土石流

泥石流（Debris flow），或稱土石流，是指在山區或者其他溝谷深壑，地形險峻的地區，因為暴雨暴雪或其他自然災害引發的攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快、流量大、物質容量大和破壞力強等特點。發生泥石流常常會沖毀公路鐵路等交通設施甚至村鎮等，造成巨大損失。

係指泥、砂、礫及巨石等物質與水之混合物受重力作用後所產生之流動體，在重力的作用上，沿坡面或溝渠由高處往低處流動之自然現象，在台灣，土石流大多在豪雨期間發生在山坡地或山谷之中，其主要特徵為流速快、泥砂濃度高、沖蝕力強、衝擊力大泥石流是山區常見的一種自然災害現象，是由泥沙、石塊等鬆散固體物質和水混合組成的一種特殊流體。它暴發時，山谷轟鳴，地面震動，濃稠的流體洶湧澎湃，沿着山谷或坡面順勢而下，衝向山外。 ^[1] 

在溪谷中突然之間大量之土、砂、石、礫、巖塊夾雜於泥水中而以排山倒海之勢，併發出震耳欲聾之聲流下，而且在流動之中甚至可感覺到地面在震動；同時，此等土砂石流動通過時，可將溪牀中許多大小石塊或是大型障礙物一起衝下；而大量土砂石流出谷口時，可吞噬構造物，衝失車輛，掩埋道路，房舍，田園等；當這些土砂石之流動停止下來之後，會形成大範圍之沖積扇堆積在谷口。類似此等大量土砂石之流動形態，即所謂之土石流。因此，若以攪拌後之混凝土流下所呈現之流態，用來比擬作土石流之流態可能最恰當不過。

土石流在流動時之實際流態，真正觀察到之案例極少，主要是因土石流何時發生，何處發生，並不容易掌握，因此不易事先在可能發生場所等待土石流出現，即使能在現地等待，亦因土石流之威脅性極大，可能必需冒極大之風險才可能觀測到土石流之流態。因此，許多土石流之案例，大多僅觀測到土石流停止後所形成之堆積物而已。藉攝影器材之進步，方得以捕捉到一些土石流之實際流態，並依當地居民之所見，而對土石流之流態有一比較明確之描述，茲將其流態歸納如下∶

1，為土，砂，石，礫等材料與水混合成一體流下。

2，經常會夾雜大巖塊或流木等材料，而大巖塊走在先端呈滾動或滑動之方式流下。

3，流下之土石流從橫斷面觀之，其中央部分呈凸形，兩側則較低；從縱斷面觀之，則先端部分壅高凸起。

4，流動時會對溪牀或溪岸之土體產生削剝之沖蝕現象，且將削剝之土砂一起帶下，而使土石流之體積逐漸擴增。

5，土石流停止下來時，大致可保持原流下時之土砂體形態，但若後續有水流流出或較稀薄之土砂流出時，可越過原堆積土體往下游流下，而呈擴散狀態堆積下來，逐漸形成扇狀地，或擴大扇狀地之規模。

在美國將土，砂，石等混合流體之流動稱之為debris flow，亦即通稱之土石流。但若流體中含細粒土料較多時，即砂粒，坋粒與黏粒之含量不少於50%之情況下，特稱之為泥流(mud flow)。而前蘇聯則將含土砂流體之單位體積重量在1.1～1.3t/m³時，稱為泥流；單位體積重量在1.9～2.3t/m³時稱為構造性泥流。中國大陸將流體之單位體積在1.8～2.3t/m³時稱為黏性泥石流；流體單位體積重量1.5～1.8t/m³時稱為稀性泥石流；若流體中未含泥質而僅含石礫之狀態，則稱為水石流；此外，當流體未含石礫，且單位體積重量為1.3～1.6t/m³時，稱為稀性泥流；若其單位體積重量為1.6～2.0t/m³則稱為黏性泥流。另如在印尼之火山地帶因火山灰與火山岩屑所產生之土石流現象則稱為lahar。由此可見土石流因流體之複雜性而未有一致之名稱。台灣沿用日語之土石流，主要在強調其具土壤，石塊等材料之流動特徵。但由於土砂石等材料之定量化不易，且其流動特性亦依材料之不同而可呈現不同之流體力等特性之差異，故欲給土石流一明確之定量化名詞，並不容易，故將以土石流一詞涵土砂石之流動現象。

