極端降雨對山坡地住宅社區衝擊與警戒操作基準研究

中文摘要

一、研究緣起

近年受全球氣候變遷影響，臺灣地區頻頻出現極端降雨事件，2004 年至2008年間(薔蜜、辛樂克、卡玫基颱風)，單日近1,000mm 累積降雨事件頻仍，2009年莫拉克颱風重創臺灣中南部地區，造成各地山坡地社區與聚落有嚴重的崩塌或土石流災情傳出，包含政大御花園、廬山溫泉地區等，由歷年災例可知，臺灣地區因颱風豪雨造成坡地災害導致保全對象產生損害時有所聞，山坡地集合住宅因人口密集，一旦發生災害，其社會成本與生命財產損失龐大，甚至非政府所能承受之後果，然目前甚少針對既有山坡地社區研擬極端降雨引致坡地災害衝擊評估之模式，更遑論研擬警戒降雨基準值進行災中應變與常時整備工作，因此，如何快速、客觀評估山坡地因極端降雨誘發坡地災害易致災區域，研擬山坡地住宅社區衝擊評估及邊坡警戒操作基準，儼然已成為一項重要且刻不容緩的議題。

二、研究方法與過程

山坡地社區有自然邊坡與人工邊坡之雙重影響，本研究延續內政部建築研究所103年「極端降雨對山坡地社區衝擊程度探討及其調適策略之研究(二)-以坡面尺度為例」計畫中「坡地整合風險評估成果」為基礎，篩選兩處汐止區既有山坡地社區為例，採力學分析方法(擋土牆穩定分析與無限邊坡理論)，分別研擬人工與自然邊坡警戒基準值，期建議具體可行山坡地社區警戒操作流程，其中人工邊坡以牆背水位高、牆體傾斜度為警戒基準物理量；自然邊坡以降雨量、地下水位為警戒基準物理量，依序建置社區內邊坡警戒操作基準，並計算極端降雨下邊坡安全係數與破壞機率，建立社區衝擊程度，研訂山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構，提前因應氣候變遷極端降雨之衝擊，提供中央與地方建築管理機關進行社區監測管理、災害防治與警戒操作參考。

以山坡地社區而言，坡地災害不外乎來自鄰近之自然邊坡與人工邊坡，如何利用坡面尺度，劃分斜坡單元，並就自然邊坡及人工邊坡計算極端降雨下邊坡安全係數與破壞機率，建立社區衝擊程度，研訂山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構，提前因應氣候變遷極端降雨之衝擊，提供中央與地方建築管理機關進行社區監測管理、災害防治與警戒操作參考不穩定機率進行評估實屬重要，實際災害大多屬於自然邊坡及人工邊坡同時發生的複合災害。然目前鮮少分析模式將自然邊坡及人工邊坡整合進行探討，或常侷限於自然邊坡，致使分析結果常與實際社區鄰近邊坡災害有所不同。因此，本研究以建研所(2014)提出之坡地整合風險評估方法，探討山坡地社區衝擊程度評估，輔以力學分析反算自然邊坡及人工邊坡警戒基準值，並進行山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構研擬，包含山坡地住宅社區疏散避難警戒系統資料庫規格、應有功能及運行架構。據以提供既有山坡地社區及極端降雨下之疏散避難警戒參考，完善防災整備及災中應變工作，提早因應氣候變遷之影響。本研究具體研究目標及效益如下三項：

(一) 山坡地社區衝擊程度評估

(二) 以力學分析反算自然邊坡及人工邊坡警戒基準值

(三) 山坡地住宅社區疏散避難警戒系統架構研擬

三、重要發現

(一) 山坡地社區衝擊程度評估

衝擊程度係參考建築研究所 (2013)「極端降雨對山坡地社區衝擊程度探討及其調適策略之研究(一)－以鄉鎮尺度為例」建議，以山坡地社區處理對策及維護管理流程為之，透過「防減災處理分級矩陣」將衝擊程度區分為三級(第一類、第二類及第三類)，配合山坡地社區鄰近邊坡防減災分級因應對策，據此達成衝擊程度分級管理機制，落實社區邊坡管理及防治工作。依此方式於社區尺度風險評估結果中，新店區A148 社區為第一類風險，A005 社區為第二類社區。

(二) 力學分析反算自然邊坡及人工邊坡警戒基準值

本研究以力學分析反算自然邊坡及人工邊坡警戒基準值之分析流程。自然及人工邊坡以無限邊坡及重力式擋土牆開發一階可靠度分析法，分析中考量各參數不確定性，進行破壞機率估算，並計算邊坡地下水位及牆後水位高變化對安全係數之影響，進而反算自然邊坡與人工邊坡警戒狀態下，對應邊坡地下水位高度及牆後水位高，利於伺機發布警戒或行動管理策略。

