遙測技術及地理資訊系統(tǒng)應用於水庫集水區(qū)崩塌地調查

1、遙測技術及地理資訊系統(tǒng)應用於水遙測技術及地理資訊系統(tǒng)應用於水庫集水區(qū)崩塌地調查庫集水區(qū)崩塌地調查鄭錦桐1、張玉璘1、顧承宇1、邱顯晉1、陳錦清1、趙芳成2、余勝雄3、楊勳得3、焦中輝3、黃連通31中興工程顧問社2中興工程顧問公司3臺灣電力公司一、前言一、前言臺灣地區(qū)大部分的水庫集水區(qū)位於地形險峻且交通不便的山區(qū)，地面地質調查工作困難且危險性高，所以不易獲得全面性的集水區(qū)崩塌地調查成果，同時也不易監(jiān)測崩塌地在不同時期的變遷情形，因此對集水

2、區(qū)全面的崩塌地調查極為困難。為改善傳統(tǒng)集水區(qū)崩塌地調查方式，本研究將以遙測相關技術使用航空照片與SPOT衛(wèi)星影像兩種遙測資料，並利用地理資訊系統(tǒng)(GeographicInfmationSystemGIS)配合數(shù)值地形模型(DigitalTerrainModelDTM)，建議一經(jīng)濟且有效率的水庫集水區(qū)崩塌地調查方法。本文將以臺電目前進行的『大南澳抽蓄水力發(fā)電計畫上下池集水區(qū)崩塌地調查計畫』為例進行說明[1]，以下首先簡介該計畫。臺灣電力公

3、司為有效的電源利用與發(fā)展，擬評估大南澳抽蓄水力發(fā)電計畫可行性，自1984年以來相關研究顯示[1234]，上下池水庫之淤砂、排砂及上游崩塌地等課題實為關鍵，尤其納莉風災(2001年9月中旬)之後更甚。鑑於計畫上下池集水區(qū)域面積達50平方公里，因地處海拔300至2000公尺間，部分舊有林道已廢棄或崩塌不通且崩塌地為數(shù)可觀。受限於人力與經(jīng)費的條件下，臺電積極引入先進的遙測影像進行該計畫區(qū)的崩塌地判釋與變遷研究，並配合現(xiàn)地崩塌地重點踏勘，以確認

4、崩踏地判釋成果。另外，利用GIS配合DTM分析地形地貌的差異，以進一步推估納莉風災前後集水區(qū)內崩塌地與河床面的土砂沖蝕量與堆積量，以提供該水力發(fā)電計畫可行性評估參考。由於該計畫尚在進行中，所以本文僅就部分成果進行示範說明。二、區(qū)域自然環(huán)境介紹二、區(qū)域自然環(huán)境介紹該計畫位於宜蘭縣大同鄉(xiāng)及南澳鄉(xiāng)之交界處，主要係利用羅東溪(又名番社坑溪)及南澳北溪，兩條溪流間之水位高低差約500餘公尺進行抽蓄水力發(fā)電。在地質分區(qū)上，屬中央脊樑山脈帶之東北端，

5、巖性以板巖及千枚巖組成之厚巖系為主，偶夾薄層變質砂巖(1986，何春蓀)(地質圖如圖一所示)。板巖及千枚巖係由泥質沉積物經(jīng)輕度至中度變質作用所形成，由於此類巖性較為軟弱，且具有較高之可塑性，故受地體構造運動擠壓之影響，許多複雜的褶皺構造因而形成。氣候方面，屬於典型之亞熱帶季風氣候，因受地形影響，夏季高溫悶熱，冬季寒冷而多雨，因海風易隨溪谷灌入南澳北溪至海拔2050公尺之望洋山，形成雨量豐沛、多濃霧之氣候型態(tài)，年雨量可達5000公釐以上。

6、該計畫的集水區(qū)分布如圖一所示，共有三個集水區(qū)，分別為甲乙案上池、甲乙案下池及丙案下池，其中甲乙案的上池與下池為該計畫主要候選壩址。四、四、風災前後風災前後DTM差異分析差異分析圖四為納莉風災前後兩期的DTM差異成果，圖中暖色系屬於沖蝕的區(qū)域，冷色系屬於堆積的區(qū)域。圖中顯示大元山崩塌地(A5區(qū))與望洋山崩塌地(A3與A4區(qū))有明顯的崩塌發(fā)生，並造成土方減少，同時也在大型崩塌地下游河道部分形成堆積區(qū)域。然而整體而言，不論是甲乙案上池、下池或