有關土石流之發生，雖未能實際觀測得知，但從以往許多案例之特徵及現況之實體可初步瞭解，其發生之條件須滿足∶陡急坡度，足夠水量，充分之土砂供給等三要素。而主要發生之原因分類如下∶

1陡急溪牀上所堆積之土砂礫等材料，因豪雨所提供大量水分之供給，而使該堆積土體突然潰散流下。

2坡面崩塌之土砂落下時與地表水或坡面噴出水混合，使崩落土體變成流體化之現象而流下。

3坡面崩落大量土砂在溪牀上堆積，形成一類似臨時性之天然埧體，在溪流水量增加且在天然埧體上產生越流之現象時，此一天然埧體突然潰散而流下。

4地滑之土塊因大量水分之滲入形成流體化而流下。

5火山活動使火山口湖附近因水量之溢出形成土石流，或堆積之火山灰因滲透性較差，在地表水充分供給下，使厚層之火山灰形成土石流流下。

上述五種發生類型中，以第一類型發生之案例最多，如五股，銅門，火炎山之土石流均屬之。而第二類與第四類型可能經常出現，但不易掌握其正確時機，故難以舉出確切之實例。至於第三類型之土石流，則以草嶺之大崩塌最後終於潰散流出，而使原來形成之臨時性天然埧消失為一典型之案例。第五類型之土石流屬火山地區較容易發生之類型，在台灣幾乎不易見到。土石流之發生條件中，足夠水量之供給為主要之誘因，因此欲有相當之水量必需有對應之集水面積，以匯流充分之水量以促發土石流。而依日本調查土石流發生之集水區面積，有65%以上之土石流發生在集水區面積1Km2以下之範圍，而有80%以上之土石流發生之集水區面積在2Km2以下，但以集水區面積 0.3Km²之溪谷最常發生土石流。此等地形特性顯示集水區面積較小之溪谷，大多屬發育中之一次谷，而一次谷乃具有較陡坡之特徵，又在有足夠集水面積來彙集雨水形成逕流供應，以致能使堆積在溪谷上之土砂因而形成土石流流下。 另溪谷坡度亦為土石流發生之一主要因素，依日本之調查顯示，土石流發生之溪谷坡度通常在15～30°之間，而超過30°之坡度，一般土體即處於不穩定狀態，反而容易以崩塌方式破壞，以致於在未形成土石流之前，即因崩塌潰散，失去原陡急之坡度，是以在坡度大於30°之溪谷，反而發生土石流之可能性較低。

至於降雨量之大小對土石流發生之影響，雖至尚無一定之關聯性，但絕大多數土石流之發生主要與降雨強度，累積降雨量有關，一般在降雨強度超過35mm/hr或累積雨量達150mm以上時，均容易使土石流發生，但亦有10分鐘下4mm之雨量即發生土石流之情形，因此降雨之因素應屬土石流發生之必要條件，至於降雨多少才會發生土石流，則與當時溪谷土砂所處之狀態有密切關係。 ^[2] 

土砂災害之發生，除了少數如落石或崩塌可能突如其來，而無法預先加以防備以外，大部份之土砂災害種類，只要受降雨所誘發者，均有其發生徵兆之蛛絲馬跡可尋，土石流自不例外。土石流從發生原因可瞭解，系受降雨及溪牀大量土砂堆積之雙重條件所左右，故只要在土砂堆積量相當龐大之溪谷中，隨時注意降雨時可能之環境改變，當可預知土石流之發生與否，而作事先之避難措施。茲將土石流可能發生之徵候。

