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研究生: 徐嘉祥
Hsu, Chia-Hsiang
論文名稱: 使用雷達回波與現地監測建立西南部邊坡警戒系統
Develop the Warning System for the slope at Southwestern Taiwan with Using Radar Echo and on Site Monitoring
指導教授: 吳建宏
Wu, Jian-Hong
共同指導教授: 李德河
Lee, Der-Her
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: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 243
中文關鍵詞: 地滑降雨邊坡穩定雷達回波預警系統
外文關鍵詞: landslide, rainfall, slope stability, radar echo, warning system
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  • 隨著地球溫暖化的深化,極端氣候發生的次數越來越多,豪雨及強颱所帶來的極端雨量造成山區邊坡破壞發生的機率劇增,對於山區居民的安全及經濟活動造成極大的威脅。在降雨造成山區邊坡破壞之前,若能有所預警,將有助於維護山區人員及財產之安全,因此有必要深入瞭解降雨引致邊坡破壞的機制,並建立一套邊坡破壞預警系統,以作為邊坡管理單位在豪降雨時管制山區邊坡與道路之依據。
    本研究以台南市南化區台20線52K+150m、高雄市六龜區藤枝林道1K+800m以及台南市六甲區台175縣道25K+500m的邊坡為對象,進行建立該邊坡之降雨動態預警系統的研究。首先透過安裝於現地之自計式水位計與鄰近氣象站所提供之降雨量資料建立邊坡地下水位變動與降雨量的關係,並由可能造成邊坡破壞的地下水位-臨界地下水位與累積降雨量的關係,建立以降雨量為基準的邊坡破壞預警系統。其中,當台20線試驗邊坡的累積降雨量達到1198.4mm時,淺層滑動面有滑動的可能;當累積降雨量達到1341.4mm時,深層滑動面有滑動的可能;藤枝林道試驗邊坡在累積降雨量達到607.35mm時,邊坡有可能產生滑動;台175縣道試驗邊坡則是有降雨時,便須注意邊坡滑動的可能。另外再使用中央氣象局提供之高精度氣象雷達回波,並透過雷達回波強度dBZ來推求其與降雨強度I及累積降雨量R之間的關係並整理出該邊坡的dBZ-I及dBZ-R的迴歸關係式,再結合降雨量與地下水位變動的連結,得到雷達回波強度-降雨量-地下水位變動-邊坡穩定性之相互關係,最後可由中央氣象局提供之以氣象雷達回波強度為基礎之未來數小時之雨量預報,結合使用本研究所提以雷達回波預估雨量方法及以降雨量為基準的邊坡破壞預警系統建立一套可提前1.2小時警戒之動態邊坡崩壞預警系統。

    With the deepening of the global warming, the occurrence of extreme climates is increasing. The extreme rainfall caused by heavy rains and strong typhoons has caused a sharp increase in the probability of mountain slope damage, which has greatly affected the safety and economic activities of mountain residents. Threatened. Before rainfall causes damage to mountain slopes, early warning will help maintain the safety of people and property in mountainous areas. Therefore, it is necessary to understand the mechanism of slope damage caused by rainfall and establish a slope damage early warning system. Take it as the basis for the slope management unit to control mountain slopes and roads during heavy rainfall.
    This study takes 52K+150m of Tai 20 Line, Nanhua District, Tainan City, 1K+800m of Tengzhi Forest Road, Liugui District, Kaohsiung City, and 25K+500m of Tai 175 County Road, Liujia District, Tainan City to establish rainfall on this slope. Research on dynamic early warning system. First, establish the relationship between the slope groundwater level variation and rainfall through the self-calculated water level installed on site and the rainfall data provided by the neighboring weather station, and determine the slope damage-critical groundwater level and accumulated rainfall. And establish a slope damage early warning system based on rainfall. Among them, when the accumulated rainfall of the test slope of the station 20 reaches 1198.4mm, the shallow sliding surface may slip; when the accumulated rainfall reaches 1341.4mm, the deep sliding surface may slip; the test slope of the Tengzhi Forest Road When the accumulated rainfall reaches 607.35mm, the slope may slip; when the slope of Tai 175 County Road test is rained, attention must be paid to the possibility of slope slip. In addition, use the high-precision weather radar echo provided by the Central Meteorological Bureau, and use the radar echo intensity dBZ to derive the relationship between it and the rainfall intensity I and the accumulated rainfall R, and sort out the dBZ-I and dBZ of the slope. -R regression relationship, combined with the link between rainfall and groundwater level changes, to obtain the relationship between radar echo intensity-rainfall-groundwater level changes-slope stability, and finally can be provided by the Central Meteorological Bureau with a weather radar return Rainfall forecast for the next few hours based on wave intensity, combined with the radar echo estimation rainfall method proposed by this research and the slope damage warning system based on rainfall to establish a set of dynamic slope collapse that can be alerted 1.2 hours in advance Bad warning system.

