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研究生: 徐惠亭
Hsu, Hui-ting
論文名稱: 應用數值地形模型及可拓工程方法進行土石流潛勢溪流之評估
Application of a digital terrain model and the extension engineering method on the evaluation of debris-flow-prone streams
指導教授: 詹錢登
Jan, Chyan-deng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 水利及海洋工程學系
Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 151
中文關鍵詞: 土石流集水區劃分集流閾值數值地形模型可拓工程方法
外文關鍵詞: Extension engineering methods, Debris-flow, Watershed delineation, Threshold, Digital terrain model
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  • 本研究藉由地理資訊系統與數值地形模型(DTM)資料,期望能透快速分析方法,進行集水區之子集水區劃分、然後篩選符合土石流發生地形條件之子集水區,進而以可拓工程方法評估各子集水區土石流發生之潛勢度。
    本研究以國內11個具有5公尺解析度DTM之集水區為分析對象,這11個集水區包括:瑞芳、 鳳林溪、南清水溪、五棚坑、韭菜湖溪、仙洞指坑、梧桐頭、南平坑、筆石溪、安林、嵌頂溪。應用地理資訊系統之水文分析工具(ArcHydro 1.2)進行集水區之子集水區劃分。子集水區的劃分與採用的集流閾值有關,本研究以地形等降法則尋找最佳集流閾值,然後用以劃分最是當之子集水區單元。最佳集流閾值分析顯示,高山區、變質岩區的最佳集流閾值明顯高於淺山區、平原、台地及丘陵地區。在篩選符合土石流發生地形條件之子集水區單元方面,本研究以有效集水區面積大於3公頃及溪床平均坡度大於10度為篩選標準。
    篩選結果顯示,在研究範圍11個集水區中,有424個子集水區單元符合土石流發生地形條件,其中以瑞芳集水區內有122個子集水區單元為最多,而韭菜湖集水區內有9個子集水區單元為最少。
    另外,本研究將可拓工程方法應用於11個集水區當中的五棚坑與筆石溪兩個集水區,以有效集水區面積、溪床平均坡度、形狀係數、崩塌面積比值與斷層長度比值等五項因子,評估集水區內各子集水區土石流發生之潛勢分級,將土石流潛勢度區分為極低潛勢度、低潛勢度、中潛勢度和高潛勢度。分析結果顯示,此方法有助於得知集水區內較可能發生土石流之子集水區,可作為未來土石流防災工作之參考。

    This study used the geographic information system (GIS) and digital terrain model (DTM) with 5-meter resolution to quickly filter out the sub-watersheds that have potential occurrence of debris flow in the view of terrain conditions, and then applied the extension engineering method to classify the debris-flow occurrence potential for the filtered sub-watersheds.
    GIS with hydrological module and the constant drop procedure for the filtered sub-watersheds are applied to analysis potential occurrence of debris flow. The filtered sub-watersheds having potential occurrence of debris flow are derived from the effective area of more than 3 hectares and the mean slope of river of over 10 degrees in the present paper. The results show that 424 sub-watersheds in 11 watersheds are selected corresponding to the terrain conditions of debris-flows occurrence potential, which the maximum is 122 sub-watersheds at Rui-Fang watersheds and the minimum is 9 sub-watersheds at Jiiou-Cai-Lake watersheds. The results of geographical unit show that threshold of high mountains region and the metamorphic rock region was significantly higher than shallow mountain region, the plains region and the hilly platform region geographical unit.
    In addition, extension engineering methods are also applied to Wu-Peng-Keng and Bi-Shih-Ci watersheds. Five factors, the effective area of watersheds, the mean slope of river, the length of exposed faults, the form factor of watersheds and the area of landslides, are considered to assess the grade of debris-flow occurrence potential. The potential occurrence of debris flows are classified to four categorizations, lower, low, medium and high potential degree, respectively. The results show that extension engineering method will filter out the sub-watersheds of debris-flow occurrence potential. The definition of debris-flow occurrence potential can enhance the efficiency of determination of debris-flow-prone streams to disaster prevention.

