡大量坍方；

目前邊坡坡面及坡址下方雖有植生工程及相關防砂工程設施，但未來仍應持續追蹤並嚴加注意

坡面地表位移滑動潛勢。

3.5 河道斷面量測

目前已完成巴陵壩至玉峰溪河道間兩期河道斷面量測資料，並配合蒐集過去水利署(2008a、2008b、2009a、2009b)巴陵壩附近斷面資料(共四期)，透過蒐集水利署及本年度執行二期河道斷面資訊，以大漢溪及玉峰溪主支流匯流處為分界，分為匯流點至下游義興壩(水利署量測資料)與匯流點至白石溪與泰崗溪匯流口(本計畫量測資料)兩部份，探討主要雨季前後與莫拉克颱風侵襲後，河道土砂堆積、沖淤變化以及檢視巴陵壩潰決後河床是否已達均夷，以利評估下游水庫

淤積風險。綜合分析結果，歸納以下主要結論：


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(1) 根據水利署及本局測量結果，可知，大漢溪與玉峰溪匯流口(原巴陵壩舊址附近)河床運動以沖刷為主，且沖刷量以中下游段較大。

(2) 根據水利署(水利署 2009a、2009b)莫拉克前後期河道斷面量測結果，可知，相較於原巴陵壩舊址下游河床，其上游河床變化較大，河床普遍呈現均勻下刷狀態，並與本局地面 LiDAR施測結果一致。

(3) 由兩期河道斷面量測資料，可見，玉峰溪中游各重要主支流匯流口，其河道沖淤互現，下游砂崙仔溪為沖刷段、中游下文光溪與泰平溪為淤積段、上游抬耀 2 號溪及下田圃野溪則沖淤變化不大；跨河結構物玉峰橋附近略呈現淤積狀態；兩處重大匯流口(玉峰溪三光溪匯流口與白石溪泰崗溪匯流口)皆為沖刷狀態，尤以三光溪與玉峰溪匯流口特別顯著，白石及泰平溪匯流口沖刷量雖也很大(白石溪段較明顯)，但因泰崗溪上游有一處大型崩塌地並存有大量崩積土，易有淤積情形發生。

(4) 整體而言，所觀測九處區域河道斷面，其河床整體運動行為屬沖刷情形，整體淨沖刷土方量約為-149,192m3；顯示原巴陵壩舊址上游玉峰溪以沖刷作用為主，並輔以淤積作用，再次說明自巴陵壩潰壩後，河床未達均夷平衡，其現象與各期水利署河道斷面量測報告結果相仿。

四、遙測技術應用

有關歷史遙測影像共蒐集石門水庫集水區自 1996年賀伯颱風至 2008年薔蜜颱風，加上 2009年新增之莫拉克颱風與芭瑪颱風兩期災害事件，共計 16 期歷史災害事件衛星影像，並先用自動化判識技術分析災前與災後之影像變異點，再經人工品管編修易誤判之區域後，獲得各期重大

災害前後之崩塌地範圍。並登錄崩塌地相關屬性，並製作成 GIS 圖層，作為判定上游崩塌地區位及範圍、規模大小，能用以瞭解災害事件之崩塌地面積是否擴張或縮小、崩塌地崩退現象、

植生復育、再崩潛勢以及評估防砂工程之整治效益等；計畫中建議崩塌地判識準則、方式及各

階段之品管原則，確屬可行，能加速崩塌地判釋精確度、減少人為主觀判斷之誤差。

除衛星影像分析之外，另針對白石-秀巒及泰崗-鎮西堡，並延續前期計畫所施測之工作範圍(即六大優先治理區之九子集水區)進行空載 LiDAR 施測，並建立精度優於 50cm 之數值地形。空載 LiDAR 由施測前之規劃至 DEM 產出之施測標準作業程序與品管原則文件，使產製 DEM資料品質達至穩定化與標準化，完整銜接前後期之施測資料，達成持續監測的目的，並建立與

