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研究生:曾奕超
研究生(外文):E-Chao Zeng
論文名稱:土石流發生降雨地文綜合警戒指標之研究
論文名稱(外文):A Composite Warning Index of Rainfall and Geological Conditions for Debris Flow Occurrence
指導教授:詹錢登詹錢登引用關係
指導教授(外文):Jan, C. D.
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:水利及海洋工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:土石流發生潛勢指標地文潛勢指標降雨驅動指標
外文關鍵詞:geological potential indexrainfall triggering indexdebris-flow occurrence potential index
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  土石流潛勢溪流是否會發生土石流,取決於當地之水文及地文條件,過去研究多探討土石流發生之臨界水文條件(臨界降雨條件),缺乏地文方面考量,因此本文以降雨強度及有效累積雨量的乘積作為土石流降雨驅動指標(RI)。但土石流發生的臨界降雨驅動指標會隨著地文情況變化有所不同,由於土石流發生的地文條件非常複雜,本文擬建立包含多項地文因子之土石流發生地文潛勢指標,然後分析地文潛勢指標與降雨驅動指標之關係,進而建立土石流發生降雨地文綜合警戒指標(簡稱土石流發生潛勢指標)。
  本文以南投縣潛勢溪流為對象,首先收集影響土石流發生各種可能的地文因子,並應用統計分析方法篩選出影響土石流發生的四個主要地文因子,分別為溪床平均坡度、溪流有效集水面積、溪流集水面積內之崩塌率及溪流集水面積之岩體性質等四項地文因子。利用模糊統計分別建立前述四項地文因子之量化地文指標 ,然後以層次分析法評估各地文指標之權重 ,以線性相加方式建立土石流發生地文潛勢指標GI。其值介於0至 1之間,GI值越大者表示該地區越容易發生土石流。
  最後以降雨驅動指標 和地文潛勢指標GI的乘積作為土石流發生降雨地文綜合警戒指標RGI (土石流發生潛勢指標),即RGI=RI*GI,然後以土石流發生潛勢指標RGI為縱座標及以溪流序號NS為橫座標,依據某地區(包含數條溪溝)過去降雨事件中有發生土石流及沒有發生土石流的RGI值,點繪在RGI-NS圖上,然後建立土石流發生警戒的下緣線(RGI =RGI10)及上緣線(RGI=RGI90)。當降雨事件中RGI值低於下緣線(RGI < RGI10),表示此降雨事件激發土石流發生的可能性低於10%;當RGI值高於上緣線(RGI < RGI90),表示此降雨事件激發土石流發生的可能性高於90%;當RGI值介於下緣線與上緣線之間(RGI10 < RGI < RGI90),表示土石流發生的可能性介10%至90%之間。而指標RGI10、RGI50及RGI90分別表示為土石流發生可能性為10%、50%及100%之警戒指標。本文利用前述方法分別分析中部9個區域個別的土石流發生警戒指標(RGI10、RGI50、RGI90),以其中7個區域的地文指標GI及其所對應之土石流發生警戒指標(RGI10、RGI50、RGI90),建立GI與RGI10、RGI50及RGI90各別關係式。並以另外兩個地區(和平鄉及古坑鄉)為比對區域,比對由前述方法逐步推求所的之土石流發生警戒指標(RGI10、RGI50及RGI90)與由關係式推估所得之警戒指標(RGI10、RGI50、RGI90)的差異,結果顯示差異約為10%。因此本文所建立之土石流發生警戒指標(RGI10、RGI50及RGI90)與地文指標GI之經驗關係式,可以合理應用到缺乏土石流發生資料的地區,為缺乏土石流發生資料的地區建立土石流發生警戒指標。
  The potential gully of debris-flow triggers debris- flow or not that depends on hydrologic and geologic conditions of a watershed. In past, the majority of debris-flow investigators treat hydrologic conditions of debris-flow occurrence (critical rainfall condition of debris-flow occurrence). Consequently, this paper defines the product of rainfall intensity and effective accumulated rainfall as a debris-flow rainfall triggering index (RI). But critical rainfall index of debris-flow occurrence is different with a change of geological condition. Because of the conditions of debris-flow occurrence are very complexity. This paper proposes to establish a potential geological index of debris-flow occurrence which involves multi-geological-factors then analyzes the relation of geological index with rainfall triggering index. Finally, to develop a composite warning index of rainfall geological conditions for debris-flow occurrence (debris-flow occurrence potential index).