    中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目 錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VIII 符號說明 XI 第一章 前言 1 1-1 研究動機 1 1-2 研究目的 2 1-3 本文架構 2 第二章 文獻回顧 4 2-1 數值地形模型 4 2-2 數值地形模型計算水系的方法 5 2-3 數值地形模型流向計算方法 5 2-4 數值地形模型溪流集流閾值的率定方法 6 2-5 集水區的劃定方法 7 2-6 土石流潛勢溪流判釋 8 第三章 研究方法與步驟 11 3-1 研究流程 11 3-2 研究區域 14 3-3 研究工具選定 16 3-3-1 工具分析比較 17 3-3-2 工具與分析方法選定結果 21 3-4 研究方法 22 3-4-1 最適集流閾值分析 22 3-4-2 土石流地形潛勢之判定 24 3-4-3 可拓工程方法分析 25 3-4-4 集水區地文資料分析 30 第四章 土石流地形潛勢判定方法與分析 32 4-1 集水區集流閾值分析 32 4-2 集水區集流閾值修正 34 4-3 土石流潛勢劃定結果 46 4-4 符合土石流發生地形條件集水區單元劃定 62 4-5 集水區綜合分析 64 4-5-1 集流閾值綜合分析討論 64 4-5-2 土石流潛勢綜合分析討論 68 第五章 可拓工程方法分析 76 5-1 基準值選定 77 5-2 可拓工程方法演算 78 5-2-1 潛勢因子之權重係數選定 78 5-2-2 潛勢因子之經典域檢討 80 5-3 可拓工程方法之檢核 85 第六章 結論與建議 89 6-1 結論 89 6-2 建議 90 參考文獻 92 附錄A 現地校核勘查結果 A-1 附錄B 集水區集流閾值統計結果 B-1 附錄C 各集水區等降法則分岔比分析結果 C-1 附錄D 各集水區水系分析結果圖 D-1 自述

    1.Band, L. E. (1986), Topographic partition of watersheds with digital elevation models, Water Resource Research, Vol. 22(1), pp. 15-24.
    2.Band, L. E. (1989), A terrain-based watershed information system, Hydrological Processes, Vol. 3, pp. 151-162.
    3.Bursik, M., Martinez-Hackert, B., Delgado, H. and Gonzalez-Huesca, A. (2003), A smoothed-particle hydrodynamic automaton of landform degradation by overland flow, Geomorphology, Vol. 53, pp. 25-44.
    4.Collins, S. H., Moon, G. C. (1981), Algorithms for dense digital terrain models, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing Vol. 47, pp. 71-76.
    5.Claessens, L., Heuvelink, G. B. M., Schoorl, J. M. and Veldkamp, A. (2005), DEM resolution effects on shallow landslide hazard and soil redistribution modeling, Earth Surface Processes and Landforms, Vol. 30, pp. 461-477.
    6.Doyle, F. J. (1978), Digital terrain models:An overview, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol. 44(12), pp. 1481-1485.
    7.Jenson, S. K. (1985), Automated derivation of hydrologic basin characteristics from digital elevation data, Proceedigs of Auto-Carto 7, Digital RePresentation of Spatial Knowledge, American Society of Photogrammetry and American Society on Surveying and Mapping, Washington, D. C., pp. 301-310.
    8.Jenson, S. K. and Domingue, J. O. (1988), Extracting topographic structure from digital elevation data for geographic information system analysis, Photogrammetric Enginnering and Remote Sensing, Vol. 54(11), pp. 1593-1650.
    9.Miller, C. L. (1957), The spatial model concept of photogrammetry, Photogrammeteric Engineering, Vol. 13(1), pp. 31-40.
    10.Marks, D., Dozier, J., Frew, J. (1984), Automated basin delineation from digital elevation sata. Geo-Processing 2, 299–311.

    11.Montgomery, D. R. (1993), Channel network source representation using digital elevation models, Water resources pesearch, Vol. 29(12), pp. 3925-3934.
    12.Martz, L. W., Garbrecht, J. (1999), An outlet breaching algorithm for the treatment of closed depressions in a raster DEM, Computer and Geosciences, Vol. 25, pp. 835-844.
    13.McNamara, J. P., Ziegle, A. D., Wood, S. H. and Vogle, J. B. (2006), Channel head locations with respect to geomorphologic thresholds derived from a digital elevation model: A case study in northern Thailand, Forest Ecology and Management, Vol. 224, pp. 147–156.
    14.O‘Callaghan, J. F. and Mark, D.M. (1984), The extraction of drainage networks from digital elevation data, Computer Vision, Graphics and Image Pocessing Vol. 28, pp. 323-344.
    15.Peucker, T. K. and Douglas, D. H. (1975), Detection of surface-specific points by local parallel processing of discrete terrain elevation data, Computer Vision, Graphics, and mage Processing Vol. 4, pp.375-387.
