火炎山沖積扇的侵蝕與堆積變遷特性

一、前言
火炎山自然保留區為現有的20個自然保留區之一，其特徵為蝕溝發達、地表沖刷作用強烈，邊坡垂直聳立礫石惡地地形，加上一系列的聯合沖積扇，遠觀具有地景的形色之美。依據前人調查，造成惡地地形的原因，地質地形條件以及豪大雨事件，都會影響到地形發育的狀況。
由於火炎山自然保留區的礫石惡地地形變動非常大，當降雨量達到一定程度以上，就會產生邊坡沖蝕的現象，蝕溝發育，進而有許多礫石與細粒物質進入河道，並向下邊坡移動，在進入大安溪河岸前形成大規模的沖積扇。火炎山地區由於受到地表侵蝕作用，表面的礫石以落石的方式後退，形成非常高角度的裸露邊坡。這些邊坡由於經常發生邊坡後退作用，因此植物無法生長，長年保持光禿狀態。這種邊坡演育的方式，是上方邊坡以高角度的方式後退，在下方產生由崩落物質堆積的崖錐。
火炎山自然保留區往往在颱風豪雨後，會在沖積扇外緣的道路淤積大量土石，因此公路單位於94年在沖積扇下方興建一隧道。由於這個隧道正位於火炎山的坡腳下，將來礫石在堆積時，除了從隧道上方通過外，是否會側向延伸至隧道口？將來保留區所沖刷下來的泥沙堆積的模式，是否造成隧道口的封閉及不可預期的生命財產損失，值得進行觀察監測。經過3年來的觀測，瞭解由於隧道的長度不夠，反而造成隧道兩邊的入口，都曾遭土石淹埋，甚至造成死亡事件。
二、 火炎山自然保留區的自然特性
火炎山屬於苗栗丘陵的最南側，隔著大安溪與后里台地相望，東側為東勢丘陵的前緣，西側為大安溪的沖積區。交通位置上，火炎山自然保留區的左側有國道1號與13號省道經過，下方有苗140（原130甲）線可通往國道3號的通霄／苑裡交流道。由於主要岩層均為礫石層，邊坡易崩落形成草木不生的惡地景觀，已於75年公告指定為台灣20個自然保留區之一。劃定的範圍除了陡崖區、部分丘陵區及由蝕溝堆積出來的大型沖積扇。依林務局新竹林管處所指定之保留區範圍，疊合於第3版1／25,000地形圖上，其範圍與位置如圖1所示。

土石流災害管理

　 所謂災害管理（ Disaster Manegement ），是針對危險情況的一種持續性、動態性的規劃管理過程，以減少危險情況的不確定性及降低災害發生之可能。從「管理」的觀念而言，有關災害種類、預防方法、發生時間、應變方式、復原計畫、政策檢討等，均是災害管理的範疇。
　　 災害發生之過程可分為減災（mitigation）、整備（prepared-ness）、應變（response）、復原（recovery）四個階段，每階段皆環環相扣，一個階段沒作好，就會影響下一階段的工作。事實上，預防勝於治療，因此近年來的重點逐漸轉移至減災工作上，因為減災才是最根本且長期性的災害管理措施。

土石流的成因

其實檳榔不是唯一的禍首，檳榔也不一定會導致土石流，簡單說明一下土石流發生的成因。

土石流的好發環境 大概需要同時具備3個要素：

(1) 坡度夠大：提供流動的能量
(2) 土砂夠多：提供土石流的原料
(3) 雨水夠多：土石"流"當然需要有水來混合

那麼，台灣為什麼這麼容易發生土石流？就由這3個條件逐一看起︰

(1) 坡度大
台灣整個島東西向最大寬度僅約144公里，但卻有近4000m的高山，顯示整體山區坡度陡峭是屢見不鮮。此外，台灣山坡地面積達73%(水土保持法定義者)，可以說台灣相當多地區，具有坡度大的性質。此為其一也。
--- (題外話) ---
日本的砂防(sabo)相關工作人員，他們在參觀石岡壩時說：哇！你們台灣的『山』怎麼這麼陡！事實上石岡壩附近的『山』還比台北盆地低許多，更遑論中央山脈更高更陡的山。雖然這不表示日本的山不陡，但可想見，台灣多陡峻山地的特性令人印象深刻。
----(題外話結束)----

(2) 土砂料源多

台灣主要促使土石流發生的原料就是崩塌地。所以我們要來看這些崩塌地是怎麼發生地。
(a)台灣地質年代年輕
岩層壓密的時間不長就被抬升出地表，因此容易風化破碎。
(b)台灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊界線上
板塊作用使得地震頻繁，台灣每年平均發生1,000次有感地震，等於每天都會有。地震作用都會造成一定程度的地表鬆動。這個現象在九二一地震當年更加明顯，當年統計之有感地震次數達3,228次，數據上九二一之後土砂災害的次數與規模，都遠大於過往，這個之後會介紹。
(c)由於板塊擠壓，許多地層構造複雜，斷層與褶皺分布多，弱面易造成岩體破碎。
(d)河川坡陡流急
由於台灣河川長度短，高差大，因此各種侵蝕作用強烈。山區河川的向源侵蝕，與側向侵蝕經常在河岸淘刷坡腳，造成崩塌。(下有圖)
(e)人為開發
人為開發是造成崩塌的重要原因，除了開發造成地表植生被砍伐之外，原先坡地的完整性被破壞後，坡地穩定性降低，容易發生崩塌。以道路為例：

