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研究生:魏倫瑋
研究生(外文):Lun-Wei Wei
論文名稱:台南菜寮溪河道的變化與其集水區流域之地層滑動及輸砂量之關係
論文名稱(外文):The relationship between sinuosity, landslide and sediment discharge in Tsai-Liao River, Tainan
指導教授:陳宏宇陳宏宇引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:地質科學研究所
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:116
中文關鍵詞:河道變遷曲率山崩輸砂量
外文關鍵詞:channel avulsionsinuositylandslidesediment dischargemudstone
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本研究工作主要是以台南菜寮溪集水區流域,從1996年到2008年間的8個颱風事件與921地震後的地層滑動分布,來探討該河道變化與輸砂量間的相互關係。從各不同颱風期間地層滑動的判釋結果發現,本研究區之崩塌率介於5.36%到7.41%之間,崩塌率以2001年桃芝颱風後的7.41%最高,2005年海棠颱風後的5.36%最低,重現率則以2005年海棠颱風後的82.61%最高,1999年921地震後的47.11%最低。崩塌率在桃芝颱風時達最高,隨後有下降的趨勢,可能顯示921地震的擾動使得本研究區地質材料的膠結變得較為鬆散,後續颱風暴雨事件即可造成較多的崩塌,但此效應似乎是逐年在降低。而重現率以921地震為最低,顯示地震不易使舊有山崩再度崩塌,而是形成新生崩塌地。就本研究區域內之三個地層的崩塌率而言,古亭坑層之崩塌率16.03%,遠高於其他地層,其原因可能是該地層之青灰色泥岩之岩質膠結鬆散,岩石強度為17.05MPa,屬於低強度之”弱岩”的分類,且消散耐久性第二循環指數僅19.99%所致。進一步分析顯示,古亭坑層在地震後崩塌率則有先升後降的趨勢,其他地層之崩塌率的差異則不大。
從福衛二號影像中的判釋發現,颱風在本研究區域內的河道上所造成的淘挖侵蝕面積,自2005年起有逐漸升高的趨勢。2005年海棠颱風期間,淘挖侵蝕約8萬平方公尺,2008年卡玫基颱風約26萬平方公尺,其淘挖侵蝕面積每年約增加4.5萬平方公尺。相對的,颱風過後的低流量時期,河道淤積面積有逐漸增加的趨勢。在2005年到2006年間淤積約8萬平方公尺,而2007到2008年間約22萬平方公尺,其淤積面積每年約增加3.5萬平方公尺。此意義顯示,當颱風暴雨河流流量增加時,河道受到淘挖侵蝕的影響,會增大通洪斷面,但颱風過後,大量輸砂則轉為淤積於河道上,使得本研究區河道的淘挖、淤積現象,在2005年後有逐年升高的趨勢。河道曲率從2005年到2008年間平均為1.5,在颱風事件後,有升高的現象,最大差距為0.07。此意義顯示,當本研究區之地層滑動的崩塌率上升時,河道面積、河寬與河道曲率都有隨之增加的趨勢,即在颱風暴雨之作用下,河道可能向外側擴張,使河道面積增加、流徑增長,河道曲率增加。
本研究區年平均輸砂量約為26百萬噸/年,侵蝕率高達90 mm/yr,在8個颱風事件中所量測到之輸砂量,幾乎都占有全年輸砂量的20%以上,其中以1996年賀伯颱風的92%為最高。從流量與輸砂量間呈現一個正相關的意義顯示,豪雨期間地表逕流具有較高的沖刷能力,而且洪峰期間河岸攻擊坡常因水流淘挖趾部,或泥岩吸水崩解,使邊坡發生崩塌,崩塌之材料直接進入河道,形成較高之輸砂量。
Landslide distributions of the Chi-Chi earthquake and 8 typhoon events during 1996 to 2008 are well mapped to analysis the relationships between landslide, channel avulsion and the sediment discharge in Tsai-Liao River, Tainan, Taiwan.
The landslide ratios and the new-generated ratios of these geohazards range from 5.36% to 7.41% and from 22.15% to 56.51%, respectively. The highest landslide ratio and new-generated ratio triggered by Typhoon Toraji after the Chi-Chi earthquake ( ML=7.3 ) can be attributed to the loosening of geomaterials disturbed by seismic wave. In the following years after Typhoon Toraji, the decrease of landslide ratio reveals the decline of earthquake effect. Besides, mudstone with poor cementation and the weak strength (UCS = 17.05 MPa) may result to the landslide ratio of 16.03% in Kutingkeng Formation, more higher than any other Formations.
