工程地質期末報告 – 堰塞湖 Engineering geology at the end of the report - Landslide Lake 圖 - 四川唐家山堰塞湖 水土保持所 79742101曾慶九 79742103高百毅 授課教授：張光宗老師

第一部分 – 前言 第二部分 – 堰塞湖形成的原因 第三部分 – 堰塞湖的類型 第四部分 – 天然壩潰決 第五部分 – 天然壩減災工法 第六部分 – 結論

第一部分：前言 本文重點在整理921集集大地震所引發之十餘座具代表性的堰塞湖， 歸納其形成原因。 堰塞湖的形成多是因為山崩堵塞河道所致，崩塌土體鬆軟， 因此天然壩的安全性遠不及以工程方法構築之人工壩。 2 天然壩的形成、潰決過程以及潰壩所引發之土石流及挾砂洪水為一系列之泥砂運動過程堰塞湖，若潰決往往具有突發性與危險性，將對下游將造成嚴重的土石流、洪水災害。本文將分析國內外天然壩潰決過程，配合工程方法整治少數具安定性之堰塞湖。 3

第二部分：堰塞湖形成的原因 中國大陸的140起堵江類型統計 崩塌土體堵塞河道所形成天然壩之必備條件 Schuster and Costa統計的堰塞湖成因 堰塞湖介紹：九份二山、草嶺新潭、八燕坑

堰塞湖成因 以中國大陸的140起堵江類型分類： 滑坡堵江：在各種地形、地貌、地層中均可見到， 尤其在順向坡中最為常見，九份二山與草嶺也屬此類。 1 (共98起) 崩塌堵江：大多分佈於高山峽谷區。 這些地區谷深坡陡、地形複雜、岩層破碎，易發生崩塌， 堵塞河道，雪山坑溪為崩塌型堰塞湖之典型代表。 2 (共24起) 土石流堵江：僅可能發生於高強度降雨， 單純地震無法引發土石流。 3 (共18起) 本文將滑坡堵江與崩塌堵江均稱之為 堰塞湖 (landslide dammed lake)或 天然壩 (natural dam)。

堰塞湖成因 斜面崩塌土體堵塞河道所形成天然壩之必備條件： 發生坡面崩塌。 崩塌土體能到達河床及對岸。 1 崩塌土體能到達河床及對岸。 2 到達河床的土體不因水流作用產生流動，形成土石流被帶走。 3 河流水流的挾沙能力、沖刷能力較小， 不能將崩塌土體瞬間流失。 4 特殊案例－921大地震時之大安溪及沙漣河： 車籠埔斷層橫越溪床，阻斷溪流造成堰塞湖。土方來源由下向上隆起，與崩塌地滑由上而下的方式，截然不同。

堰塞湖成因 Schuster and Costa (1986) 統計135個全球重要的堰塞湖： 因為降水或地震造成崩塌 堰塞湖成因 降水及地震 火山噴發物堵江 結冰或植物堵塞等 百分比(%) 84 7 9 因為降水或地震造成崩塌 降雨或 降雪 地震 火山 爆發 其他

集集921大地震所形成之堰塞湖 名稱 位置 壩體 誘發原因 蓄水容積 處置方式 草嶺新潭 濁水溪支流清水溪，介於雲林古坑鄉與嘉義梅山鄉之間，集水面積162km2。 長5000m(沿河長)；寬600m；高50m(上游)、250m(下游)；土方12600萬m3。 掘沓山順向坡崩塌。 4600萬m3。 保留原址設溢洪道，需注意再次順向坡滑動。 九份二山 南投國姓鄉，南港溪支流木屐蘭溪上游之澀仔坑溪與韭菜湖溪匯流處。 長1500m；高140m；土方7000萬m3。 斷層經過，崁斗山順向坡崩塌，崩塌與堆積面積180公頃。 澀仔坑80萬m3，韭菜湖130萬m3。 壩體遠大於蓄水容積，無危險性。 大安溪內灣段 大安溪中游，位於卓蘭鎮內灣與上新交界處。 長300m；高10m。 車籠埔斷層隆起。 地勢平坦，迴水段長。 挖出50m寬之主河槽。 頭汴坑溪(一江橋) 大里溪上游頭汴坑溪一江橋上游500m。 長250m；高50m 寬150m；土方187萬m3。 虎頭山崩塌(走山)。 已開挖排水道，並持續開挖擴大寬度。 頭汴坑溪(龍寶橋) 頭汴坑溪龍寶橋上游200m。 長50m；高5m 寬50m。 斷層隆起。 極小，類似池塘。 挖出主河槽。 旱溪 大里溪支流旱溪，觀音橋至南陽橋間。 長600m；寬30m；高6m；土方1.8萬m3。 崩塌(走山) ，部分河道完全為山崩土石所掩蓋 88年10月5日下午完工。挖出主河槽。 雪山坑溪 大安溪支游雪山坑溪，達觀村雪山花園農場處。 長60m；寬50m；高15m。 兩側同時崩塌。 二個堰塞湖，合計16萬m3。 均已自然溢流，無災害發生之虞。 沙漣河 大甲溪支流，位於東勢鎮興隆橋下游50m，接近石岡水庫。 長150m；寬50m。 車籠埔斷層隆起(當地居民稱水倒流1-2天)。 人工開挖。 石盤溪 (9月26日6.8級地震所產生) 南投縣鹿谷鄉永隆村石盤溪上游的線浸山區(台大實驗林第10林班內)。 長600m；高30-40m。 崩塌 二個堰塞湖，大者約0.5-0.7公頃小者約0.3公頃。 集水區僅約1km2，無危險，部份已自然溢流 生毛樹溪 清水溪支流 極小 崩塌(走山) 已自然溢流，無災害發生之虞

