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土砂災害與防治

為了解決海岸山脈 地層的問題，作者連惠邦 這樣論述：

　　本書共十一章，第一章至第三章簡要說明我國的土砂災害問題及集水區的一些特性，屬於一般的基礎概念；第三章詳細介紹了與坡地土砂災害有關的水文觀測及其演算方法；第四章至第七章對各種類型土砂災害的各項問題做了比較完整的說明和分析；第八章及九章係以一維河道動床數值模式為主軸，探討集水區尺度的土砂收支規律，以及推估人為工程構造物介入之後，集水區土砂流失與生產間的演變趨勢，藉以評析工程構造物之於集水區的治理成效；第十及十一章主要闡述了山地河川各種土砂災害的結構性工程治理措施及非結構性防護措施，也涵括了一些減少環境衝擊的生態保育措施。 作者簡介 連惠邦 　　現職 　　逢甲大學水利工程與資源保育學系教

授 　　逢甲大學建設學院營建及防災研究中心主任 　　 　　學歷 　　逢甲大學水利工程學系學士，民國65～69年 　　逢甲大學土木水利研究所碩士，民國75～77年 　　中興大學水土保持學系博士班博士，民國80～83年 　　 　　經歷 　　逢甲大學水利工程學系助教，民國71～77年 　　逢甲大學水利工程學系講師，民國78～84年 　　逢甲大學水利工程學系副教授，民國84～92年 　　逢甲大學水利工程學系教授，民國92年～ 　　逢甲大學水利工程學系系主任，民國97～99年 　　逢甲大學建設學院營建及防災研究中心主任，民國91年～ 　　考試院襄試委員、典試委員、命題兼閱卷委員、召集人 　　水利技師，民

國72年～ 　　 　　獲獎 　　青年工程師委員會、中國工程師學會，學生工程論文競賽特優指導獎，民國83年 　　經濟部水資源局推動與實踐節約用水成效卓著獎，民國87年 　　教育部社教有功個人獎，民國88年 　　社團法人中華水土保持學會「論文獎」，民國88年 　　中華農學會中華水土保持學會「學術獎」，民國98年 　　社團法人中華水土保持學會「論文獎」，民國99年 　　行政院表揚傑出科技人才獎，行政院三等功績獎章，民國101年 　　總統府莫拉克風災重建紀念章證書，民國104年 　　 第一章　緒論 1-1 暴雨災害 1-2 暴雨與土砂災害 1-3 河川上游集水區水砂環境與災害特性 1-4 莫拉克風

災的水砂災害問題 1-5 土砂災害研究意義 第二章　集水區地形地貌與水砂特性 2-1 集水區地形地貌特徵 2-2 河溪種類與級序 2-3 河川水流及其泥砂運移特性 2-4 河川地形 2-5 河流泥砂特性 2-6 山地河川與平原河川之異同 第三章　水文觀測與分析 3-1 降雨逕流過程 3-2 水文觀測與分析 3-3 設計水文量 3-4 設計暴雨 3-5 設計洪水演算 3-6 小型集水區設計洪水量計算 第四章　土壤侵蝕 4-1 土壤侵蝕涵義 4-2 土壤侵蝕、流失與生產 4-3 土壤侵蝕程度 4-4 土壤侵蝕類型 4-5 土壤侵蝕過程 4-6 水力侵蝕型態及其影響因子 4-7 雨滴飛濺侵蝕

4-8 坡面漫地流侵蝕 4-9 紋溝侵蝕 4-10 溝狀侵蝕 4-11 土壤流失量推估 4-12 水力侵蝕量量測 第五章　地滑、大規模崩塌與淺層崩塌 5-1 斜面塊體運動分類 5-2 地滑 5-3 大規模崩塌 5-4 淺層崩塌 5-5 河岸崩塌 第六章　土石流與山地洪流 6-1 土石流定義及其基本特徵 6-2 土石流危害方式 6-3 臺灣歷年重大土石流事件 6-4 土石流分類 6-5 土石流發生條件 6-6 土石流流動特性 6-7 土石流淤積特性 6-8 土石流泥砂體積濃度 6-9 土石流發生模式 6-10 土石流力學機構 6-11 土石流流速經驗公式 6-12 土石流流量計算 6-13

土石流流出土砂量推估 6-14 土石流撞擊力推估 6-15 山地洪水 第七章　山地河川河床沖淤趨勢與推估 7-1 山地河川河床沖淤演變趨勢 7-2 河道沖刷 7-3 河道土砂淤積 第八章　集水區產砂規律模擬 8-1 集水區產砂過程與土砂收支方程 8-2 集水區產砂量推估模型 8-3 集水區產砂規律的數值模型 8-4 案例模擬分析 第九章　集水區土砂管理模式 9-1 集水區土砂管理模式 9-2 案例模擬分析 9-3 集水區土砂流失抑制效益 9-4 防砂設施調砂效益 第十章　山地河川工程治理 10-1 挾砂洪流治理原則與工程對策 10-2 土石流防治原則與工程對策 10-3 防砂工法 10

