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堰塞湖之緊急處理對策 Urgent Mitigation of Landslide Dam

堰塞湖之緊急處理對策 Urgent Mitigation of Landslide Dam. 知本溪堰塞湖. 龍泉溪堰塞湖. 大崙溪堰塞湖. 謝正倫 成功大學水利及海洋工程研究所教授 成功大學防災研究中心主任 中華防災學會理事長. 哀悼 四川汶川大地震死難同胞. 內容綱要. 各國堰塞湖案例比較 堰塞湖評估相關理論 堰塞湖形成機制 堰塞湖壩體破壞機制 堰塞湖安定性評估 堰塞湖緊急處理對策 案例分析 : 台東龍泉溪堰塞湖緊急處理對策. 堰塞湖之形成與破壞 ( Landslide dam , 天然壩 ).

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堰塞湖之緊急處理對策 Urgent Mitigation of Landslide Dam

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  1. 堰塞湖之緊急處理對策Urgent Mitigationof Landslide Dam 知本溪堰塞湖 龍泉溪堰塞湖 大崙溪堰塞湖 謝正倫 成功大學水利及海洋工程研究所教授 成功大學防災研究中心主任 中華防災學會理事長

  2. 哀悼 四川汶川大地震死難同胞

  3. 內容綱要 • 各國堰塞湖案例比較 • 堰塞湖評估相關理論 • 堰塞湖形成機制 • 堰塞湖壩體破壞機制 • 堰塞湖安定性評估 • 堰塞湖緊急處理對策 • 案例分析:台東龍泉溪堰塞湖緊急處理對策

  4. 堰塞湖之形成與破壞(Landslide dam ,天然壩) 山區常發生大規模崩塌，若崩塌土石阻斷河道即形成堰塞湖。堰塞湖天然壩體之組成為鬆散堆積之土石材料，其結構鬆散且強度不高，易因地震與降雨等外在因素影響導致壩體破壞，潰壩所形成之洪水湧波與土石流朝下游傳遞時，可能造成下游地區發生嚴重之水砂災害。 堰塞湖形成 堰塞湖破壞

  5. 壹、各國堰塞湖案例比較

  6. 航空照片(88.9) 1. 草嶺堰塞湖 • 形成時間：1999年9月21日 • 地點：雲林縣古坑鄉清水溪 • 概述：清水溪上游發生於此次大地震中發生大規模崩山事件，崩塌土石滑落河道阻斷清水溪，崩塌區上游形成長度約5公里之天然堰塞湖。 • 溢流過程： 1999年12月20日發生溢流，溢流水流至下游第二工區天然水潭(容量350萬立方公尺)，2000年2月13日始流至清水溪(146天後)。 • 崩塌面積： 400公頃：。 • 崩塌土方： 1億2千萬立方公尺。 • 天然壩高度： 40~50公尺。 • 堰塞湖蓄水體積： 4千2百萬立方公尺 • 現況：經桃芝颱風(2001/7)、納莉颱風(2001/9)侵襲後，蓄水量驟減為原蓄水量之1/45，目前已大量淤積。 航空照片(溢洪道開挖後) 第2工區水潭 無人載具空拍照片(94年3月) 大量淤積

  7. 前後期衛星影像比較

  8. 草嶺潭空拍照片

  9. 航空照片(921震後) 衛星影像(2007)

  10. 草嶺崩塌歷史

  11. 2. 九份二山堰塞湖 震後影像 • 形成時間： 1999年9月21日 • 地點：南投縣國姓鄉南港溪上游 • 概述：國姓鄉崁斗山澀仔坑一帶受地震影響，發生大面積岩層崩塌(順向坡)，造成南港溪上游因崩塌土石阻斷溪流，形成韭菜湖溪與澀仔坑溪2處天然堰塞湖。 • 溢流過程： 2000年4月28日韭菜湖溪發生溢流注入澀仔坑溪堰塞湖，澀仔坑溪堰塞湖亦於2000年4月30日發生溢流，目前已大量淤積。 • 崩塌面積： 102.5公頃。 • 堆積土方： 3600萬立方公尺。 • 天然壩高：最大高度約175公尺。 • 堰塞湖蓄水體積：韭菜湖溪(68萬立方公尺)澀子坑溪(109萬立方公尺)，合計約177萬立方公尺。 澀子坑溪 韭菜湖溪 航空照片(溢洪道開挖後) 無人載具空拍照片(94年3月) 澀子坑溪(滿水位高程EL577.5) 韭菜湖溪(滿水位高程EL585)

  12. 澀子坑溪 韭菜湖溪 韭菜湖堰塞湖 澀子坑堰塞湖

  13. 衛星影像(2006) 衛星影像(2007)