九份二山 台灣堰塞湖介紹 澀仔坑地區之崩塌地（通稱九份二山） 地理位置：南投縣國姓鄉南港村 長石巷之崁斗山山麓一帶 地理位置：南投縣國姓鄉南港村 長石巷之崁斗山山麓一帶 水文：南港溪支流木屐蘭溪上游澀仔坑溪與韭菜湖溪匯流處 地質：中新世水裡坑層（北寮層）之混濁砂岩夾頁岩 地層態位：大致為南北走向，傾角向東傾斜約20-28度（與坡面近似） 弱面：崩塌地上方沿走向尚有國姓斷層(或稱十二份斷層)通過 此次崩塌主要受車籠埔斷層影響，引發國姓斷層再次活動，斷層上盤岩層因擠壓碎裂沿順向坡方向崩滑。韭菜湖溪及澀子坑溪被土石掩埋，因而形成韭菜湖溪（集水面積約283公頃）及澀仔坑溪（集水面積約400公頃）兩處高50至60公尺之大規模堰塞湖。

草嶺 台灣堰塞湖介紹 地理位置：雲林縣古坑草嶺 水文：清水溪 崩塌面積：400公頃左右 高度：約50公尺 （標高約540公尺） 水量：估計4600萬立方公尺 成因： 921集集大地震誘發清水溪兩側邊坡產生大規模地滑崩塌， 大量崩潰土淤塞於清水溪河床。 因崩積土層游塞清水溪河床清水溪上游水流受阻滯，致潭岸上游形成一臨時水潭，稱之為草嶺新潭。草嶺村以往多次之崩塌係由地震或豪雨所觸發，但地震及豪雨僅為加速崩塌之近因，其造成崩塌之基本因素，實為崩塌地區之岩層性質及地質構造之支配所致，而地形上之特色亦在崩塌成因上扮演一個重要角色。

草嶺大崩塌歷史簡表 (修改自經濟部水利處,1999) 次數 日期 原因 土方量 天然 壩高 阻塞河 道長度 蓄水量 潰決 時間 潰決原因 造成災害 1 1862.6.6 地震 不詳 1898 2 1941.12.17 70公尺 約2千餘公尺 3 1942.08.10 豪雨 1億2千萬立方公尺 170公尺 (連前) 同上 1951.05.18 豪雨洪水沖刷 死亡137人，受災田地約3,000公頃，受災人口約10,000人。 4 1979.08.15 500萬 立方公尺 90公尺 4千萬 1979.08.24 崩潰前已疏遷居民未造成大災害，桶頭橋及瑞草橋沖壞 5 1999.09.21 1億2千6百萬立方公尺 上游 50公尺 約5千餘公尺 4千600萬 2004.07.03 豪雨洪水沖刷(敏督利颱風)

八燕坑 台灣堰塞湖介紹 地理位置：苗栗縣銅鑼盛隆村八燕坑 水文：八燕坑溪 面積：20公頃左右 水量：估計12萬噸 面積：20公頃左右 水量：估計12萬噸 成因：辛樂克颱風造成走山地滑 發生時間：2008/09/19 【圖】八燕坑堰塞湖近照 新聞報導 縣長劉政鴻當日前往會勘，認為堰塞湖有立即性的危險， 加上又有新的颱風形成，為了安全起見，商請國防部協助爆破 。 水保局台中分局局長丁振章表示，此處屬於土石流的潛勢溪流， 但暫時不會有潰堤的問題 。