地面 LIDAR 之 DEM 隨坡度變化之經驗誤差公式，可作為後續施做地面與空載 LiDAR 施測成果精度檢核及誤差修正之參考依據。

因此，藉由上述資料的建置與遙測技術的分析成果，除可作為後續第二階段石門水庫集水

區整治工程評估效益之基礎資料，另可應用於集水區歷年崩塌地面積變化及地形貌高程變化探

討，與治理區域內地形貌變化、驗證保育治理成效與監測土砂運移方式。


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五、集水區豪雨誘發土砂災害變化歷程與機制研究

藉由蒐集各項集水區基本資料，包含歷史災害時空文獻、地文、水文、人文與交通、治山

防洪構造物以及跨河結構物尺寸等資訊、完成歷年重大災害衛星影像圖層建置及判釋；最後，

整合現地調查數據用以探討集水區豪雨誘發土砂災害之變化歷程與機制，說明近期集水區保育

治理現況。茲就七項重點分析成果，彙整如下：

5.1 集水區歷年崩塌地面積變化及地形貌高程變化之探討

目前蒐集石門水庫集水區歷年 16 場颱風或災害事件後之衛星影像崩塌地判釋成果，探討歷年崩塌地面積變化及其分析關連性，瞭解每場事件對集水區造成之崩塌歷程與崩塌因子；並透過 NDVI分析集水區之綠覆率，藉此探討集水區植生覆蓋程度與工程復育效益。茲將分析重點歸納如下：

(1) 崩塌地面積歷年災害變化統計

針對石門水庫整體集水區、五大集水區及十四子集水區等三部分歷年災害崩塌地判釋成

果，說明如下：

1. 石門水庫整體集水區

艾利颱風後石門水庫集水區崩塌地大幅劇增且引致新增崩塌地面積最大，其崩壞比最大發

生於馬莎風災後。97 年辛樂克、薔蜜連續兩場颱風再次挾帶大量豪雨，造成大量崩塌事件，使崩壞比再度攀昇。98 年莫拉克颱風對於全台挾帶罕見雨量，致使崩塌地面積由薔蜜颱風後至莫拉克颱風後，再度上昇；至芭瑪颱風後，崩塌面積略有小幅增加，故崩壞比改變不大。

2. 五大集水區

各期風災所引致崩塌量，以泰崗集水區最大，再者為庫區集水區，其次為白石集水區，玉

峰集水區，最後為三光集水區。另就崩壞比而言，則以白石、玉峰集水區為最大。就 98 年莫拉克颱風而言，五大集水區崩塌地面積總量與分布大小與過去觀察雷同。

3. 十四子集水區

由歷年颱風或災害事件統計成果可見，集集地震後大部分子集水區崩塌地面積皆明顯變

大，其中以泰平溪最大；象神颱風再度使得十四子集水區崩塌地面積增加(除寶里苦溪及匹亞溪外)，尤以葛樂喜集水區最為嚴重；隨後，艾利颱風侵襲後更使十四子集水區崩塌劇增，仍以葛樂喜集水區最屬嚴重；於 98 年度莫拉克及芭瑪颱風後，除上游葛樂喜、泰崗 1、泰崗 2 及秀錦集水區外，其他子集水區崩塌地面積皆無明顯變化，且已逐漸復育中。

(2) 崩塌地關聯性分析

針對石門水庫全區崩塌地關聯性分析結果顯示，其自然易致災因子範圍為高程區間範圍均

位於 2000m 以下、坡度為六級坡等級以上、坡向屬為東、東南、南及西南等坡向、地質岩性含


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巴陵層、木山層及大寮層等三種、土壤類別為石質土、位於大漢溪流域中上游部分之斷層構造

較顯著；另一方面，人為易致災因子範圍則以土地利用為裸露地、闊葉林及針葉林等三種、位

於玉峰集水區之道路沿線及原住民保留地較為顯著。

(3) 集水區植生復育評估

透過石門水區集水區莫拉克颱風前、莫拉克颱風後及芭瑪颱風後等三期，NDVI 分析結果可知，綠覆率較高的區域主要集中於中下游庫區集水區以及玉峰集水區，可見其植生覆蓋最為

茂密，尤以庫區集水區內之寶里苦溪集水區綠覆率最高；而上游白石及泰崗集水區之綠覆率，

相較於中下游為低，尤以白石集水區內之秀錦溪集水區特別明顯，其次為延老溪集水區。整體

而言，中下游植生復育狀況係於上游，原因為大多數整治工程集中於此，且大量以格網植生及

人工播種植生等方式，加速植生復育率；另一方面，上游集水區因大數崩塌地位屬林班地，且

無道路可及，復育工程施作不易，且鄰近無保全對象，故多採自然復育，故復育狀況相較偏低。

5.2 降雨逕流對坡地沖蝕之影響

藉由現地沖蝕量量測結果並配合 USLE 與 MUSLE 經驗公式估算集水區年平均土壤沖蝕量及單場瞬時土壤沖蝕量，茲將分析成果歸納如下：

(1) 利用完整單年度現地試驗結果與 USLE 土壤沖蝕量推估結果，建立六子集水區(義興溪、匹亞溪、蘇樂溪、砂崙仔溪、泰平溪及下文光溪)年沖蝕量修正係數 Mf，將可縮減冗長現地量測及簡化繁複之工作程序，迅速確實獲得各子集水區土壤沖蝕量，完整單年度現地試驗與