            坡頂◢           道路上邊坡◢
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         ◢███               道路 ███              ◢◤███
坡腳 ◢████        下邊坡 ◢████               ◢████

   原始坡面          開挖道路破壞坡腳       上邊坡因重力作用崩落

河流淘刷坡腳也有類似的情況

(3) 雨量大
台灣除了年平均雨量大之外，短時間內的高強度降雨日數也多，也就是說，大量降雨集中在幾天，這對坡地與土壤的衝擊非常大。


降雨 ； ；；                                                                     ； ；
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雨水由坡面入滲，累積在特定岩層(黃藍之間)                    當水分過高，黃色層與藍色層之間過度潤滑，導致黃色層崩落
     
當這三大要件不幸同時發生後，就提供土石流的產生的機會

土石流發生的幾種徵兆可以參考，可以發現其中有『溪水異常減少』這一項，這個就是因為野溪上游因為發生崩塌，大量土石堵塞河道，形成類似小型堰塞湖，所以下游的溪水量在雨天反而變少了。而這些堆積在上游的土砂，與石塊不斷累積背後的水壓力直到潰壩，開始混合著水向下游流動。而由於土石流流速快，可達10m/s，巨大的石礫又會在最前方領軍，因此破壞性很大。

最後提一下檳榔樹的問題，由於土石流發生需要有崩塌地提供材料，崩塌地的發生就如上面的描述，因此造成崩塌的『人為因素』應該是要關注的重點。
一般人對於檳榔的印象是淺根，而且種得很誇張，常常種滿整座山……確實，喬木的根系有助於增加坡面的穩定性，有點類似地錨的功能，但坡面有樹並不保證不會崩塌造成土石流，當地質條件不佳，坡度本身就很陡的情況下，即便有樹也未必能穩定坡面，照樣有機會造成崩塌，以溪頭為例，台大實驗林地區在桃芝颱風期間也發生了土石流。此外，石門水庫集水區，在2004年艾利風災後，總崩塌地面積暴增至703公頃，經調查分析，竹林的崩塌面積非常高，但是竹林是台灣山區常見的植物，不可能為了水土保持，把它砍光改種其他樹種，事實上，也不能只歸咎於竹林與檳榔淺根的特性造成崩塌，而應該是要注意，當初為了種植作物，砍伐原生植物的動作，已經破壞了坡面穩定，如果能配合水土保持措施，還是可以降低崩塌的機率，但這都有極限，遇到超大降雨，即便是原始樹種也未必擋得住就是了。
因此，除了看山坡地有沒有種檳榔外，也應該看看這些開發地區，是否有做好水土保持。過往某地就曾經發生土石流，剛開始矛頭指向檳榔樹，結果後來調查發現，崩塌的地區都是國有林，檳榔區毫髮無傷，這代表條件不佳的坡地，即使是種樹也未必不會崩塌；而開發種檳榔的地區，也可以藉由水土保持，或是挑選安全的地區種植而提高穩定性，檳榔不一定是土石流發生的元兇，但人為開發確實會提高土石流發生的機率。
補個土石流的數據

                                                      九二一地震前          地震後至2008年

每年發布警報颱風個數                                4.x                       7.x
每年平均土石流災害次數                             1.x                      10.x
每次土石流造成死亡人數 (含失蹤)                8.x                     2.x
遺憾的是最後一個數值要提高了...                            




補充說明（1）

土石流觀測站目前僅14座，並非所有土石流都有。1503條潛勢溪流，每個觀測站成本400萬，怎麼受得了，而且還要不斷維護。另外，土石流速度快，台灣的土石流又短，發生後被監測到，發出警報，居民能跑的時間不超過10分鐘（可以參考這篇文章）。目前土石流觀測站，並不是作為警報之用，而是觀測現象與數據取得，作為警戒發佈系統，與警戒與量值研究改進之用。

補充說明（2）
九二一前每次土石流災害傷亡人數較多的原因，可能有：
1. 每年平均颱風較少，所以發生土石流災害次數較少。每年多來幾次颱風，原先還OK的地方，可能會導致土石流。
2.九二一地震造成崩塌地爆增，中台灣就增加了14,000公頃的崩塌地，這些土砂來源，在爾後數年颱風降雨開始，導致土石流等災害，2001年桃芝颱風最慘（純以因土石流災害傷亡人數來看）
1999年九二一地震前，台灣人幾乎對土石流很陌生，若非1996年賀伯颱風，土石流一詞，可能要更晚為人所知。因此，過往雖然每年土石流災害次數少，但發生的土石流災害常造成重大傷亡，因為根本沒人知道有土石流這回事，更不用說事先疏散。九二一地震後，政府推動一些村里的土石流疏散避難規劃與演練，這在2001年桃芝颱風期間有發揮功效，雖然當年土石流造成88人死亡及失蹤，但幾個有事先疏散的村里傷亡極低。例如︰水里鄉郡坑村，1996賀伯颱風死亡失蹤8人，居民防災意識以及2001年5月辦理的土石流疏散避難規劃，在2001年8月桃芝颱風期間，僅1人於公路上遭土石流沖走。但是，因為桃芝颱風仍造成重大土石流傷亡，政府除了擴大辦理疏散避難規劃外，也開始研究預警機制，2004年開始有土石流警戒發布，2005年正式建立紅黃警戒模式，這應該是近年土石流災害次數變多，但每次事件的死亡人數下降的原因之一。