    摘要 I 目錄 XIII 圖目錄 XVIII 表目錄 XXV 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2研究動機與目的 1 1-3研究流程 2 1-4研究大綱 4 第二章 文獻回顧 5 2-1 邊坡破壞 5 2-1-1邊坡破壞定義 5 2-1-2邊坡破壞種類 7 2-1-3邊坡破壞因素 13 2-2 降雨與邊坡穩定性的影響 17 2-2-1雨場定義 19 2-2-2降雨入滲對邊坡安全性的影響 25 2-3邊坡穩定分析理論 27 2-3-1極限平衡法 (Limit Equilibrium Method) 27 2-3-2有限元素法 (Finite Element Method) 29 2-4氣象雷達簡介 30 2-4-1雷達回波與降雨強度之關係 30 2-4-2雷達回波估計降雨之修正 33 2-5 邊坡致災管理 39 2-5-1邊坡穩定研判基準 39 2-5-2雷達回波應用於防災上的成果 43 第三章 研究區域環境概述 45 3-1台南市-台20線南部橫貫公路 45 3-1-1公路路線與地理位置 45 3-1-2地形與地質構造 46 3-1-3 水文與降雨 47 3-2高雄市-藤枝林道 49 3-2-1公路路線及地理位置 49 3-2-2地形與地質構造 50 3-2-3水文與降雨概況 52 3-3台南市-台175縣道 54 3-3-1公路路線及地理位置 54 3-3-2地形與地質構造 55 3-3-3降雨及水文狀況 56 第四章 試驗邊坡現地監測和室內試驗 58 4-1 場址設定及鑽探結果 58 4-1-1台南市南化區台20線研究場址 58 4-1-2高雄市六龜區藤枝林道研究場址 59 4-1-3台南市六甲區台175縣道研究場址 61 BH-5 61 4-1-4各場址綜合比較 63 4-2試驗場址地電阻探測結果 65 4-2-1儀器介紹與原理 65 4-2-2台南市南化區台20線 68 4-2-3高雄市六龜區藤枝林道 72 4-2-4台南市六甲區台175縣道 75 4-3試驗場址傾斜管觀測結果 78 4-3-1儀器介紹與原理 78 4-3-2台南市南化區台20線 79 4-3-3高雄市六龜區藤枝林道 80 4-3-4台南市六甲區台175縣道 81 4-3-5各個試驗邊坡可能滑動面整理 85 4-4降雨引致地下水位變動和地層滲透性 86 4-4-1台南市南化區台20線 86 4-4-2高雄市六龜區藤枝林道 87 4-4-3台南市六甲區台175縣道 89 4-4-4各試驗邊坡地層滲透性 92 4-5位移速率與邊坡穩定性之關係 96 4-5-1台南市南化區台20線 97 4-5-2高雄市六龜區藤枝林道 99 4-5-3台南市六甲區台175縣道 100 4-6傾度計觀測結果 104 4-6-1儀器介紹 104 4-6-2台南市六甲區台175縣道監測結果 105 4-7地表伸縮計和雷射位移計觀測結果 109 4-7-1儀器介紹 109 4-7-2台南市六甲區台175縣道 111 4-8 室內試驗 112 4-8-1 一般物理性質試驗 113 4-8-2 直接剪力試驗 115 4-9 邊坡數值模擬分析 119 4-9-1 數值模擬程式 120 4-9-2 台南市南化區台20線 120 4-9-3 高雄六龜區藤枝林道 133 4-9-4台南市六甲區台175縣道 144 4-10傾度計與地下水位面之分析 153 4-11 地表伸縮計與地下水位面之分析 154 第五章 雷達回波資料處理與迴歸式建立 157 5-1 雷達回波現況與處理 157 5-1-1 台灣氣象雷達現況 157 5-1-2 雷達回波處理 159 5-2降雨型態分析 164 5-2-1 降雨型態與回波型態 164 5-2-2 雨場切割 164 5-3 單變數迴歸 167 5-3-1 迴歸估計 167 5-3-2 迴歸結果 172 5-4 雷達回波與降雨強度之關係 180 5-4-1 雷達回波與降雨強度之區域公式 180 5-4-2 累積雷達回波值與累積降雨量之關係 183 5-5 雷達回波預測 184 5-5-1 雷達回波移動方向 184 5-5-2預測點範圍劃分及降雨事件選定 185 5-5-3 比較預測結果與實際之差異 189 第六章 邊坡滑動預警系統的建立 198 6-1制定邊坡安全警戒指標 198 6-1-1 地下水位與邊坡穩定性之關係 198 6-1-2 降雨與地下水位抬升之關係 201 6-2 應用雷達回波建立邊坡預警系統 209 6-2-1以降雨量建立邊坡預警系統 209 6-2-2 結合雷達回波建立試驗邊坡崩壞預警系統 214 6-2-3 結合以雷達回波預測降雨量建立動態預警系統 215 第七章 結論與建議 217 7-1 結論 217 7-2建議 218 參考文獻 220 附錄A試驗場址鑽探報告及基本物性試驗結果 225 附錄B 試驗場址鑽探岩心箱照片 237

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    下載圖示 校內:2025-07-24公開
    校外:2025-07-24公開
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