USLE 土壤沖蝕量推估土壤沖蝕量比較數據以及 Mf建立結果詳見表 5；該項成果將可應用於降雨引致土砂產量及建立集水區土砂平衡模式。

表 5 USLE 推估及現地量測土壤沖蝕量結果比較單位：mm

A B Mf =B/A D=AVE(Mf) 集水區子集水區

名稱 USLE 現地量測沖蝕量差異比平均沖蝕量差異比義興溪 10.72 8.08 0.75 匹亞溪 9.35 4.90 0.52

庫區集水區

蘇樂溪 23.63 6.11 0.26

0.51

砂崙仔溪 30.20 6.56 0.22 泰平溪 25.67 10.43 0.41

玉峰集水區

下文光溪 42.27 8.20 0.19

0.27

平均 23.64 7.38 0.39 0.39 註：既有沖蝕針佈設概況及點位分布，詳見水保局(2009)及本計畫附錄九之現地量測數據。

(2) MUSLE 公式與現地試驗土壤沖蝕深度比較結果如圖 12 所示，由圖可知現地試驗量測結果較大，其可歸咎於 MUSLE 公式對降雨因子之敏感性甚高，其降雨因子又受集水區地形因子與颱風路徑、降雨強度、降雨分佈與風向等影響。經分析結果，可知集水區土壤沖蝕量主要發


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生於颱風及豪雨事件，其主要發生於 7 月到 10 月，約占整年度土壤沖蝕量之 67%~78%。

5.3 集水區崩塌量推估式

有關估算集水區崩塌量，主要分為年崩塌量及單場暴雨事件崩塌量兩種。其推估方式可由

(式 8)所見，式中 A’為判釋崩塌斜面積，因衛星影像崩塌地判釋面積屬為崩塌地水平投影面積，並非崩塌地斜面積，故仍需透過其崩塌地對應坡度加以轉換計算之；h 則是前述淺層崩塌厚度推估式所估算之崩塌地土壤厚度。分析成果說明如下：

VL(崩塌體積量)=A’(判釋崩塌斜面積)×h (土壤厚度) (8)

(1) 年崩塌量

因工作範圍針下列對六子集水區：義興溪、匹亞溪、蘇樂溪、砂崙仔溪、泰平溪、下文光

溪之年沖蝕量修正係數率定及中下游遞移率進行分析。95 年至 98 年汛期間，各場重大災害事件衛星影像崩塌地判釋成果，將其累加計算用以代表集水區內單年內新增崩塌地面積，根據單

年新增崩塌地斜面積，乘上由集水區淺層崩塌厚度推估式計算之淺層崩塌厚度，即可求得集水

區年新增崩塌量。石門水庫集水區整治計畫第一階段 95 年至 97 年；與第二階段 98 年度各年度崩塌量估算成果詳見表 6。由分析結果可知，無論於第一階段或第二階段，庫區集水區年平均土砂總產量，以匹亞最多、其次為義興，蘇樂最小；以玉峰集水區而言，則以泰平集水區最高、

砂崙仔及下文光相對較少。

(2) 單場暴雨事件新增崩塌量

新增崩塌量根據歷年重要颱風事件之降雨與崩塌資訊修正建立十四子集水區之打荻氏經驗

式。將利用本計畫打荻氏經驗式估算計畫期間莫拉克颱風引致之新增崩塌量，推估成果詳見表

7。經分析成果可知，打荻氏預測公式係依雨量資料能迅速推求集水區崩塌面積，簡化繁複計算過程及河道水理分析，用以推估該場降雨之土砂產量，評估整治工程及防砂設施性能；且就集