  The study selects prefecture of Nan-Tou as the test sites. First, the various geological factors debris-flow occurrence are collected. After examination by statistic test selects the following four factors that are rather related to debris-flow occurrence. They are: average gully’s slope, rate of landslide, gully’s watershed area and rocky property. Fuzzy statistics is used to establish the geological quantification index (Ni) of the above four factors. Aside from these, Analytic Hierarchy Process (A.H.P.) is used to estimate the weight of geological index. The geological potential index of debris-flow occurrence (GI) is established by a method of linear-addition, GI-values between 0 and 1. The higher GI-values mean a region that debris-flow trigger easily.
  Finally, the product of rainfall trigger index (RI) and geological potential index (GI) is defined as a composite warning index of rainfall geological conditions for debris-flow occurrence (RGI). A debris-flow warning model is developed in which a diagram is set up with the RGI-data on the ordinate and the time of rainfall on the abscissa in order to evaluate the region of debris-flow occurrence probability. A method is proposed to determine the lower critical warning line (RGI=RGI10 ) and the upper critical warning line (RGI=RGI90), basing on the RGI-values of historical rainfalls. The RGI-values smaller than RGI10 suggest the debris-flow occurrence probability less 10%, the RGI-values higher than RGI90 suggest the occurrence probability larger than 90%, and the RGI-values between RGI10 and RGI90 suggest the debris-flow occurrence probability between 10% and 90%. The above method is applied at 9 regions of central Taiwan to evaluate warning index (RGI10 , RGI50 , and RGI90). Geologic index (GI) and correspondent warning index (RGI10 , RGI50 , and RGI90) are applied at these 7 regions, to establish the regression formula between GI and RGI10 ,GI and RGI50 , and GI and RGI90. Heping Shiang and Gukeng Shiang are control groups to compare the difference of estimated warning index by the above method and regression formula. The result approves difference about 10%. The regression formula is useful debris-flow warning index at these regions that lack records of historical debris-flow occurrence.
中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 viii
圖目錄 ix
符號說明 vi

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 前人研究概況 2
1.3 本文研究動機 4
第二章 土石流發生降雨驅動指標 5
2.1 降雨事件及降雨參數之定義 5
2.2 降雨驅動指標之定義 7
第三章 土石流發生地文潛勢指標之建立 9
3.1 影響土石流發生之地文因子 9
3.2 主要地文因子之選取及其統計分析 11
3.2.1 地文因子之獨立性檢定 13
3.2.2 地文因子之顯著性檢定 15
3.3 應用模糊理論建立地文因子與土石流發生之量化關係 15
3.4 建立影響土石流發生之地文潛勢指標 20
第四章 土石流發生降雨地文綜合指標及其警戒指標之訂定 22
4.1降雨地文綜合指標之定義 22
4.2土石流發生警戒指標之訂定 22
4.3土石流發生警戒指標與地文指標之關係式 44
4.4 土石流發生警戒指標關係式之驗證 47
第五章 土石流發生警戒指標之應用實例 48
5.1 颱風豪雨事件土石流發生可能性分析 48
5.2 輕度豪雨事件土石流發生可能性分析 52
第六章 結論與建議 55
6.1 結論 55
6.2 建議 57
參考文獻 58
附錄A、分析方法及其說明 A-1
A.1 距離平方反比法 A-1
A.2 因子獨立性檢定Spearman等級相關 A-1
A.3 曼-惠特尼(Mann-Whitney-Wilcoxon)檢定法 A-2
A.4 模糊統計 A-3
A.5 層次分析法 A-4
附錄B、土石流危險溪流資料表 B-1
附錄C、九二一地震後中部地區土石流發生資料表 C-1
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