應用雷達持久散射體干涉技術與個別元素法評估山崩災害潛勢──以臺灣中部板岩區個案為例

Abstract

山崩是劇烈的地質災害，對生命與財產威脅甚大，是全球關注的科學議題之一。臺灣島位於歐亞板塊與菲律賓海板塊活動邊界，且是西太平洋副熱帶氣候區中，活躍的地質作用及多雨的氣候造就臺灣是高山崩潛勢的區域之一。面對潛在的山崩威脅，觀察監測與境況模擬是進行災害評估的重要途徑。 廬山聚落位於脊梁山脈板岩帶上，其地形坡向與板岩劈理順向，具有大規模山崩之虞；因此，本研究利用雷達持久散射體干涉技術（PS-InSAR，Persistent Scatterers Interferometric Synthetic Aperture Radar）與顆粒流程式（PFC，Particle Flow Code）個別元素方法（distinct element method），輔助監測聚落地表變形，並模擬變形之物理機制。 第一部分解算2007年至2010年的ALOS（Advanced Land Observation Satellite）衛星影像，並比對全球定位系統連續站（CGPS，Continuous Global Positioning System）時間序列。藉由CGPS時間序列中非雨季期間的速度值作為參考值，得到聚落中北側與南側兩個在視衛星方向（LOS，line of sight）上遠離衛星的速度負值區；並結合高精度數值地形模型（DEM，Digital Elevation Model）地形特徵圈繪潛移崩體。聚落中活動性較高的北端坡體位在塔羅灣溪攻擊坡上，PS-InSAR結果顯示在觀測期間以-40 ~ -60 mm/yr速度潛移變形，變形範圍擴及後方山脊，面積約20公頃。其餘聚落範圍則以-10 ~ -20 mm/yr變位，此外受限地形特徵不明顯與PS密度較疏，不足以研判細部的崩體邊界。 第二部分藉PFC個別元素法針對活動性較高的北端邊坡進行分析。首先透過弱化板岩邊坡之劈理弱面強度與岩石強度，觀察邊坡變形。試驗結果顯示強度弱化的岩體在模型中出現可觀察的系統性邊坡變形時，變形皆影響到邊坡後方脊線且變形深度都大於目前測傾管之孔深120 m，且變形邊界後緣發生沿高傾角劈理面的錯動。另一方面，藉由剪裂面摩擦係數測試，發現倘若邊坡滑動面完全發育時，或板岩發生剪動破壞，該邊坡能引致遽變式山崩。在地質材料之磨擦係數隨高速剪動而驟降的特性下，崩體能於5秒內增速至10 m/s，並於10秒內衝擊塔羅灣溪對岸。