    16.Peucker, T. K., Fowler, R. J., Little, J. J. and Mark, D. M. (1978), The triangulated irregular network, Proceedings Digital Terain Models (DTM) Symposium, pp. 516-540.
    17.Quinn, P., Beven, K., Chevallier, P. and Planchon, O. (1991), The prediction of hillslope flow paths for distributed hydrological modeling using digital terrain models, Hydrological Processes , Vol. 5, pp. 59-79.
    18.Quinn, R. F., Beven, K. J. and Lamb, R. (1995), The ln(a/tanB) index: how to calculate it and how to use it within the TOPMODEL framework, Hydrological Processes, Vol. 9, pp. 161-182.
    19.Rieger,W. (1998), A phenomenon-based approach to upslope contributing area and depressions in DEMs, Hydrological Processes, Vol. 12, pp.857-872.
    20.Tarboton, D. G., Bras, R. L. and Ignacio R.I. (1991), On the extraction of channel networks from digital elevation data, Hydrological processes, Vol. 5, pp. 81-100.
    21.Tarboton, D. G. (1996), Fractal river networks, Horton’s law and Tokunaga cyclicity, Journal of Hydrology, Vol. 187, pp. 105-117.
    22.Tarboton, D. G. (1997), A new method for the determination of flow directions and upslope areas in grid digital elevation models, Water Resources Research, Vol. 33(2), pp. 309-319.
    23.Tarboton, D. G. and Ames, D. P. (2001), Advances in the mapping of flow networks from digital elevation data, World Water and Environmental Resources Congress.
    24.農委會水土保持局94年與95年土石流年報。
    25.王如意、易任(1979),「應用水文學上冊」,國立編譯館出版。
    26.尹承遠、翁勳政、吳仁明、歐陽湘(1993),「台灣土石流之特性」,工程地質技術應用研討會(五)論文專集,pp. 70-90。
    27.朱豐沂、林文賜、馮梓琁(2006),「集水區自動劃分理論之評估與應用」,台灣地理資訊學會年會暨學術研討會。
    28.李光敦、江申(1997),「面積門檻值對集水區地文參數與水文模擬之影響」,中華水土保持學報,28(1),pp.21-32。
    29.吳正雄、江永哲(1985),「林口台地林地之地形因素與土石流發生之關係研究」,中華水土保持學報,24(1),pp. 13-19。
    30.吳雲瑞(1999),「土石流潛勢分析及其在台南縣之應用」,國立成功大學水利及海洋工程研究所,碩士論文。
    31.吳輝龍、陳文福、張維訓(2004),「集水區地文特性因子與土石流發生機率間相關性之研究-以陳有蘭溪為例」,中華水土保持學報,35(3),pp. 251-259。
    32.吳仁明、鄭凱文、游繁結(2004),「崩塌型土石流發生環境之探討」,第十四屆水利工程研討會論文集,pp. E123-E128。
    33.李錫堤、黃健政(2005),「區域性山坡穩定分析之回顧與展望」,地工技術,104,pp. 33-52。
    34.林俊全(1994),「礫岩邊坡沖蝕觀測之研究-以台灣中西部火炎山地區為例」,台大地理學報,17,pp. 47-64。
    35.林昭遠、林文賜(1999),「集水區坡長因子自動萃取之研究」,中華水土保持學報,30(4),pp. 313-320。
    36.林昭遠、林文賜、張力仁(1999),「數值地型模型應用於集水區規劃與整治之研究」,中華水土保持學報,30(2),pp.149-155。
    37.林昭遠(2000),「集水區地形因子自動萃取之研究-土石流危險溪流判釋之應用」,中華水土保持學報,31(1),pp.81-91。
