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研究生:劉益誠
研究生(外文):Yi-Cheng Liu
論文名稱:應用衛星影像於921災後九九峰植生復育崩塌潛感
論文名稱(外文):Estimation Vegetation Recovery and Landslide Potential with Satellite Images in Jou-Jou Mountain after Chi-Chi Earthquake
指導教授:楊明德楊明德引用關係
指導教授(外文):Ming-Der Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:111
中文關鍵詞:九九峰衛星遙測技術多時期輻射校正常態化差異植生指數(NDVI)植生復育不安定指數土壤流失量
外文關鍵詞:Jou-Jou mountainremote sensingradiometric correctionNormalized Difference Vegetation Index (NDVI)vegetation recoveryinstability indexsoil loss.
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本研究主要探討南投縣九九峰地區於九二一地震前後植生變遷狀況,而植生對於山坡地之崩塌有一定程度之影響,往年每當颱風豪雨發生後,常對下游水土環境帶來嚴重之坡地災害,若能有效掌握崩塌區之植生覆蓋情形,將能有效計算高潛感地區及高土石崩塌地區,藉以達到防災功效。
傳統上以現地調查方式獲得當地植生覆蓋情況,需耗費較多人力物力,為迅速掌握植生覆蓋情況,使用衛星遙測技術具大範圍地表光譜資訊收集之優點,可有效對監測九九峰植生覆蓋。本研究欲利用多時期SPOT衛星影像進行相對輻射校正,可減少長期監測因環境不同所造成輻射差,並運算常態化差異植生指數分析植被復育率,針對九九峰地區進行長期監測植生變遷;經研究成果顯示九九峰地區植被復育狀況良好,且2003年7月10日植生復育狀況已上升到83.96%,但2004年受七二水災影響,復育率則稍微下滑至79.57%,整體而言,植生復育率仍有明顯成長趨勢。此外,應用地形、地質、區位、植生各項因子計算不安定指數,評估崩塌潛感圖後,可得知高崩塌潛感地區之分佈狀況。利用美國通用土壤流失量公式(USLE)計算土壤流失量,九二一地震後增加土壤流失量為1586960立方公尺,集水區平均崩塌深度為0.24公尺。
本研究期望藉由衛星遙測技術進行九九峰地區崩塌潛感監測,對相關因子進行研究及評估,掌握環境變化情形,減少傳統在防、救災所耗費之人力及時間,並提供後續災後復育整治工程參考利用。
In this investigation, the vegetation recovery in Jou-Jou Mountain area after the Cihi-Chi earthquake has be discussed. During the rainy season in Taiwan, heavy storms and mud slides usually occur in downstream watershed. The accurate estimation of the recovery pattern of vegetation in landslide area is useful for setting up a landslide monitoring and stabilizing plan.
The research focused on estimating vegetation recovery and landslide potential with satellite images in Jou-Jou mountain area by employing multi-temporal SPOT satellite images. Based on the serial satellite images which had been through relative radiometric correction, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) was calculated to analyze the vegetation recovery for Jou-Jou Mountain. The results show that the vegetation recovery in the Jou-Jou Mountain area approached up to 83.96% in July tenth, 2003, and reduced to 79.57% right after Typhoon Mindully in July 2004. Overall, the vegetation recovered gradually under a stable condition from 2000 to 2004 since the Chi-Chi earthquake in 1999. Furthermore, several environmental factors, including elevation, slope, aspect, vegetation index, and so on were considered to in the landslide potential evaluation model. Trough the Universal Soil Loss Equation (USLE), the soil loss increased 1586960 m3 (about 0.24m of landslide depth) after 921 earthquake, and 611280 m3 (about 0.09m of landslide depth) after 921 earthquake in 2003 which were compared with the pre-earthquake Jou-Jou Mountain.
致謝........................................I
摘要........................................II
Abstract....................................IV
目錄........................................V
圖目錄......................................IX
