认识土石流.docx

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认识土石流

認識土石流

吳志賢

摘要：

土石流經過之處，河床皆有被涮深、涮寬的現象，它不但帶走了河床及兩側河岸的沙石，還像滾雪球般，愈滾愈大，其力道之大，兇猛不堪，無堅不摧，萬夫莫敵。

河床被涮深、涮寬的後遺症，是斬斷兩岸邊坡的基腳，造成邊坡的不穩定。

此種崩塌地在順向坡及砂土坡最常見，供應的土石流料源也最多；但因地勢較低且成線狀，又不是一次崩塌完成，故不易被查覺及注意，故此計劃實驗的重點在利用不同的坡度、不同粒徑的土壤砂石、不同的坡向、不同的含水量等控制因素來進行土石流流動的可能性模擬實驗，希望能利用這次的實驗，得到相關的數據來供我們作為土石流防範的預防。

1、研究動機

台灣地區近年來，每逢暴雨過後，多數山區常因而發生土石流災害，由於速度之快、搬運物質之大，也因此造成嚴重的生命財產損失，這是我們不願去面對的重大災害，然而，問題的背後，我們都不斷地去探討問題所在，最大的主因仍是台灣近年來有不少人不夠尊重山林保育，為了利益考量濫墾濫伐所造成，因此，如何避免土石流災害再度重創台灣土地及人民，了解原因所在及如何避免發生是本研究計畫的主軸，也是動機所在。

2、研究目的

台灣近年來土石流災害發生頻繁，土石流雖然是一種天然災害，但引發的原因大多是人為因素所造成。

引發土石流通常是大量膠結鬆散的礫石，泥沙等物質與水之混合體，受重力作用而沿著坡面或溝渠，集體向下流動的現象，因此，本研究計畫究針對上述這些原因，分別就豐富的土石碎屑物與否、水分的充足與否、陡峭的坡面、坡頂負荷大小、斷層或破裂面發達與否、坡向大小等因素來設計模擬實驗，企圖利用具體而微的實驗過程，逐一紀錄出各項數據資料，並將各項因素所可能引發土石流的臨界直（負荷值）找出，提供給相關研究或決策單位作為山林開墾、開發的依據。

3、認識土石流

（一）土石流的定義

土石流係指泥、砂、礫及巨石等物質與水之混合物受重力作用後所產生之流動體，在重力的作用上，沿坡面或溝渠由高處往低處流動之自然現象。

在台灣，土石流大多於豪雨期間發生在山坡地或山谷之中，其外型與一般常見之混凝土砂漿極為相似，因此又被喻成『天然預拌混凝土』。

土石流為土壤沖蝕之一種特殊形態，常伴隨崩塌或地滑等沖蝕形態同時或延後出現。

土石流的運動方式可以分成發生區、流動區與堆積區。

發生區的橫剖面形狀多呈V字形，谷壁崩坍的碎屑會大量堆積在這裡，所以四周的植生常顯得相當稀疏。

而流動區為U字形，通常位於山溝河谷流域的中下游，河床上會有河谷兩岸崩坍下來的碎屑物。

至於堆積區則多在溪流下游出口處，常形成沖積扇狀的平坦地形，表面與前緣多巨大的岩塊堆積，整體看來像是一個伸長的舌頭。

（二）土石流的特徵

1、流速快、泥砂濃度高、沖蝕力強、衝擊力大。

2、土石流表面之流速明顯的高於其平均流速，顯示土石流具有表面快而底面慢之特性。

3、土石流之流動速度受其所含有之土石的粒徑、濃度及溪谷坡度所影響。

4、前端隆起且巨礫集中、流量大，後續水流多為泥流或土石流。

（如圖

1所示）

圖1：

土石流流動示意圖

5、一般土石流會呈現大石在上小石在下的特性。

（如圖2的實驗）：

土石流發生地點之坡度大約在15°~30°間為最多，而堆積地點之坡度以在3°～6°間為最常見。

圖2:

土石堆積及滑動坡動示意圖

6、土石流常於溪谷出口等坡度緩、寬度大之地點形成扇狀堆積地（如照片1）。

照片1：

南投縣水里鄉上安村、郡坑村（桃芝颱風，2000）

（三）土石流的特性

1、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。

豐富的鬆散土石提供形成土石流所需固態物質；充份的水份降低土石流內固態物質間的摩擦力與凝聚力，促使固態物質液化以助流動；足夠大之坡度供給土石流流動所需之動力，使土石流克服其內部之摩擦力與凝聚力後向低處流動，在流動過程中促使泥石與水高度混合並增加其流動性。