  14. Date:2005/12/16 3. 知本溪堰塞湖 • 形成時間：2005年10月17日 • 地點： 台東縣卑南鄉知本溪 • 概述：知本溪上游峽谷發生坡面崩塌，崩塌土石滑落河道並阻斷知本溪，使得崩塌區上游形成長度約1150公尺、水深約19公尺之天然堰塞湖。 • 崩塌面積：7.4公頃。 • 崩塌土方：22萬立方公尺。 • 天然壩高：最大高度約19公尺。 • 堰塞湖蓄水體積：38萬立方公尺。 • 現況：已於2006年潰決。 Date:2006/1/13

  15. 知本溪堰塞湖下游分佈圖 距泓泉飯店約3.5km 約1.2km 距知本溫泉橋約6.5km

  16. 2005/12/26 2006/5/24 2006/6/19 知本溪堰塞湖重要事誌 2005年10月17日知本溪上游峽谷發生坡面崩塌，崩塌土石滑落河道並阻斷知本溪，形成長度約1150公尺、高度約19公尺之天然堰塞湖。 2005.10.17 2006年5月17日珍珠颱風期間，壩高被洪水沖刷降低至原先高度的約1/3，上游河道兩岸較高之灘地因此露出。 2006.05.17 2005/12/26 2006/5/2ˋ(珍珠颱風後) 2006/5/24(珍珠颱風後) 2006年6月9日豪雨後，原現地河道上堆積土石幾遭洪水沖刷殆盡 。 2006.06.09

  17. 4. 龍泉溪堰塞湖 • 形成時間：2006年7月16日 • 地點： 台東縣海端鄉龍泉溪 • 概述：龍泉溪上游發生坡面崩塌，崩塌土石滑落河道並阻斷龍泉溪，使得崩塌區上游形成長度約700公尺、水深約50公尺之天然堰塞湖。 • 溢流過程： 2006年7月25日發生溢流。 • 崩塌面積： 16公頃。 • 崩塌土方： 60萬立方公尺。 • 天然壩高：高度約50公尺。 • 堰塞湖蓄水體積：80萬立方公尺。 • 現況：至今仍存在。

  18. 龍泉溪堰塞湖重要事誌 2006/07/04 福衛二號影像 由福衛二號衛星影像可知，現地已有少量崩塌 2006.7.4 2006/07/17 無人載具空拍影像 2006年7月16上午06時05分台東成功發生芮氏規模4.6地震後，開始引發多次大規模崩塌。 2006.7.16 受凱米颱風(0723~0726)降雨之影響，7月25日崩積土體下游坡面已產生溢流。 2006.7.25 2006/07/28 無人載具空拍影像 聖帕颱風(2007/08/16～2007/08/19) 觀測之最大時雨量為30mm/hr，本次事件造成天然壩體堆積坡腳嚴重下刷達5公尺 2007.8.17 2007.07.12 2007.08.25

  19. 5.大崙溪堰塞湖 邱欣慰攝(2007/4/28) • 形成時間：2006年4月以前 • 地點： 台東縣海端鄉大崙溪 • 概述：大崙溪上游發生坡面崩塌(2006年1月以前)，崩塌土石滑落河道並阻斷部分河道，其後陸續有崩塌發生，堆積土石範圍擴大並阻斷河道形成高度約10m之天然堰塞湖。 邱欣慰攝(2007/4/28)

  20. 大崙溪堰塞湖下游設施分佈圖

  21. 大崙溪堰塞湖重要事誌 2006/01/03福衛二號影像 2006.1.3 由福衛二號衛星影像可知， 2006年1月3日現地已有崩塌地發生，並於坡腳形成一堆積扇，但堆積土石並未完全阻塞河道，堰塞湖尚未形成 2006/10/29 福衛二號影像 2006年10月29日之衛星影像顯示，崩塌區上游已蓄水形成堰塞湖，崩積土體的坡腳無明顯之滲流及溢流。 2006.10.29 2007/8/30 福衛二號影像 2007.9 2007年8月30日之衛星影像顯示，堰塞湖溢流量增大，但壩體並未遭洪水沖刷破壞，僅蓄水量明顯增加。

  22. 6. 日本堰塞湖(東竹沢地區) 震後照片 • 形成時間： 2004年10月23日 • 地點：芋川流域 • 概述：新潟縣中越地震(M6.8)後形成的大規模地滑堵塞芋川形成堰塞湖。 • 天然壩體體積： 1百30萬立方公尺 • 天然壩高：高度約28公尺。 • 堰塞湖蓄水體積： 47萬立方公尺 。 緊急處置初期