溪流之水量突然激增

溪流中之水量較之平時有激增之現象，乃表示溪谷上游有意外之供水來源，其水源不外來自降雨或原被堆積土石所攔蓄之蓄水窪地有大量越流或地下滲流發生之情形，致使溪谷之水量大增，尤其當溪谷下游並無降雨情形時，但其水量卻突然增加，乃表示上游集水區可能有暴雨發生，亦或上游之臨時貯水區已將攔阻之土石堆積區逐漸滲出一條地下水通路，此等狀況下，所增加之水量或地下水滲流之通路可能破壞該土石堆積之安定，而造成類似潰壩之效應，進而導致土石流發生。

溪流水之顏色變濁

平常清澈之溪流突然變混濁，表示溪流上游可能降雨，而有大量土砂被沖刷流出，其沖刷之對象可能是溪牀所堆積之土石，而一旦溪牀堆積之土石大量沖刷出現，即可能導致該堆積土石變成不安定，並有土石流發生之可能。

持續降雨中，溪流之水量突然減少

降雨持續進行中，溪流卻無水量流出，或水量突然減少，表示大部份之降雨量所形成之地表逕流被溪谷中堆積之土石攔阻，極可能在溪谷形成一水潭，以致於水量流出很少，而所形成之水潭如貯留水量逐漸增加，一旦發生越流或地下滲流之情形，即有發生土石流之可能。

溪谷中有異常之聲響

由溪谷中傳出異常且低沈之聲響，如石頭滾動之碰撞聲音且有地面震動之感覺，乃表示溪谷中之土石在流動；或樹木劈裂聲乃表示溪谷中之樹木可能受大量土石撞擊而斷裂。在此等狀況下，土石流已距離不遠，必須急速逃難，以策安全。

溪谷附近坡面有崩塌發生

在降雨中，溪谷兩側之坡面有崩塌發生時，此等崩塌所帶下之大量土砂石，可能會與降雨所發生之地表逕流混合，而形成土石流之流態出現。 ^[3] 

土石流從原呈靜止狀態之堆積土體開始產生不穩定而流動之後，此時土砂石等材料已與水混合呈流體狀態，因此在流動過程中，土石與水之間會因顆粒相互碰撞與水之作用，而使流動時具有下列之特性:

1，土石流之最先端湧高而形成一類似海嘯之前頭波，一般稱之為段波(Bore)，此時較大粒徑之石礫逐漸湧向前端，而使段波先端處呈大粒徑石礫聚集流動之現象。

2，先端部之段波受水量之影響，可呈間歇性之流動現象，亦即段波流動一段距離後暫時因脱水或受阻而停滯，但在後續水量補充或土砂繼續供給下，又再度流動，惟其間歇性流動之週期不固定。

3，先端部之段波通過後，後續之流體通常為土砂濃度大減，且粒徑較小，流量亦減少之土砂流。

4，土石流流動時由橫斷面觀之，其先端部呈中央凸起之圓丘狀，而後續部則成中央凹陷之形狀。

5，土石流流動時因所攜帶土砂量極多，在慣性作用上使其在直線性溪谷流動時之直進性強，不易受河道之彎曲而轉彎。但當受制而形成彎流時，則在凹岸處產生極大之湧高，致使凹岸與凸岸之流動面落差極大。

6，土石流流動時因運動能量極大，且底部土石之粗糙度亦大，可因能量之傳遞將溪牀嚴重淘刷，尤以流心部之淘刷能力特大。

土石流流動時由於土砂量與水混合之比例不同，及溪牀坡度大小之影響，將使其流動狀態與流動特性有所差異，一般若粗礫含量較高時，可稱之為礫石型土石流，其流速可達3～10m/sec以上；而細砂等含量較高時，在日本以0.1mm以下之細粒土砂含量在10%以上者，稱之泥流型土石流，其流速在2～20m/sec左右。通常礫石型土石流一發生後，其流速較快，但泥流型土石流在含水量較多，亦即流動之土體濃度較小時反而愈快。至於流動時之流體密度大約在1。2～2.1t/ml左右。而在中國大陸所謂之泥石流，其流體之土砂礫含量可達70～80%。