水區整體而言，打荻氏經驗式推估庫區及玉峰集水區莫拉克颱風事件引致崩塌量，分別為

91,166m3 及 48,644m3，其中以庫區集水區最大，佔整場事件新增崩塌量之 65.21%；玉峰集水區則佔整場事件之 34.79%。


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圖 12 MUSLE 與現地試驗之土壤沖蝕深度圖

5.4 集水區防砂效率評估

防砂效率評估主以封閉型集水區作為基礎分析系統，利用三期之高精度數值地形(95 年 6 月至 97 年 8 月、97 年 8 月至 97 年 11 月以及 97 年 11 月至 98 年 10 月)，進而評估九子集水區之保育治理成效，經分析結果發現，其總土砂產量約有 20%~40%流入主河道內；而 60%~80%則淤積於河道或囚禁於防砂設施內，整體上攔阻率均大於 62%。另由攔阻率以及遞移率(詳見表 8)計算結果可知，下文光溪與抬耀 2 號野溪土砂遞移率相較第二期與第三期所得攔阻率結果低，其餘七子集水區土砂遞移率均有增高之趨勢，但仍符合本局第二階段(98 年~100 年)整治工程規劃預期標準。經各 95 至 97 年度土石災害復育及坡面植生工程進駐後(石門水庫及其集水區第一階段整治計畫)，復育情況實屬良好，並已能有效控制崩塌坡面發展及降低再崩潛勢。

表 8 九子集水區之土砂攔阻率與遞移率計算表

新增崩塌地距匯流口之平均距離 Lc (km) 土砂遞移率 (%) 土砂攔阻率 (%) 九子

集水區

集水區面積

A (km2) 第一期第二期第三期第一期第二期第三期第一期第二期第三期下文光溪 1.26 1.98 1.96 1.99 35.54 32.84 31.45 64.46 67.16 68.55

砂崙仔溪 1.76 2.35 1.56 2.30 32.78 28.54 30.91 67.22 71.46 69.09

泰平溪 3.28 2.09 2.20 2.10 37.23 25.29 36.36 62.77 74.71 63.64

蘇樂溪 5.96 1.32 1.46 1.35 37.00 25.41 33.69 63.00 74.59 66.31

抬耀 2 號溪 2.23 0.91 0.66 1.05 30.50 31.37 28.17 69.05 68.63 71.83

義興溪 6.47 0.97 1.45 1.12 25.54 23.17 33.63 74.46 76.83 66.37

匹亞溪 12.73 1.75 1.80 1.24 21.27 22.37 37.18 78.73 77.63 62.82

寶里苦溪 12.86 0.95 1.19 1.28 22.95 21.07 35.42 77.05 78.93 64.58

下田埔野溪 7.68 1.24 1.22 1.23 24.08 24.66 34.35 75.92 75.34 65.65 註 1：粗體底線數字係為第一期至第二期推求土砂遞移率，詳細內容請參考水保局(2009)。註 2：粗體方框數字為本計畫第三期推求土砂遞移率。


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5.5 降雨所致之集水區土砂產量

集水區之土砂產量主要分為兩部份，第一部分為因地震或豪雨引致特定點之大量點源式污

染，亦為崩塌量；第二部份為伴隨著降雨或風化隨機產生，且無明確發生地點之非點源式污染，

亦為土壤沖蝕量。本節將運用既有調查成果、水文及地文資料、遙測資料以及現地試驗數據，採

用簡易經驗式估算年平均以及單場暴雨事件兩種類型之集水區土砂產量，並將河道遞移率(SDR)納入考量；該項經驗估算方式亦可見水保局(2009)及水利署(2006)研究報告中。此外分析降雨所致集水區土砂產量，主要可分成土砂總產量及單場暴雨引致土砂總產量兩大部分進行評估。

根據分析成果可知 95~98 年間，庫區集水區每年土砂供應量以沖蝕量為主，其沖蝕量與崩塌量比例約為 1 比 0.7；而玉峰集水區因每年崩塌量較大，且該區地質條件較差且脆弱，故土砂供應量以崩塌量為主，其沖蝕量與崩塌量比例約為 1 比 1.4。而莫拉克颱風事件於庫區集水區土砂總產量大於玉峰集水區，兩者比例約為 6 比 4，其中崩塌與沖蝕量比例約為 9 比 5，並將集水區土砂產量推估值與空載 LiDAR 施測成果相互比較，結果大多較為相近；另根據降雨量與水庫新增淤積量之關係式，計算該場颱風事件於石門水庫集水區所引致之淤積量，探討庫區與玉峰