  23. 7. 日本堰塞湖(寺野地區) 震後照片 • 形成時間： 2004年10月23日 • 地點：芋川流域 • 概述：新潟縣中越地震(M6.8)後形成的大規模地滑堵塞芋川形成堰塞湖。 • 天然壩體體積： 1百萬立方公尺 • 天然壩高：高度約26公尺。 • 堰塞湖蓄水體積： 43萬立方公尺。 上游 (蓄水區) 無人載具空拍照片(94年3月)

  24. 8.中國大陸唐家山堰塞湖(汶川地震) • 形成時間：2008年5月12日 • 地點：北川縣境內湔江流域 • 概述：汶川大地震後形成的滑坡堵塞了湔江所致，水位持續上升，壩體底部並有管湧現象，最近之北川縣城位於下游3.2公里處。 • 天然壩體體積： 2千萬立方公尺 • 天然壩高：高度約82~124公尺。 • 堰塞湖蓄水體積： 3.2億立方公尺。 • 現況：溢流水道開挖完工後，6月10日之水位降低22.1公尺，蓄水量由2.49億立方公尺降至1.1億立方公尺，减少蓄水量1.39億立方公尺。 上游 (蓄水區)

  25. 唐家山堰塞湖(0512汶川地震):迴水長度之變遷 20080522 20080519

  26. 貳、堰塞湖評估相關理論

  27. 1.堰塞湖之天然壩體堆積形態之分類Costa and Schuster(1998) • Type I ：壩體未跨越河谷 • Type II ：壩體跨越河谷且衝上對面坡面 • Type III ：壩體跨越河谷且往上下游發展 • Type IV ：壩體游河谷兩側同時滑動所形成(2堆積體相接觸) • Type V ：壩體由一崩塌中分兩股進入河床所致(連續型) • Type VI ：壩體河床受地震擠壓隆起所致

  28. 2. 堰塞湖壩體破壞形式 • 堰塞湖潰壩形態一般有下列四種： 1.溢頂破壞 2.滑動破壞 3.管湧破壞 4.混合破壞 • 由前人研究統計，在202個天然壩破壞案例中，有197個係因壩頂溢流後破壞，約佔破壞總數之97%，其餘僅佔3%。 溢頂破壞 滑動破壞 管湧破壞 (高橋保，匡尚富1988)

  29. 3. 堰塞湖壩體安定性快速評估 • 無因次阻塞指標(DBI) (Ermini & Casagli,2003) • 利用簡易公式，無因次阻塞指標(DBI)，定義如下： • Aa為堰塞湖集流面積 • Hd為天然壩壩高 • Vd為天然壩壩體體積 • 研判基準 • DBI<2.75，則壩穩定 • DBI>3.08則為不穩定 • 2.75<DBI<3.08則介於穩定與不穩定之過渡區，

  30. 案例試算 DBI=2.75 草嶺 DBI=3.08 安定區 唐家山(40m) 唐家山(82m) 九份二山 唐家山(40m) 東竹沢 寺野 龍泉 知本 唐家山 十二平3 不安定區 十二平1 南平1 南平2 十二平2

  31. 4. 堰塞湖壩體破壞力學評估 • 滑動與管湧破壞之評估 • 利用程式計算可能滑動面(最小安全係數) • 溢頂與混合破壞之評估 • 尚待研究 壩頂溢流破壞

  32. 參、堰塞湖緊急處理對策

  33. 堰塞湖處理流程

  34. 堰塞湖處理流程 • 緊急處理階段 • 危險度初評 • 壩體安定性評估(DBI指標法) • 上下游社區安全評估(潰壩水理模擬及土石流模擬) • 緊急處理措施訂定 • 預警通報 • 監測系統建立(雨量、水位、影像、地聲) • 警戒基準訂定(啟動流速、水深、流量、雨量) • 疏散避難計畫訂定(疏散路徑、收容所) • 緊急工程 • 抽水(降低水位) • 排水(溢洪口、溢洪道之開挖與保護)

  35. 堰塞湖處理流程 • 中長期處理階段 • 長期演變趨勢 • 堰塞湖壩體破壞之力學評估(鑽探、水下地形測量、滲流水位觀測) • 堰塞湖淤積過程預測(崩塌調查及土砂生產運移推估) • 堰塞湖下游河道變遷評估(來水來砂變化對下游河道影響) • 堰塞湖保存與否評估(保存之目的、用途及效益分析) • 長期處理對策 • 壩趾保護 • 溢洪道及溢洪口強化 • 下游堤防加高加固加長 • 下游預警通報系統之強化 • 上下游防砂工程強化