土石流流動時因其動量大，且與溪牀接觸面因土石之粗糙度大，可對溪牀造成侵蝕作用，而使土石流通過後之溪牀面嚴重淘蝕刷深，同時亦可使溪谷兩岸斜面遭土石流淘刷而崩塌，故在土石流流動後之溪谷，在土石流通過後變得更深更寬。但亦有土石流在溪谷中流動時，因受阻滯而脱水後停積在溪谷中，此等暫時堆積之土石可因雨水之再度供給而重新流動。 ^[4] 

土石流在溪谷中流動而呈暫時堆積，乃系因脱水或受阻而停積下來，通常在溪谷中之坡度仍然相當陡峻時，此等堆積乃屬暫時性之堆積，一般土石流必須流至溪谷出口較低平且開闊之場所，才會長期而穩定堆積下來，而其堆積具有下列之特性:

1土石流流出谷口等溪幅擴寬且坡度平緩之地區，土石流即減速停止而堆積下來，且多呈扇狀堆積。

2土石流流出谷口之扇狀堆積地形，在初期可依土石流發生規模大小之不同，而形成不同大小之舌狀堆積，且僅在谷口呈小幅度之擴散。當後續土石流再度流出時，則可能受原地形之影響，而呈輻射狀之流出而堆積，此一輻射狀之流出即隨原堆積形狀之不同，在谷口處呈簞呇〕道路變遷，並逐漸擴大扇狀地之規模。

3土石流間歇性流動時，可在低平堆積處形成耳狀之之重疊堆積。

4土石流先端部之段波一旦停止下來，其堆積之最前緣均屬大粒徑之石礫，且在其扇緣形成一較陡之邊坡。但當後續之土砂繼續流出時，此等土砂流可越過扇緣而繼續流下，然後在扇緣之下游面堆積出一較低平之斜面，且其土砂材料均屬較細之土石，同時原扇狀地之範圍亦隨之擴大。

5土石流段波停止之後，後續之土砂流在長時間之流動下，可在原堆積之扇狀地上侵蝕出一條流路。

6土石流通過扇狀地上之流路而形成溢流時，可在流路兩側形成自然堤防。但此自然堤防亦可能在下次土石流通過後，再被破壞或消失。

7扇狀地上堆積土砂之粒徑分佈，以扇緣隆起處之粒徑較大，靠近谷口之扇基部較小，而最外緣之低平扇緣部之粒徑最小。至於堆積之垂直剖面，其粒徑之篩分不太明顯，但若系土石流重複流出時，仍可由分層篩分之現象研判出土石流流出之次數。

在土石流發生之溪谷，其上游常有大面積之崩塌發生，以提供土石流之土砂材料來源，且土石流之發生並無所謂之免疫性，換言之，土石流可在同一溪谷一再發生，因此多次之土石流流出谷口堆積之扇狀地，即可由扇狀地發展之範圍與規模，研判上游溪谷發生土石流之頻率與規模。一般適合土石流堆積之地形坡度約在3°以下，但土石流堆積後，其堆積扇之扇面坡度則可能超過5°以上，因此下次發生之土石流乃可越過原堆積之扇面往下游繼續流出，尤其在扇緣之斜坡更可高達15°以上。

另外在扇面上可發現許多突起如耳狀或舌狀之小規模堆積單元，此乃土石流間歇流動而停止下來之證據，亦可説明土石流以集體搬運之特性。由於土石流之發生與流動極不容易在當時捕捉其動態之全般，因此對其發生與流動之相關特性，只能從當地目睹居民之傳述獲知概況。但當土石流堆積下來之後，其堆積狀態已呈靜止狀態，故可由其堆積性狀之調查與分析，對土石流之特性做較深入之瞭解。因此土石流堆積扇狀地之認識乃為研究土石流所不可或缺之方法，而從土石流扇狀地所呈現之各種特微，亦可用來説明土石流整體之本質。

土石流一詞自1996年賀伯颱風發生後，經媒體不斷宣傳災害之嚴重性，並由電視畫面將土石流之實態直接呈現給國人，大家才對土石流有一初步認識，也才開始知道土石流所指何物。雖然有關土石流之案例，調查研究或分類，早在1948年國外之文獻即有記載，但在台灣卻直到1983年才開始介紹及進行土石流之學術研究。而使土石流一詞能讓大多數國人耳熟能詳，應是賀伯颱風致災而拜媒體宣傳之成果。