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，如圖3所示。

圖3：

土石流流動之縱橫斷面圖

2、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4所示。

土石流常於坡度緩之溪谷出口處形成扇狀堆積地形。

圖4：

土石流運動過程包括發生區、流動區及堆積區

3、土石流陡漲暴落、歷時較短，一次土石流過程一般從幾分鐘至幾小時。

在台灣地區由於坡度較陡且流程較短，一次土石流過程大約在十五分鐘以內結束，不利於進行土石流現場觀測研究；中國大陸雲南省蔣家溝泥流，一次土石流過程可達三小時，因此中國科學院在蔣家溝設有泥石流觀測站，觀測泥石流之發生及流動特性。

土石流沿陡坡之流動速度每秒可達幾公尺至幾十公尺，其表面流速明顯高於底面流速及平均流速，並導致土石流前端部集結巨石。

土石流體內泥、砂、礫石及巨石等固體物質之體積濃度大約為介於27%至75%之間，土石流的容重大約是每立方公尺1450~2240公斤。

雖然土石流發生和危害都很突然，但也具有準週期性，然而其頻率受到土石流基本條件（豐富的鬆散土石、充份的水份及足夠大的坡度）和附加條件（激發、觸發及誘發）的影響，很難準確預報其發生頻率。

然而準週期性是土石流預報及防治工程設計之依據，目前一般按激發條件的大小和頻率（如暴雨強度及頻率）來推估土石流發生的規模和頻率。

由於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。

土石流泥位陡漲暴落且來勢兇猛，其運動有明顯的直進性，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，因此常常沖毀或掩埋各種設施，造成嚴重人員傷亡及財物損失。

（四）土石流的外觀特徵

大抵上，土石流的地形可依其運動、堆積及侵蝕狀況，區分為「發生部」、「流動部」以及「堆積部」等三個區域（如圖5所示）。

整體而言，溝谷產生土石流的發生部為碗狀或湯匙形，從流動部至堆積部的整體形狀則為伸長的舌狀。

主要特徵：

流速快、泥砂濃度高、沖蝕力強、衝擊力大。

土石流陡漲暴落、歷時較短，一次土石流過程一般從幾分鐘至幾小時。

圖5:

土石流滑動的三個主要區域

1.一般位於整個溝谷或河谷流域之中、上游或源頭發生部通常由周圍的山嶺環繞，形成只有一處出口的窪狀、匙狀或碗狀的地形。

此出口處的坡度一般較陡峻，大致上多在15°至50°之間，出口處的橫剖面形狀則多為「Ｖ」字形。

此外，發生部堆積的地材料多為周遭谷壁崩坍所提供的，因此，相對的，谷壁四周的植生便顯得較稀少。

（如照片2）

照片2:

溝谷的土石崩塌照

2、流動部：

一般位於溝谷或河谷流域的中、下游地區流動部橫剖面的谷形多為「Ｕ」字形，谷壁兩側的山坡相當陡峭，河床一般坡度多介於15°至40°之間，而谷壁與河床中皆可發現土石流經過時遺留下來的沖刷、淘蝕的痕跡。

在流動部的河床上常可見到從河谷兩岸崩落下來的崩積土層與崖錐堆積材料。

（如照片3）

照片3:

土石流在『流動部』情形

3.堆積部：

多位於河谷下游的出口處堆積部的地形較平緩，坡度一般在10°以下，通常為沖積扇狀的平坦地形。

在溝谷內，堆積部表面與前緣多聚集有大顆粒的岩塊。

（如照片4）

照片4:

土石流在『堆積部』的情形

（五）土石流的徵兆

當土石流構成之雨量多、土石多及坡度多等「三多」條件一成立，土石流便可能發生，此外，燕子低飛將有雨、螞蟻穿道有大澇，這些俗諺告訴我們可以由一些徵候預知天氣，土石流災害之發生除少數如落石及崩塌係突如其來無法預先警示外，其他大部份均有發生之徵兆可事先注意加以防範，以下條列幾項土石流可能發生之重要徵候：