7、丙案下池在河道上土方大多已搬運流失，其中甲乙案上池沖蝕最為明顯。本文以甲乙案上池壩庫區(qū)為例進一步說明納莉風災前後的地貌變化，圖五是風災前後的崩塌地與河道分布變遷圖，再搭配圖六的風災前後DTM差異圖，發(fā)現(xiàn)南澳北溪左岸支流的大元山崩塌地有惡化情形，並且崩塌土方已造成南澳北溪左岸支流河道淤積，同時河道也改變了。以圖六的區(qū)域而言，崩塌地常發(fā)生於河流轉彎的攻擊側，並且堆積於坡趾的崩積碎屑亦被沖蝕流失。整體而言，上池壩庫區(qū)附近的崩塌地在納莉風災後相

8、較於風災前有惡化的情形，而且?guī)靺^(qū)河床沖蝕的量多於堆積量。五、五、三維虛擬實境應用三維虛擬實境應用利用虛擬實境技術可將計畫區(qū)的地形地貌呈現(xiàn)於電腦螢幕上，其原理是利用DTM資料表現(xiàn)地表起伏，同時在起伏的地形面上套疊衛(wèi)星影像、航照影像、地質圖等GIS圖層，讓人宛如駕馭飛機鳥瞰計畫區(qū)的地面景觀，可任意變換視野角度，同時讓人對計畫區(qū)有身歷其境的感覺。野外調查前，虛擬實境成果可協(xié)助規(guī)劃野外勘查路線，尤其可以預見野外調查路線過程中可能的障礙；野外調查

9、後，可藉虛擬實境成果更清楚且詳細的與計畫相關人員介紹野外調查狀況。以該計畫在大南澳山區(qū)的三個集水區(qū)地表崩塌地調查為例，大區(qū)域範圍的地表調查工作，調查人員無法一一接近調查，然而虛擬實境可提供接近調查地點觀測的機會，尤其搭配解析度較高的航照影像。圖七為大南澳計畫區(qū)地質三維立體圖，讓調查人員能瞭解地表地質的立體空間分布情形，進一步對於崩塌地的發(fā)生機制進行探討。圖八為望洋山崩塌地的立體視覺模擬，影像為納莉風災後之正射航照，讓人有身歷其境之感，在

10、調查之前確實可以預見野外勘查路線的可能障礙，以該計畫經(jīng)驗而言，原規(guī)劃由望洋山的山脊進入南澳北溪河床進行崩塌地調查，後來由圖八的虛擬實境成果發(fā)現(xiàn)望洋山崩塌地的山壁陡峭，若貿然前往則有安全顧慮，因此否決了先前的規(guī)劃路線，並改由甲乙案下池集水區(qū)的古魯溪下游翻過集水區(qū)分水嶺，再進入甲乙案上池集水區(qū)的南澳北溪集水區(qū)。六、六、結論與建議結論與建議(1)進行水庫集水區(qū)的現(xiàn)地崩塌地勘查之前，可藉由遙測影像判釋崩塌地，先掌握集水區(qū)全面性的崩塌地分布情形，

11、並可有效率的規(guī)劃出調查路線，同時亦可避免深入地形險峻的區(qū)域。(2)歷年不同時期的衛(wèi)星影像或是航空照片所完成的遙測崩塌地判釋成果，可藉由GIS系統(tǒng)進行數(shù)化並儲存為GIS圖層，長時間持續(xù)累積後可對於水庫集水區(qū)的崩塌地進行變遷研究資料。(3)由遙測影像進行崩塌地判釋仍無法明確知道崩塌地所處的巖層、巖性與崩塌的發(fā)生的機制，所以野外地質調查工作仍不可偏廢。(4)由現(xiàn)勘與航照判釋結果顯示，大南澳抽蓄發(fā)電計畫的集水區(qū)內崩塌之類型以平面破壞、楔型破壞及

12、坡面表層風化巖屑滑落為主，其巖屑堆積於坡趾常形成崩積丘。另外，豪雨造成陡坡上溪溝沖蝕與小規(guī)模崩塌亦常見於計畫區(qū)的集水區(qū)中。該計畫集水區(qū)巖性多屬板巖或片巖，其劈理與節(jié)理發(fā)達，加上年降雨充沛，巖石風化嚴重，因此造成計畫區(qū)內的崩塌地眾多，而崩塌地常發(fā)生於地下水出水處或河道攻擊側，所以多呈不穩(wěn)定狀態(tài)。由於該計畫區(qū)的劈理傾角不大，位於順向坡之崩塌地通常坡度較緩，常見平面型滑動，加上節(jié)理發(fā)達，因而提供持續(xù)崩塌之可能性；反之，坡面與劈理面傾角不一致時