表目錄......................................XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究內容 2
1.4 論文主要架構 2
第二章 文獻探討 5
2.1 崩塌相關特性 5
2.2 植生變遷分析與崩塌地判釋相關研究 6
2.3 山崩潛感分析相關研究 7
2.4 土壤流失量與崩塌地相關研究 10
2.4.1 通用土壤流失量簡介 10
2.4.2 土壤流失量變數簡介(土壤流失量估算手冊,1996) 13
2.4.3 土壤流失量相關研究 25
第三章 研究地區概述 29
3.1 地理位置 29
3.2 地形 30
3.3 地層分布 30
3.4 地質構造 32
3.5 環境氣候概述及植生概況 33
第四章 研究方法 34
4.1 衛星影像資料 34
4.1.1 影像的選取 34
4.2 多時期輻射校正 36
4.3 集水區自動劃分 40
4.4 植生復育率 41
4.4.1 常態化差異植生指數(NDVI) 41
4.4.2 NDVI指標統計累積直方圖 42
4.4.3 植生復育率計算 42
4.5 崩塌地判釋 42
4.6 崩塌潛勢評估 45
4.6.1 不安定指數法 47
4.6.2 各因子介紹 50
4.7 土壤流失量估算 56
4.7.1 克力金法基本理論 57
4.7.2 降雨沖蝕指數(Rm值) 59
4.7.3 土壤沖蝕指數(Km值) 60
4.7.4 坡長因子(L值)及坡度因子(S值) 60
4.7.5 覆蓋與管理因子(C值) 62
4.7.6 水土保持處理因子(P值) 63
第五章 成果與討論 64
5.1 多時期輻射校正 64
5.2 植生復育率分析 68
5.2.1 常態化差異植生指數(NDVI)結果 68
5.2.2 NDVI指標統計累積直方圖分析 70
5.2.3 植生復育率計算結果 70
5.3 崩塌潛勢評估-不安定指數分析 72
5.3.1 崩塌潛感分析 72
5.3.2 影響因子分別探討 88
5.4 土壤流失量估算 92
第六章 結論與建議 102
6.1 結論 102
6.2 建議 104
參考文獻 106

圖目錄
圖 1研究架構圖 3
圖 2台灣地區等降雨沖蝕指數圖(黃俊德,1979) 14
圖 3土壤沖蝕性指數列線圖(Wischmeier and Smith,1978) 17
圖 4九九峰地區位置 29
圖 5地層分佈圖 31
圖 6拍攝九九峰地區2007-12-02 33
圖 7原始衛星影像 35
圖 8衛星接收輻射傳播圖 36
圖 9綠色點位為人工挑選PIF點 39
圖 10多時期輻射校正流程圖 39
圖 11自動劃分集水區流程圖 40
圖 12劃分集水區成果 40
圖 13九九峰地區之DTM 43
圖 14崩塌地判勢流程圖 44
圖 15 1999年至2000年崩塌地萃取 44
圖 16 2001年至2002年崩塌地萃取 45
圖 17 2003年至2004年崩塌地萃取 45
圖18崩塌潛勢流程圖 46
圖 19坡度因子分佈圖 51
圖 20坡向因子分佈圖 52
圖 21植生因子分級圖 54
圖 22水系因子分佈圖 55
圖 23高程因子分佈圖 56
圖 24降雨沖蝕指數(Rm值)控制點 58
圖 25土讓沖蝕指數(Km值) 控制點 58
圖 26九九峰地區降雨沖蝕指數 59
圖 27九九峰地區土壤沖蝕指數 60
圖 28覆蓋與管理因子(C)與NDVI對照圖 63
圖 29多時期輻射校正衛星影像 65
圖 30校正前NDVI減1999-09-27地震後直方圖 66
圖 31校正後NDVI減1999-09-27地震後直方圖 67
圖 32多時期NDVI指標圖 69
圖 33 NDVI指標統計累積直方圖 70
圖 34復育率回歸曲線圖 71
圖 35七二水災河道變遷 72
圖 36 1999-04-01崩塌潛勢 82
圖 37 1999-09-27崩塌潛勢 82
圖 38 2000-04-18崩塌潛勢 83
圖 39 2001-01-02崩塌潛勢 83
圖 40 2001-11-10崩塌潛勢 84
圖 41 2002-10-17崩塌潛勢 84
圖 42 2003-02-23崩塌潛勢 85
圖 43 2003-07-10崩塌潛勢 85
圖 44 2004-07-12崩塌潛勢 86
圖 45各類影響因子權重分佈圖 87
圖 46多時期高潛感(含中高與高潛感)變化 88
圖 47山坡地坡度與崩塌相關性(張石角,2004) 89
圖 48 九九峰衛星影像拍攝日期與歷年災害 91
圖 49集水區高程分佈 93
圖 50 1999-04-01土壤流失量推估 94
圖 51 1999-09-27土壤流失量推估 94
圖 52 2000-04-18土壤流失量推估 95
圖 53 2001-01-02土壤流失量推估 95
圖 54 2001-11-10土壤流失量推估 96
圖 55 2002-10-17土壤流失量推估 96
圖 56 2003-02-23土壤流失量推估 97
圖 57 2003-07-10土壤流失量推估 97
圖 58 2004-07-12土壤流失量推估 98
圖 59各時期土壤流失量趨勢圖 99

表目錄
表 1台灣崩塌地的特性(吳佐川,1993) 6
表 2土壤流失量年代發展過程表(范正成,1993) 11
表 3土壤結構參數(資料來源:土壤流失量估算手冊,1996) 16
表 4土壤滲透性參數(資料來源:土壤流失量估算手冊,1996) 16
表 5土壤衝蝕性指數概略值(資料來源:SCS,1978) 18
表 6底土土壤衝蝕性指數概略值(資料來源:SCS,1978) 19
表 7台灣不同地表及植被狀況下的覆蓋與管理因子(C值) 23
表 8等高耕作之水土保持因子P值 24
表 9露天採掘之P值 25
表 10高填土坡之P值 25
表 11九九峰高程與坡度關係 30
表 12地層分佈狀況 31
表 13不同時期衛星影像種類表 34
表 14影響因子分析特性 47
表 15影響因子資料來源 50
表 16坡度分級表 51
表 17坡向分級表 52
表 18地層類別 54
表 19各集水區坡長因子及坡度因子 61
表 20植生分級表 68
表 21 1999-04-01各因子分類之不安定指數 73
表 22 1999-09-27各因子分類之不安定指數 74
表 23 2000-04-18各因子分類之不安定指數 75
表 24 2001-01-02各因子分類之不安定指數 76
表 25 2001-11-10各因子分類之不安定指數 77
表 26 2002-10-17各因子分類之不安定指數 78
表 27 2003-02-23各因子分類之不安定指數 79
表 28 2003-07-10各因子分類之不安定指數 80
表 29 2004-07-12各因子分類之不安定指數 81
表 30地質與坡度關係 87
表 31多時期高潛感於高程分佈 90
表 32九二一地震後與七二水災高潛感比較 100
表 33各時期土壤流失量 101
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