集水區於莫拉克颱風後引致之水庫淤積潛勢；莫拉克颱風引致土砂產量係以蘇樂溪集水區最

大，其次依序為匹亞溪、泰平溪、寶里苦溪、下田埔野溪、下文光溪、義興溪、砂崙仔溪，最

後為抬耀 2 號溪。若依九子集水土砂產量大小進行優先整治排序，將可作為相關權責單位未來投入工程進駐參考之依據，使有效運用預算經費及加速整治速率。

5.6 集水區土砂平衡模式推估

土砂平衡模式主要針對莫拉克颱風事件以及不同重現期設計流量，係將石門水庫集水區視

為乙個系統，並依河道懸移質與推移質比例、降雨引致集水區土砂產量分析成果，以及各水文

站控制點所分析之輸砂量，建構石門水庫集水區瞬時(單場暴雨事件)或長期(各重現期下)之土砂平衡模式。透過土砂平衡模式建立，可瞭解主河道沖刷及淤積分布，藉此評估河道長期演變趨

勢以及河道穩定性與下游淤積風險。經比較驗証後，與他項分析結果觀察一致(如河道斷面量測沖淤分析、地面 LiDAR 施測成果)，充分顯示該模式深具代表，亦有實務參考價值，有關土砂平衡模式詳見圖 13。

圖 13 石門水庫集水區莫拉克颱風事件下土砂平衡分析圖


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六、結論與建議

水土保持局在石門水庫集水區主要蒐集各項集水區基本資料，包含歷史災害時空文獻、地

文、水文、人文與交通、治山防洪構造物以及跨河結構物尺寸等資訊、並完成歷年重大災害衛

星影像圖層建置及判釋；最後，整合現地調查數據用以探討集水區豪雨誘發土砂災害之變化歷

程與機制，說明近期集水區保育治理現況。主要分析成果如下：

(1) 藉由集水區年沖蝕量修正係數 Mf，縮減冗長現地量測及簡化繁複之工作程序，迅速確實獲得各子集水區土壤沖蝕量及貢獻度；另發現迅期間所引土壤沖蝕量約占整年度土壤沖蝕量之

67%~78%。

(2) 透過前後期建置空載 LiDAR 施測之高精度數值地形進行比對，可獲得整治重點區域土砂變動量，並瞭解近期工程治理成效與監測治理前後地形貌差異。經分析顯示，集水區整治率皆

達第二階段預期標準，顯示集水區保育治理成效確有成效。

(3) 95~98 年間，庫區集水區每年土砂供應量以沖蝕量為主，其沖蝕量與崩塌量比例約為 1 比 0.7；而玉峰集水區因每年崩塌量較大，且該區地質條件較差且脆弱，故土砂供應量以崩塌量為

主，其沖蝕量與崩塌量比例約為 1 比 1.4。

(4) 以不同重現期設計流量，並依河道懸移質與推移質比例、土砂產量分析成果，以及各水文站控制點所求輸砂量，建構瞬時或長期之土砂平衡模式；經比較驗証後，與河道斷面量測及地

面 LiDAR 施測成果一致，充分顯示該模式深具代表性，且有實務參考價值。

目前建立之土砂平衡模式已能成功預測或評估河道沖淤行為，預計未來增加上游及三光集

水區之土砂監測調查及河道斷面量測，以使該土砂平衡模式更加細緻及增進精確率，另針對豪

雨誘發集水區土砂運移行為機制，可採點、線及面等三種空間尺度方式進行監測及追蹤，其中

點方式係藉由河道斷面量測分析河道變遷特性，含河道縱深與寬度、河道坡度、重要交通橋梁

之基礎控制斷面以及主支流匯流關係；線方式可透過土砂平衡模式將土砂生產、土砂遞移以及

土砂堆積等行為進行串接土砂收支量，釐清各河道區段之沖淤行為；面方式可利用地面高精度

量測進行大範圍面積施測，用以瞭解不同期間內河道沖刷情形並追蹤上下游土砂運移變化。爰

此，上述各式河道變遷監測方式，建議應持續進行以累積完整資料，將可供以作為河川土砂災

害治理規劃，以減少洪患發生機率及高濁度產生之可能性。


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集水區土地使用及防災監測 - Water Resources Agencyfile.wra.gov.tw/public/Attachment/0429156970.pdf · 集水區土地使用與防災監測-農委會水土保持局土石流防災中心