【圖】被崩塌土體壓倒的樹木

【圖】剛好位在地滑區域的電線桿

【圖】地滑的破壞面 影片撥放

第三部分：堰塞湖的類型 921後實地調查分析十餘座堰塞湖， 並參考Costa and Schuster (1988)對堰塞湖之分類研究。 Type I - 土體以整體或碎層流的形式滑動 Type II - 土體以較高的速度越過河床衝向對岸斜坡 Type III - 兩側同時發生山崩 Type IV - 滑坡分二股以上進入河床 Type V - 河床受地震擠壓而隆起

Type I 地滑、崩塌體或土石流以較高的速度越過河床衝向對岸斜坡， 並爬高至一定高度後再折回原河床。 a. 示意平面圖 b. 示意剖面圖 【圖】草嶺堰塞湖 b. 示意剖面圖

Type II 土體以整體或碎層流的形式滑動， 並一定的速度衝入河床， 沿河谷向上、下游流動了一段距離， 形成寬厚的堆石壩，阻礙水流。 【圖】九份二山堰塞湖 a. 示意平面圖 b. 示意剖面圖

Type III 兩側同時發生山崩。 a. 示意平面圖 【圖】 雪山坑溪堰塞湖 b. 示意剖面圖

Type VI 滑坡分二股以上進入河床， 形成兩座或兩座以上壩體， 至少有一座壩體完全堵江。 變彩色 a. 示意平面圖 b. 示意剖面圖

Type V 河床受地震擠壓而隆起， 土方來源由下而上， 天然壩體較為平整， 開闊河道亦可能發生。 a. 示意平面圖 b. 示意剖面圖 【圖】大安溪隆起堰塞湖 b. 示意剖面圖

第四部分：天然壩潰決 由邊坡崩塌滑落土體或蝕溝土石流堵塞河道形成之天然壩， 一般因其壩體多為土砂堆積而成， 結構鬆散，易被水滲透，故極易潰決。 天然壩的壽命統計 天然壩的壽命估算 三種天然壩潰決過程

天然壩的壽命 根據Schuster and Costa (1986)針對63個堰塞湖的統計分析， 有91%之堰塞湖會在一年內潰決，因此可以認為大部分天然壩都有可能因某種因素而潰決。 【圖】經由文獻分析63個堰塞湖 之年限變化

天然壩的壽命推估 假設堰塞湖不發生潰壩的情況下 利用： 堰塞湖的容積 集水區泥砂產量 通用土壤流失公式 Am = Rm x Km x L x S x C x P 集水區泥砂產量估算簡易公式 Ys =ΣAm x SDR 估算堰塞湖的年限 澀仔坑堰塞湖淤滿年限約為12~18年 韭菜湖約為10~16年。

三種天然壩潰決過程 (a) 溢流侵蝕潰決型 (Erosion by Overtopping) 壩體透水係數小、強度大且上游水量大， 使得水位上升速率比壩體內浸潤線傳撥速度快。 (b) 滑動崩決型 (Instantaneous Slip Failure) (b) 壩體透水係數大、強度低。 上升的水位使壩本身荷重增加， 同時飽和部分因滲透水的浮力作用而產生不穩定滑動面。 (c) 溯源漸進潰決型 (Progressive Failure) (c) 壩體的透水係數最大、強度也最弱， 上游流量很小。浸潤峰到達壩體下游坡面， 產生管流或表面流侵蝕坡腳，而不穩定。

第五部分：天然壩減災工法 由於天然壩本身遠較人工壩脆弱，因此即使短時間尚未潰決之天然壩， 也會在安全考量下，以人工方式協助其緩慢潰決，達到減災之目的。 其次，即或天然壩極為安定，但亦可能因上游淹沒土地房舍等因素， 而必須將其拆除。 降低水位 邊坡穩定 1 4 導水設施 其他非工程方法 2 5 壩體加固 工程實例 3 6

降低水位 水壓之負影響： 靜水壓：隨水深的二次方增加， 因此水位升高對壩體為級數型的壓力破壞， 除潰決可能性增加外，同時對壩體的滲流現象也將愈加明顯。 溢流：水位升高而溢頂，將對鬆散之天然壩坡面造成表土沖刷、 產生蝕溝或土石流，進而壩體潰決。 【圖】設抽水站降低堰塞湖水位 處理方式： 設計排洪渠道導水向下游 藉由抽水機組或涵管等方式控制水位高度