    38.林昭遠、張力仁(2000),「地文因子對土石流發生影響之研究-以陳有蘭溪為例」,中華水土保持學報,31(1),pp.227-237。
    39.林昭遠、林文賜(2000),「集水區地文水文因子自動萃取之研究」,中華水土保持學報,31(3),pp. 247-256。
    40.林信亨(2000),「地理資訊系統應用於土石流危險溪流危險度判定之研究」,國立台灣大學土木工程研究所,碩士論文。
    41.林昭遠、林文賜(2001),「集水區資訊系統(WinGrid)入門」,暐帥股份有限公司。
    42.林昭遠、蔡真珍、林文賜(2001),「集水區水系門檻值界定之研究」,中華水土保持學報,32(2),pp. 133-140。
    43.林文賜(2002),「集水區空間資訊萃取及坡面泥砂產量推估之研究」,國立中興大學水土保持研究所,博士論文。
    44.莊永忠(2004),「台灣山地集水區河川網路自動化萃取之特性分析與符合度探討」,國立台灣大學森林學研究所,碩士論文。
    45.張東炯、謝正倫(1996),「東部蘭陽地區土石流現場調查與分析」,中華水土保持學報,27(2),pp. 139-150。
    46.張東炯、謝正倫(1997),「中部地區土石流現場調查與分析」,農業工程學報,43(3),pp. 31-46。
    47.張瑞津(1997),「陳有蘭溪流域的地形環境與自然災害之關係」,中國地理學會會刊,25,pp. 43-64。
    48.張東炯(1998),「台灣北部地區潛勢土石流現場調查與分析」,農業工程學報,44(3),pp. 51-63。
    49.張東炯(2000),「類神經網路於土石流發生預測模式之研究」,台灣水利,48 (2),pp. 92-98。
    50.張士行、林文修、黃朝宗(2004),「可拓工程分析經濟成長的控制變數」,2004智慧型知識經濟研討會暨第二屆演化式計算應用專題研討會。
    51.許瑞文(2002),「地理資訊系統─類神經網路土石流潛勢判定方法」,國立交通大學土木工程研究所,碩士論文。
    52.許秋玲(2002),「數值高程模型之地形複雜度量度指標研究-以蝕溝等級為例」,國立台灣大學地理環境資源研究所,碩士論文。
    53.陳榮河、林美聆、陳宏宇(1993),「銅門村土石流材料特性之初步研究」,中華水土保持學報,24(1),pp. 65-73。
    54.陳樹群、劉治中、陳聯光(1994),「數值地形模型推算河系網之碎形維度」,中華水土保持學報,25(4),pp. 199-207。
    55.陳榮河、江英政(1999),「新中橫公路邊坡破壞之調查」,第二屆土石流研討會論文集,pp. 180-189。
    56.陳秋份、林慶偉、陳禮仁(1999),「土石流危險溪流危險度評估方法之研究」,第二屆土石流研討會論文集,pp. 153-163。
    57.陳晉琪(2000),「土石流發生條件及發生機率之研究」,國立成功大學水利及海洋工程學系,碩士論文。
    58.陳晉琪、謝正倫、林慶偉(2004),「台灣中部地區土石流災害溪流之地形特性」,中華水土保持學報,35(1),pp. 25-34。
    59. 陳柏帆(2006),「地理資訊系統土石流潛勢判定方法」,國立臺灣海洋大學河海工程學系,碩士論文。
    60. 黃誌川、徐美玲、楊奕岑(2002),「多流向與單流向法集水區面積估算結果之空間分布特性」,中華水土保持學報,33(1),pp. 57-72。
    61. 黃麗津、詹仕堅(2006),「DEM空間解析度對流域地形特徵度量之影響」,中華地理資訊學會年會暨學術研討會論文集。
    62. 黃琬期、林世峰、張天慈(2007),「利用可拓工程方法於國小學童成績評量之實證研究」,義守大學工業工程與管理學系畢業專題成果發表研討會。
    63. 曾奕超(2004),「土石流發生降雨地文綜合警戒指標之研究」,國立成功大學水利及海洋工程學系,碩士論文。
    64. 詹錢登(1994),「土石流危險之評估與預測」,中華水土保持學報,25(2),pp. 95-102。
    65. 詹錢登(2000),「土石流概論」,科技圖書公司。
    66. 詹仕堅、孫志鵬(2000),「網格式數值高程模型擷取河系集流閾值之探討」,地理學報,28,pp. 27-45。
    67. 楊奕岑、徐美玲、賴進貴(2005),「DEM解析度暨流向演算法對於集流面積計算之影響」,地理學報,39,pp. 71-90。
    68. 鄭祈全(1993),「數值地型資料應用於集水區劃和河川網路分析之研究」,林業試驗所研究報告季刊,8(4),pp.331-343。
    69. 蔡文、楊春燕、林偉初(1997),「可拓工程方法」,北京,科學出版社。
    70. 謝正倫、陳禮仁(1993),「土石流潛在溪流之危險度評估方法」,中華水土保持學報,24(1),pp. 13-19。
    71. 蘇育瑞(1995),「地理資訊系統應用於花蓮地區土石流危險溪流判定之判定」,國立台灣大學土木工程學系,碩士論文。

    下載圖示 校內:2009-07-02公開
    校外:2009-07-02公開
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