1.自然邊坡

自然邊坡方面，148 社區西北側邊坡安全係數隨地下水位變化較為明顯，A005社區基地所在斜坡單元隨地下水位變化相較於A148 社區明顯，地下水位達邊坡高度一半時，基地斜坡單元已達警戒值，需立即進行技師安全巡勘與緊急維護作為，若地下水位達邊坡高度時，基地斜坡單元已達警戒狀態，應伺機發布疏散避難聚集至社區外安全避難處所，啟動社區巡勘、技師檢查等防減災作為。

以A148 社區座落斜坡單元(ID：10782)為例，結果顯示斜坡單元安全係數SR 隨著地下水位升高而逐漸降低，當水位上升至地表面時則破壞機率Pf 處於滑動臨界狀態，由關係曲線可知，當達警戒狀態時(SR=1.2)，地下水位高達0.89 倍邊坡高度時(17.0m)，對應之有效累積降雨達350mm 時，應立即啟動技師巡勘，當達行動管理狀態時(SR=1.1)，地下水位高等同邊坡高度(19.2m)，對應之有效累積雨量達530mm 時，此邊坡其上方住民應採取往社區東側管理中心聚集，避免滑動邊坡或有破壞徵兆之擋土牆對建築物或生命財產造成損害。

2.人工邊坡：

由A148 社區與A005 社區人工邊坡資料庫中，挑選重力式及半重力式人工邊坡共計84 座，以一階可靠度分析法完成不同牆後水位情境下傾倒破壞、滑動破壞及承載力破壞之分析結果，結果顯示，安全係數隨水位上升而逐漸下降，傾倒破壞與滑動破壞分布及警戒基準雷同，傾倒破壞安全係數隨牆後水位變化最大，滑動次之，最末為承載力破壞模式，經統計歸納可知，牆高大於4.5m 者的漿砌石擋土牆，隨牆後水位上升安全係數隨之下降之情況高於所有重力式混凝土牆。

四、主要建議事項

建議一

山坡地社區建築管理履歷資料庫建立與加值應用：立即可行建議

主辦機關：內政部建築研究所

協辦機關：內政部營建署

高度密集之坡地集合住宅，若有災害發生影響甚鉅，實有必要將社區開發至今基地條件與歷史災情彙整成資料庫，稱為「山坡地社區建築管理履歷資料庫」。

成果除可提供專業人員現地調查參考外，也能進行大數據分析(Big Data)找出社區周緣坡地災害之關鍵因子，回饋社區防災與設施維護修繕機制，強化資料庫科學應用與加值，預先佈署社區防救災資源，提前因應氣候變遷極端降雨之衝擊，提供中央與地方建築管理機關進行社區監測管理、災害防治與警戒操作。

建議二

應用序率水文模式與監測物聯網於坡地社區崩塌預警之可行性研究：中長期建議

主辦機關：內政部建築研究所

協辦機關：無

現行災害警戒基準值均由大尺度分析成果所研提，實務上並不利於坡地社區之操作，本研究篩選一處社區邊坡為研究場域，參考內政部建築研究所104 年度「極端降雨對山坡地住宅社區衝擊與警戒操作基準研究」計畫中所率定之自然邊坡警戒基準，透過現地土壤試驗、數值分析及自動化監測儀器設置，結合理論、分析、實驗與量測，釐清降雨引致地下水抬升之序率水文歷程(非飽和、統計與力學方法整合模式)，並探討納入自動化監測技術、落實智慧防災之可行性，期提出社

區疏散避難警戒雨量基準分析及監測流程之建議，以提早因應氣候變遷極端降雨可能引致山坡地社區衍生之龐大災害損失及社會成本支出。

建議三

山坡地社區智慧防災監測預警系統研發：中長期建議

主辦機關：內政部建築研究所

協辦機關：六都直轄市政府工務局或水利局主管單位

政府部門積極推動ICT 智慧科技應用，若以ICT 智慧科技應用優化整合防災產業上中下游技術，落實智慧防災科技，應符合現行社區自主與智慧防災需求潮流，除提前因應全球氣候變異與極端氣候現象外，防災預警上亦能達到事半功倍之效。

有鑑於此，透過統計與力學分析方法，研擬自然邊坡與人工邊坡各項監測儀器預警與行動值，透過整合資料擷取系統整合地中傾斜管、水壓計、土壤含水量計、傾度盤及雨量計等多項監測資料，以資料串聯平台與發佈管道，連結物業(保全)監控系統，設置社區管委會電子公布欄(跑馬燈)，或以社區內部網站、APP 與社坡地社區智慧防災監測預警系統」，達成社區智慧防災目標。