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研究生: 李健裕
Li, Chien-Yu
論文名稱: 類神經網路於邊坡破壞潛能之評估- 以莫拉克風災曾文水庫集水區為例
Evaluation of Slope Failure Potential by Artificial Network-The Slope Failures in The Catchment of Tsengwen Reservoir Caused by Typhoon Morakot
指導教授: 吳建宏
Wu, Jian-Hung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 123
中文關鍵詞: 邊坡破壞曾文水庫集水區莫拉克颱風福衛二號影像類神經網路
外文關鍵詞: failure slope, Tseng-Wen Reservoir, Typhoon Morakot, Formosat-2 images, Artifical Neural Network(ANN)
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  • 摘要
    我國民生、工業及農業用水大都來自於水庫,因此水庫的使用年限以及水質濁度指標便相當重要。而水庫集水區因受地形、地質、氣候、人文與土地利用等因素影響,當發生邊坡崩塌現象,加上表土層沖蝕及溪流沖刷所造成之泥砂,致使水庫淤積大量砂石,縮短水庫壽命更對人民生活造成影響。
    曾文水庫位於嘉義縣大埔鄉曾文溪流域上游,集水區面積共達481平方公里,橫跨嘉義縣及高雄市,係為調節並充分利用曾文溪之水資源,以改善與擴充嘉南地區耕地灌溉之目的而興建,並兼具供發電、防洪、觀光功能,除了是一個多元性的水庫之外,更是我國最大的水庫。
    然而近年來氣候異常,颱風豪雨不斷,如2001年納莉颱風、2004年敏督利颱風、2008年卡玫基颱風及2009年莫拉克颱風皆為曾文水庫集水區帶來豐沛雨量,但挾帶流入水庫泥砂量亦相當可觀。有鑑於此,本研究將針對曾文水庫集水區內邊坡進行研究,分析邊坡在極端豪大雨情況下的穩定條件,並且建立邊坡破壞的預測模式。
    本研究乃利用遙感測量針對邊坡發生破壞之集水區範圍內,以2009年8月6日至8月10日間發生於中南部的莫拉克颱風為研究對象,運用衛星影像判釋出災害崩坍地的位置,整合資料庫的數位地形、地質圖,取得邊坡破壞六個相關影響因子,分別為坡度、坡向、地質、高程、距斷層距離以及距水系距離,建立類神經網路之模型,再精細的調整模型的輸出值。研究顯示地質、坡度以及距水系距離是曾文水庫集水區在極端降雨下邊坡穩定敏感度最高之影響因子;另外類神經網路訓練的模型的成功判斷機率為85.3%,利用類神經輸出值與發生頻率可以回歸得到邊坡產生破壞的機率關係。

    abstrct
    The main water resource of people’s livelihood and industry comes from the reservoirs, thus the service life of reservoirs and the water quality indicator are quite important. The catchment of reservoirs can be affected by topography, geology, humanities and land utilization. When landslide occurs, the reservoirs can be silt up with a large amount of sandstones, which comes from the erosion of the layer of surface soil and mud caused from scouring. It will also shorten the service life, and lead to a significant influence of people’s life.
    Tsengwen Reservoir is located at the upstream of Tsengwen basin in Dapu Town, Chiayi County. The catchment area is 481 square kilometers from Chiayi County to Kaohsiung City. Tsengwen Reservoir is built for the purpose of adjusting and fully utilizing the water resource of Tsengwen Creek, and to improve and expand of irrigation of Chianan Area. Further more, it acquires multiple functions such generating electric power, preventing flood, and sightseeing. It is not only a multi-functional reservoir but also the biggest one in our country.
    However, since the climatic anomalies in the recent years, with the continuous typhoons and torrential rain, such as Typhoon Nari in 2001, Typhoon Mindulle in 2004, Typhoon Kamaegi in 2008, and Typhoon Morakot in 2009, brought a considerable rainfall as well as the sandstones to Tsengwen Reservoir. Accordingly, our research will mainly focus on side slope of Tsengwen Reservoir, and analyze the stable conditions of side slope under torrential rain and create the prediction model of failure slope.
    The research uses remote sensing of failure slopes in the reservoir, mainly focusing on Typhoon Morakot in August 06 to August 10, 2009 of middle south Taiwan. With the usage of the satellite images to determine the location of the site of landslide and integrating the digital images of topography and geography in the database,We are able to conclude six effects of failure slopes, which are slope grade, aspect of slope, geography, height, distance of a fault, and distance of the river system. Further more, we create a model of artificial neural network, and to more accurately adjust the output of the model. The research shows that geography, slope grade, and distance of river system are the most sensitive effects of side slope under torrential rain. Moreover, there are 85.3% of successfully determine rate with the model of artificial neural network training, and by using the output of artificial neural network and frequency can result in the rate of failure slopes.

    目 錄 第一章 緒 論 1 1-1研究動機與目的 1 1-2研究流程與大綱 3 第二章 文 獻 回 顧 5 2-1莫拉克颱風概述 5 2-2邊坡破壞潛能研究回顧 12 2-3類神經網路之研究回顧 15 2-3衛星影像應用之研究回顧 18 第三章 研究區域介紹 23 3-1研究地區及測站資料 23 3-2 流域水系 26 3-3集水區特性 28 3-4研究區域地質概述 29 第四章 研究方法介紹 35 4-1類神經網路簡介 35 4-2類神經網路之架構與運算過程 41 4-2-1倒傳遞神經網路的架構 41 4-2-2類神經網路之運算過程 42 4-3結果判斷 48 4-4敏感度分析 49 4-5 MATLAB程式之介紹 50 4-6遙測概述 50 4-6-1 遙測介紹 51 4-6-2 福爾摩沙衛星二號介紹 55 4-7衛星影像分類 57 4-7-1 監督式分類法 57 4-7-2 非監督式分類法 58 4-7-3 物件導向影像分類 59 4-8 衛星影像之崩塌地判釋 60 4-9 地理資訊系統概述 65 4-9-1 GIS 基本理論 65 4-9-2 GIS 之系統架構 66 4-9-3 數值地形模型 71 第五章 研究結果與分析 75 5-1 資料庫簡介 75 5-1-1資料庫因子取得介紹 75 5-1-2 影響因子特性分析及處理 83 5-2 類神經網路訓練 92 5-3 結果分析 103 5-3-1 類神經網路之成功率 103 5-3-2 類神經網路輸出值調整 103 5-3-3 邊坡破壞機率模型建立 105 第六章 結論與建議 109 6-1 結論 109 6-2 建議 111 參考文獻 113

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    下載圖示 校內:2016-09-07公開
    校外:2016-09-07公開
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