1.溪水混濁：

溪水混濁—大量的土石沖刷，使得溪水含砂量暴增，導致溪水混濁，代表上游有土石流失的可能，必須加以防範。

2.流量變大或變小：

溪流量變大或突然變小—由於水量充沛，導致溪流水量增多，但若上游土石崩坍，溪流受阻，則水量會突然變小，一但水壓過大，土石流隨即爆發。

3.水流聲變得尖銳：

水流生變得尖銳—水量大，水流沖激土石，使原本安靜的水流聲變得尖銳。

4.上游處有火花發生：

上游處有火光發生—土石滾落，相互碰撞，產生火花導致。

5.溪流之水量突然激增，集水區可能有暴雨，或攔蓄之土石水塘崩潰。

6.持續降雨但溪流之水量卻反而減少，可能地表逕流為土砂阻蓄，一旦崩潰即成土石流。

7.溪谷中有異常聲響，表示砂石滾動撞擊或樹木劈裂倒滑，土石流將至，需急速撤離。

8.降雨且溪谷坡面崩塌。

9.在河川上游有地滑、崩塌、土石流等災害，到中、下游因前述土砂災害累積往下沖，造成山洪暴發堤防崩潰溢流。

也就是說，都市因地貌水文環境改變不透水鋪面增加，復因河川支流溝渠化、水泥化，使地表逕流集中易造成「都市型水患」，潭美颱風在高雄市之水災即為明顯例子，又颱風來襲時其低氣壓及陣風易造成「暴潮」使沿海地區受波浪侵襲，如果颱風與地震交互侵襲其後果更為嚴重，對地質脆弱敏感地區、洪氾區及河川水利地等，不應加以超限開發強佔，否則不當開發後，再一昧以攔砂壩、堤防與水正面對抗之方式，將使民眾誤解災害不會發生而降低其風險意識。

當然對災害復原也不應一切強調所謂「生態」工法，如果只進行植生綠化，此舉不但誤解「生態工法」含意，甚且已破壞自然生態平衡，恐怕亦輕忽大自然反撲力量。

水的循環─「讓雨水迴歸大地」應為另外思考方式，例如模擬土地未開發利用前其自然水文循環現象加以補償，包括讓雨水儲留、入滲、變成地下伏流緩慢流出、補充河川基本流量，並維持河川生態需水量，「洪患」是以人為中心的看法，事實上每次的降雨都是帶給大自然重生資源，也唯有河川適度周期性的氾濫才能將營養源往中下游輸送，萬物因雨水滋潤而成長、大地因雨水灌溉而得到舒展，如果將上天賜予之寶物（雨水）排除，例如不使其與大地接觸（都市化街道設置不透水鋪面）、強迫其提早離開（例如將河流截彎取直、雨水下水道設置陡直、廣設抽水站）、拘束雨水與兩岸土地接觸變化機會（河川全面堤防化、低水治理束水）此皆為違反自然之治水對策。

（參考表1）

表1:

土石流發生前徵兆

土石流發生前徵兆

徵兆發生時間

徵兆

原因

幾小時前

一小時前

幾分鐘前

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1.附近有山崩或土石流發生

因其他的坡地斜面或許也不安定

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2.野溪流量突然增加

因上游地帶有豪雨

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3.有異常的山鳴

因山崩地帶有豪雨

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4.泉水停止

因斜面變形、水路閉塞

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5.溪水中帶有流木

因發生山崩或溪岸沖蝕

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6.溪水異常混濁

因發生山崩或溪岸沖蝕

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7.溪流中有石頭摩擦聲音

因溪流流量增大

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8.有怪臭味

因上游發生山崩，為上游腐植層之臭味

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9.有樹木裂開之聲音

因上游已發生土石流

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10.動物有異常行為

因發生人無法感受到的異常事情

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11.溪水流量急遽減少

因上游之野溪閉塞

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12.有「Go」聲音

因土石流發生

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13.見到像雷光的閃電

因土石流發生

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14.有水柱

因土石流發生

（六）土石流的發生原因

土石流發生的三個先決條件：

大量鬆散的堆土層、陡峻的地形、一定強度的降雨土石流發生原因主要與集水面積內崩積物厚度、地質成分、水文特性及地形特性等因子有關，簡言之，形成土石流之基本要件為豐富的堆積物、充份之水分及足夠的坡度等三項，豐富的鬆散土砂提供形成土石流所需的固態物質、充份之水分潤滑土石流內固體物質並降低固態物質的摩擦力，促使固態物質液化以助於流動，足夠大之坡度供給土石流流動之動力，使土石流克服摩擦力後繼續向低處流動。

土石流是指土壤和石塊一起從斜坡上滾下來，是太乾燥或平衡破壞所致。

而新聞中常說的土石流，其實是「泥流」，由80％的岩屑（泥土、小石、大石塊）、20％的水所組成，從山上衝下來時，因為比重很大，所以浮力便大，所以大塊石頭可以「漂浮」在裡面，破壞力當然也不小。

4、結論

　　土石流雖然是一種天然災害，但引發的原因大多是人為因素所造成。

因此，豐富的土石碎屑物與否、水分的充足與否、陡峭的坡面、坡頂負荷大小、斷層或破裂面發達與否、坡向大小等因素都是引發土石流的重要因素，透過對土石流原因的認識，我們可以更進一步的了解大地的負荷程度，在開發時應予以避免，讓開發不等於災害。

如此也可以提供給相關研究或決策單位作為山林開墾、開發的依據。

5、參考文獻

1.何春蓀（1980）,普通地質學。

台北：

國立編譯館。

2.陳宏宇，『土石流』。

龍騰文化自然科教學通訊。

3.詹錢登，『土石流的發生與運動』。

土木技術第一卷第一期。