-4 整流工法 10-5 淤積工法 第十一章　土石流非工程防護措施 11-1 土石流潛勢溪流判釋 11-2 土石流潛勢溪流影響範圍劃設 11-3 土石流觀測 11-4 土石流預報與雨量警戒 索引   自序 　　集水區在不同區位發生各種類型的土壤侵蝕、崩塌及地滑現象，並引起河道不同程度的沖淤變形，為河道孕育出水砂災害發生的有利環境，一旦土砂沖淤達到一定的限度，就會通過劇烈的土石流或洪災表現出來。只是土壤侵蝕、崩塌、地滑及土石流等土砂災害與下游都市的暴雨洪災比較起來，其災害影響範圍多位於人口密度較低的山坡地，對都市環境的直接影響比較小，而未受到應有的重視。但是，在氣候變遷極端降雨事件頻發

的現今環境下，包括土石流、崩塌、地滑、河道沖淤、洪水泛濫、水庫淤積等水砂問題，以及它們所引發的複合型災害，已直接或間接威脅了下游都市地區人民生命和財產之安全。 　　於是，基於治水先治砂、水砂兼顧的基本思維，本書蒐集彙整了國內、外土砂災害的相關研究成果，分別從定義、特徵、發生發展機理、力學機制、時間與空間分布預測、致災行為等諸多面向，探討土壤侵蝕、地滑、崩塌（含大規模崩塌）、土石流、山地洪流及河道沖淤等各種土砂災害型態的特殊屬性，嘗試建構它們之間的一些關聯特性。然而，土砂災害成因複雜，影響因素眾多，不同區域成災過程和後果不一，甚至不存在統一的變化規律。鑑此，本書結合了物理模型與數值模式提出嶄新

的分析模型，配合現地長期的水位及斷面觀測資料，用以模擬和推演集水區土砂運移的基本規律，以及在人為構造物介入下土砂變遷的各個環節。 　　不過，在編寫期間令作者感觸良深的是，國內有關集水區各種類型土砂運移問題的研究雖然很多，惟多顯得零散而未有系統性的研究成果，尤其是基本環境資料及現地調查數據的極度欠缺，使得可以舉出的實際案例實在相當有限，因而僅能以個人多年經驗和心得加以整理，盼能起到拋磚引玉之弘效，引起更多的討論和研究。 　　由於本書所關注的課題面向極廣，現象又相當複雜，限於作者的專業領域和水平，有些課題沒有納入（如崩塌、地滑防治對策），部分課題也寫得還不夠深入，甚至有些現象還沒有獲得統一的看

法，使在見解上可能存在一些主觀，內容疏漏及錯誤亦在所難免，懇請讀到這本書的前輩、同業對書中不足之處給予批評指正。 　　在編寫本書的過程中，得到研究生韓宜霖、蔡坤廷、鍾昕育、呂博弘及蔡建瑋等人協助繪圖、打字和整理文稿，同事陳昶憲教授詳細審閱了第三章，並提出寶貴的修改意見，以及一直在身旁默默支持的家人和摯友，使本書得以順利完成。此外，承蒙行政院經濟部水利署黃前署長金山博士，以及農業委員會水土保持局李局長鎮洋惠賜序言，特此致謝。   緒論 臺灣地區位居環太平洋地震帶，因板塊擠壓而造山運動發達，使得中央山脈和海岸山脈地殼每年以30～40mm的速度上升（蔡義本等，2004），同時位處西北太平洋地區

颱風侵襲的主要路徑，屬於極易受到天然災害影響的地區，而主要水系上游又多穿過容易破碎崩蝕或滑動的板岩地層，更增加了坡地的不穩定性，往往在一次暴雨的作用下，迅速匯集大規模洪水侵蝕坡面和河川邊界，頻頻引發山地洪水、土石流、崩塌、地滑、河道激烈沖淤等坡地水砂災害，加上地震、洪澇等其他類型災害，使臺灣地區已成為全世界災害之高風險地區（行政院科技部，2014）。近年來，臺灣地區各種自然災害頻傳，災害範圍愈來愈廣，災害規模愈來愈大，雖然各項減災工程已發揮部分實效，但加劇各種自然災害的直接原因是氣候變遷極端降雨因素，已是不爭的事實。因此，開展對自然災害認識及防治相關課題之研究，無論在理論上還是在災害防救、生態

維護及社會經濟等都具有指標性的重要意義。 1-1 暴雨災害 自然災害（natural disaster）係地球上各種自然現象在短時間內的異常變化或極端化所導致的負面衝擊，其中也包括人類活動誘發的異常變化，包括旱災、暴雨、水災、風災、暴潮、寒害、地震、地層下陷、崩塌、土石流、農林病蟲害及森林火災等。根據行政院災害防救白皮書引用聯合國緊急災難資料庫（EM-DAT）對2013年全球天然災害人員傷亡的統計結果，造成嚴重死亡人數之主要災害類型，包括颱風災、水災和地震等，如表1-1所示。表中，因暴雨引發的災害（以下稱為暴雨災害，disaster by rainfall）是發生頻率最高，危害最嚴重的一種自然

災害，造成的損失占全球每年自然災害損失的比重也最大，其中各種天然災害損失前十大之中，就有四件為暴雨災害。反觀臺灣地區，如以1999年921地震作為分界，從1950年代至1999年921地震前颱風暴雨災害發生頻率約每10年發生一次，但921地震之後不僅颱風暴雨災害數量激增，而且成災型態也從以暴雨洪災為主，質變為水、砂災害，單獨或共伴產生的災害型態，如圖1-1所示。當然，災害型態的質變與921地震影響地層的穩定性關係極為密切；此外，2000年以後重大颱風暴雨災害頻率及強度也持續地增加，也被認為是與全球氣候變遷引發極端降雨事件直接有關。