遙測技術(shù)及地理資訊系統(tǒng)應(yīng)用於水庫集水區(qū)崩塌地調(diào)查

1、遙測技術(shù)及地理資訊系統(tǒng)應(yīng)用於水遙測技術(shù)及地理資訊系統(tǒng)應(yīng)用於水庫集水區(qū)崩塌地調(diào)查庫集水區(qū)崩塌地調(diào)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(zhì)調(diào)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(diào)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(diào)查極為困難。為改善傳統(tǒng)集水區(qū)崩塌地調(diào)查方式，本研究將以遙測相關(guān)技術(shù)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(diào)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(diào)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(guān)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(guān)鍵，尤其納莉風(fēng)災(zāi)(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(rèn)

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(fēng)災(zāi)前後集水區(qū)內(nèi)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(fàn)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(zhì)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(zhì)砂巖(1986，何春蓀)(地質(zhì)圖如圖一所示)。板巖及千枚巖係由泥質(zhì)沉積物經(jīng)輕度至中度變質(zhì)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(gòu)造運動擠壓之影響，許多複雜的褶皺構(gòu)造因而形成。氣候方面，屬於典型之亞熱帶季風(fēng)氣候，因受地形影響，夏季高溫悶熱，冬季寒冷而多雨，因海風(fēng)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(fēng)災(zāi)前後風(fēng)災(zāi)前後DTM差異分析差異分析圖四為納莉風(fēng)災(zāi)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(fēng)災(zāi)前後的地貌變化，圖五是風(fēng)災(zāi)前後的崩塌地與河道分布變遷圖，再搭配圖六的風(fēng)災(zāi)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(zhuǎn)彎的攻擊側(cè)，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(fēng)災(zāi)後相

8、較於風(fēng)災(zāi)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(yīng)用三維虛擬實境應(yīng)用利用虛擬實境技術(shù)可將計畫區(qū)的地形地貌呈現(xiàn)於電腦螢?zāi)簧?，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(zhì)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(diào)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(yù)見野外調(diào)查路線過程中可能的障礙；野外調(diào)查

9、後，可藉虛擬實境成果更清楚且詳細(xì)的與計畫相關(guān)人員介紹野外調(diào)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(diào)查為例，大區(qū)域範(fàn)圍的地表調(diào)查工作，調(diào)查人員無法一一接近調(diào)查，然而虛擬實境可提供接近調(diào)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(zhì)三維立體圖，讓調(diào)查人員能瞭解地表地質(zhì)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(fēng)災(zāi)後之正射航照，讓人有身歷其境之感，在

10、調(diào)查之前確實可以預(yù)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(diào)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(mào)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(jié)論與建議結(jié)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(diào)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(zhì)調(diào)查工作仍不可偏廢。(4)由現(xiàn)勘與航照判釋結(jié)果顯示，大南澳抽蓄發(fā)電計畫的集水區(qū)內(nèi)崩塌之類型以平面破壞、楔型破壞及

12、坡面表層風(fēng)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(fēng)化嚴(yán)重，因此造成計畫區(qū)內(nèi)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(cè)，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