導水設施 溢洪道的設置 初期壩體鬆散，沉陷量不勻， 不宜設置混凝土等剛性溢洪道。 順原河道構築，壓密，降低土層入滲率，並提高土壤抗蝕性； 1 順原河道構築，壓密，降低土層入滲率，並提高土壤抗蝕性； 再鋪設巨石及塊石等，以增加粗糙度，降低流速。 2 若壩體沿河流方向過長，則必須以工程方法， 在不至加劇局部掏刷的原則下，協助其逐漸演變成自然河道。 長 短 若壩體沿河流方向較短， 未來仍須進行抗沖性更高之永久性溢洪道或導水涵管。 由於天然壩之面積較廣，因此也必須針對降雨造成局部沖蝕進行防治。如九份二山天然壩下坡面坡度可達30度，極易因降雨形成蝕溝， 甚至土石流。因此設置如魚骨狀之坡面排水工，導除過多之逕流。

壩體加固 另可於天然壩下游面， 設置防砂壩以穩定其坡腳， 降低管湧掏刷基腳。 崩塌型天然壩 不可能進行全面性壓密措施 1.長度 2.高度 但可依 1.長度 2.高度 5.承受的水壓力 實施局部性 滾壓加固措施 3.密實程度 6.構成壩體的材料 4.滲漏程度 7.水流漫頂後的沖刷情況 斷層拱隆起所形成的天然壩 密實性較崩塌滑落之土體為佳，且可形成於寬廣河道。 因此若不處理，則未來自然潰決， 也易因河道寬廣與土體密實， 而形成心灘、水下急灘或邊灘等。

邊坡穩定 其他非工程方法 堰塞湖必須注意兩側山壁的安定， 尤其是順向坡，避免崩塌土體落入湖中使水流溢出， 甚至造成湧浪，對下游居民造成傷亡。 以上四種減災工法，屬於工程硬體設施， 至於其他預報預警系統及教育宣導措施等，也極為重要。 畢竟防災與減災不可僅倚靠工程方法，在人與自然和平共處的同時， 也必須預留時間與空間上的緩衝區，以降低危害程度。

邊坡穩定 工程實例 九份二山堰塞湖治理成果 堰塞湖溢流水道處理 溢流水道原已完成開闢1450公尺， 現本處擬將溢流口至0+650處水道高程降低約8公尺， 有效降低堰塞湖蓄水容量， 延長潰決時間並減低潰壩流量， 減輕堰塞湖潛在危險。

堆積土體靠近崩塌山壁處， 為維持其穩定性不宜開挖， 故邊緣擬設置截水溝導引水流排入堰塞湖內。 坡面坡趾排水 不整地排水 截水溝1300m 涵管埋設100m 坡面(滲水)洩水管埋設1000支 截水溝設置 堆積土體靠近崩塌山壁處， 為維持其穩定性不宜開挖， 故邊緣擬設置截水溝導引水流排入堰塞湖內。

堰塞湖概況 韭菜湖溪蓄水量減少約296,000立方公尺。 澀仔坑溪蓄水量減少約354,000立方公尺。 九份二山堰塞湖治理成果 韭菜湖溪蓄水量減少約296,000立方公尺。 澀仔坑溪蓄水量減少約354,000立方公尺。 總計兩個堰塞湖減少約650,000立方公尺之蓄水量， 大大減輕潰壩之壓力。 崩塌區內局部整地可以增加坡址之穩定性， 增加後續土地利用之價值。 縱橫向排水可以減少表層沖蝕。 挖方量就地填入堰塞湖及遠填至金瓜寮水潭， 無廢棄土方之環保問題。

第六部分：結語 堰塞湖的平均壽命小於十天，且九成以上於一年內潰決。由於堰塞湖的形成與潰決易造成土石流或洪水等二次災害。因此，首先應掌握河道堵塞狀況，預測災害發生的可能性、規模及泛濫範圍，從而在二次災害未發生之前採取對應措施。為此，根據過去的災害實例總結經驗教訓，並根據實測資料分析其規律性。本研究由921大地震所形成之十餘座堰塞湖，系統整理出各堰塞湖之特性，並歸納成五大類型，分析其成因，且建立堰塞湖之分類概念。對於世界各地若干整治成功之天然壩，也一併歸納出減災工法，提供實務單位參考。未來將進一步通過實驗及理論研究，明瞭其形成及潰壩機理，建立預測潰壩土石流和洪水規模之數學模型和計算方法。

-- 報告終了 -- 感謝大家的聆聽與指正

參考文獻 陳樹群（1999），「堰塞湖潰決機制與減災工法研究」， 中華水土保持學報第三十七卷第四期。 陳樹群（xxxx），「集集地震引發之堰塞湖類型及其潰決機制」。 2 林昭遠（2002）， 「九份二山崩塌地植生復育率與堰塞湖泥沙產量推估之研究」， 水土保持學報第三十四卷第一期。 3