During 2005 ~ 2008, the variation of channel area mapped by Formosa II satellite images show that the erosion area increases 45,000 m2/yr and the deposition area also increases 35,000 m2/yr, indicating that during typhoon period, the discharge increases rapidly and erodes the channel bank, but no sooner after typhoon, amounts of sediments deposit along the channel. The average sinuosity during 2005 to 2008 is 1.5 and it has a increasing tendency after each typhoon events. The heavy rainfall during typhoon period not only causes more landslide, but also changes the channel morphology including channel area, channel width, and the sinuosity.
The average sediment discharge in the catchment is 26 Mt/yr (90 mm/yr). The flow discharge are proportion to sediment discharge, showing that during typhoon period, rainstorm-induced flood would erode the toe of river bank and lead to slope failure, and those eroded geomaterials driven to river channel will increase the sediment discharge.
中文摘要 .................................................Ⅰ
英文摘要 .................................................Ⅲ
目錄 .....................................................Ⅴ
圖目錄 ...................................................Ⅷ
表目錄 ...................................................Ⅹ
第一章 緒論 .............................................. 1
1.1. 研究動機與目的 ...................................... 1
1.2. 地理位置與交通狀況 .................................. 2
第二章 前人研究 .......................................... 4
2.1. 河道變化 ............................................ 4
2.2. 崩塌地與輸砂量 ...................................... 6
2.3. 泥岩特性 ............................................ 8
2.4. 地表植生狀況 ....................................... 11
第三章 區域概況 ......................................... 13
3.1. 地形分布 ........................................... 13
3.2. 地質環境 ........................................... 15
3.3. 氣候與水文 ......................................... 15
3.4. 地質災害 ........................................... 18
第四章 研究方法 ......................................... 21
4.1. 野外調查 ........................................... 21
4.1.1. 露頭量測 ......................................... 21
4.1.2. 施密特鎚試驗 ..................................... 21
4.1.3. 試驗樣品採集 ..................................... 23
4.2. 室內試驗 ........................................... 23
4.2.1. 自然物理性質試驗 ................................. 23
4.2.2. 點荷重試驗 ....................................... 23
4.2.3. 消散耐久性試驗 ................................... 23
4.3. 崩塌地判釋 ......................................... 24
4.4. 河道變化 ........................................... 25
4.4.1. 河道中心線及河道寬度 ............................. 25
4.4.2. 河彎變化之分類 ................................... 26
4.4.3. 河道曲率與沖淤面積 ............................... 27
4.4.4. 河流能量 ......................................... 28
4.5. 河流邊界剪應力 ..................................... 29
4.6. 輸砂量與侵蝕率 ..................................... 30
4.7. 常態化差異植生指標 ................................. 31
第五章 河道變化特性 ..................................... 33
5.1. 河道中心線 ......................................... 33
5.2. 河道曲率 ........................................... 35
5.3. 河道寬度 ........................................... 35
5.4. 侵蝕淤積面積 ....................................... 39
5.5. 河流能量 ........................................... 41
5.6. 河流邊界剪應力 ..................................... 47
5.7. 泥岩特性 ........................................... 47
5.8. 降雨與河道變化 ..................................... 57
第六章 崩塌地與輸砂量之關係 ............................. 59
6.1. 崩塌地數化結果 ..................................... 59
6.2. 崩塌與道路及河流關係 ............................... 62
6.3. 輸砂量與侵蝕率 ..................................... 63
6.4. 泥岩特性與崩塌率 ................................... 68
第七章 討論 ............................................. 71
7.1. 河道變化與崩塌率及輸砂量之關係 ..................... 71
7.2. 河道邊界剪應力與溪流侵蝕率 ......................... 74
7.3. 河流變化特性 ....................................... 74
7.4. 崩塌率與植生指標 ................................... 75
7.5. 乾濕季對河床侵蝕淤積作用之影響 ..................... 76
7.6. 影像解析度對崩塌地判釋的差異 ....................... 78
第八章 結論 ............................................. 80
參考文獻 .................................................82
附錄一 研究區域歷年降雨量 ............................... 90
附錄二 施密特鎚反彈數換算單壓強度關係圖 ................. 91
附錄三 岩石自然物理性質試驗方法 ......................... 92
附錄四 點荷重試驗方法 ................................... 94
附錄五 消散耐久性試驗方式 ............................... 96
附錄六 山崩判釋之衛星影像列表 ........................... 97
附錄七 河道變化分析之相片基本圖與福衛二號影像列表 ....... 98
附錄八 各時期河彎曲率計算結果 ........................... 99
附錄九 各時期河道寬度量測結果 .......................... 103
附錄十 2005 年到2008 年各颱風事件河流能量估算 .......... 107
附錄十一 各時期崩塌數化判釋結果 ........................ 111
附錄十二 各類型河彎之特性統計 .......................... 114
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