  36. 緊急處理案例-草嶺堰塞湖 1999/09/21■ 921地震導致崩山，形成堰塞湖 1999/10/23■ 完成緊急溢流水道開挖、防災土堤及坡面整理(1999/10/05開工) 緊急減洪水道5公里、 簡易固床工10處、簡易防砂壩1處)， 1999/11/11■ 完成上游淹沒區警戒範圍測定 2000/01/21■ 完成監測系統 監測湖面水位，崩塌區土體變化，孔隙水壓， 地震儀裝置1座、埋入型傾斜儀4處、孔隙水壓計6處 2000/03/29■ 完成監視系統 設4處微波傳送攝錄系統 2000/06/21■ 完成溢流水道加強工程 辦理溢流水道複式斷面擴大修築(計畫流量3000cms) 下游溢流水道消能處理(舖設保護工)、固床工8處、防砂壩1座 2000/05/28■ 堰塞湖下游防砂壩及固床工興建工程 梳子壩、防砂壩、固床工10座 2000/9■ 完成下游清水溪急需防洪工程 堤防與護岸加高、加固與新建計畫、固床工 2000/12/27■ 完成第一工區分流緊急工程(1000公尺) 2000/12/31■ 完成緊急溢流警報系統：12處警報站

  37. 第 3 工區 第 2 工區 第 1 工區 緊急減洪水道、簡易防砂、壩簡易固床工、監視系統、監測系統 梳子壩、攔砂壩、下游防洪工程 防災土堤 第一工區分流緊急工程

  38. 緊急處理案例-九份二山堰塞湖 1999/09/21■ 921地震導致崩山，形成堰塞湖 1999/12/30■ 完成緊急溢流水道開挖(1999/10/10發包施工)。 完成緊急溢流水道1400公尺 2000/06/30■ 完成溢流道加強工程 利用現場塊石，排砌加固溢流道兩岸及底床，共計290公尺 2000/03/30■ 完成坡趾壓重工程 以空貨櫃內填充現場砂石，完成貨櫃加載工程 2000/08/30■ 完成堰塞湖下游梳子壩及潛壩興建工程 主壩(梳子壩)長131公尺，高14公尺 副壩長84公尺，高8公尺 潛壩長30公尺，高5公尺 2001/04/30■ 完成溢流水道挖降工程 韭菜湖溪挖降9公尺，澀子坑溪挖降7.5公尺 2003/01/30■ 完成柱狀透過性潛壩工程 針對溢洪道完成20座柱狀透過性潛壩

  39. 緊急處理工程 一、開挖溢洪道：完成1450公尺溢洪道開挖。 緊急溢洪道開挖情形

  40. 二、溢洪道加強工程：完成290公尺溢洪道，兩岸大塊二、溢洪道加強工程：完成290公尺溢洪道，兩岸大塊 石排砌加固工程。 緊急溢洪道排砌大塊石排水情形

  41. 三、溢洪道尾端保護(以空貨櫃內填現場採取之砂石材料， 以穩固坡趾，增加抵抗力)

  42. 三、溢洪道尾端保護(柱狀透過性潛壩工程)

  43. 四、溢洪道下游河道保護(中長期處理工程)

  44. 日本東竹沢堰塞湖處理案例 2004/10/23■新潟縣中越地震形成堰塞湖。 2004/11/09■ 完成緊急排水路 佈置排水管，共設置6台抽水機(6m3/sec） 緊急處理 2004/12/04■ 完成地下洩水管佈置，同時增加6台抽水機 中長期處理 2005/03/30■完成溢流水道、防砂工程、山腹工與地盤基礎改良

  45. 河道閉塞対応状況（東竹沢地区） 芋川 伸縮計 傾斜計 新宇賀地橋 Ｐ 水位計 地下排水管 排水渠道 監視カメラ 緊急排水路 移設 監視カメラ 梶金橋 ワイヤーセンサー 緊急處理階段 - 抽水、排水與監測 越流防止工 Ｐ 平成１６年１２月４日撮影

  46. 2 抽水與排水 入水口 2 入水口 1 3 出水口 地下排水管 緊急排水路 1 抽水 3 出水口 平成１６年１２月４日撮影

  47. 中長期處理工程

  48. 中長期處理工程

  49. 日本寺野堰塞湖處理案例 2004/10/23■新潟縣中越地震形成堰塞湖。 2004/11/07■ 完成緊急排水管 佈置排水管抽水，共設置16台抽水機(6m3/sec) 緊急處理 2004/12/17■ 完成溢洪道 中長期處理 2005/03/26■ 完成防砂工程、山腹工與地盤基礎改良

  50. 緊急抽水 16台抽水機，24小時抽水

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