台灣之土石流災害最早可查到之記載，應始於1982年西仕颱風在林口，泰山一帶造成高速公路為土石流之大量土砂所阻礙，及泰山地區房舍及二條人命被土石流所掩埋。其後1985年之尼爾森颱風，1986年之韋恩台風，1987年之傑魯得颱風，1988年之琳恩台風，1990年之歐菲莉颱風，1991年之耐特颱風，乃至於1994年之道格颱風，幾乎只要有颱風侵襲台灣，即或多或少在各山區發生土石流之災害，但由於多屬個案，而未被重視，甚至被忽視。而1996年賀伯颱風造成台灣地區200億元之損失，及南投縣陳有蘭溪全面之土石流災害，總算喚起國人對土石流之危機意識，並警覺到土石流隨處均有發生之可能性，而急欲對土石流有更多之認識。因此，本文擬對土石流之流態與特性作一簡介，以便對土石流之致災原因與預防之道有較深入之暸解。10年前的9·21大地震已被人們形容為"驚天動地、鬼哭神號"，這回莫拉克颱風在台灣造成的災情更嚴重。在屏東、高雄的重災區，8月7、8兩日落下的豪雨，竟然相當於一年的平均總雨量。山崩、橋斷、土石流暴衝；家中泥濘處處算是幸運的，幾個小山村就這樣瞬間給埋了。 ^[5] 

台灣地區因先天地質及氣候的影響，加上後天人為不當的開發，致使土石流災害頻生，而一般民眾在面對災害來臨時，大多是驚慌失措且無法實時應變，因而造成重大生命與財產的損失，因此如何加強民眾對於災害防救的認知，實為應儘速面對的防災研究課題。土石流的防治從過去的硬件工程治理轉而重視軟件的避災措施；本研究從法令、組織與實際運作三層面探討土石流防救災體系。 ^[6] 

梳子壩是一種透過性壩體 ，可以有效地防止土石流之危害。因此 ，本研究經由土石流通過梳子壩的質量守恆定律和渠槽試驗 ，分別建立土砂流出率、泥砂體積濃度比及貯砂率等三種主要的效率參數 ，作為評估梳子壩防治土石流之效率 ，並據以發展出一種簡單的設計模式 ，可以用來設計單一梳子壩的高度、開口間距及總開口寬度等壩體幾何因子。 ^[7] 

於豪雨基本上是誘發大部分士石流或崩坍災害的主要原因，加上“中央氣象局”自動雨量站也提供大範圍的實時雨量監測信息，因此，利用降雨因子進行土石流或崩坍等坡地災害的預警研究，具有便利性、實用性及經濟性等優點。利用降雨參數來預估土石流災害發生的研究相當多，本文除介紹台灣土石流相關的研究方法外，並利用QPESUMS雷達高時空解析雨量信息，整合實時地面自動雨量站觀測，發展局部區域定量降雨估計技術。 ^[8] 

30年來台灣人口劇增，經濟發展迅速，對山坡地之開發積極而迫切。然而本島地勢陡峻，岩層破碎，氣候上位處冷、熱氣流鋒面區，且颱風豪雨頻仍，又不當開發利用山坡地，致災害經常發生。尤以土石流對於生命財產造成很大的威脅，損害大者如1982年酉仕颱風過境造成北部地區嚴重的土石流災害，1990年歐菲莉颱風過境花蓮銅門村十二、十三鄰慘遭土石流吞埋，造成人死村滅的慘劇等等。台灣的土石流研究最近10年才受到重視，本文僅就44篇文獻分災害報告、災害防治對策、流動性質、發生機制、堆積機制、力學特性、危險程度預警及衝淤模式研究等做個回顧。其中大都已獲相當成果，尤以發生之臨界公式，堆積長度及範圍，及預警系統方面有較好應用效果。然而堆積物粒徑分離與內部應力對土石流的發生及推移應有很大的相關性，尚須深入探討。 ^[9]