工程實務

溪頭森林遊樂區鹿寮坑土石流災害

案例分析

一、工程概述

溪頭森林遊樂區為台灣中部地區著名之觀光、生態保育及學術研究重要據點，民國88年921大地震造成鳳凰山脈西側岩壁結構鬆軟，原本陡峭之岩壁崩落裸露，造成土石堆積於山腰緩坡處，危及下方設施、建物及遊客之安全，而主要設施如學生實習宿舍(紅樓)、國民旅社、別墅區、辦公廳舍、標本園、苗圃等均位於鳳凰山西側山麓。

民國90年7月31日桃芝颱風侵襲，在台灣中部及東部帶來大量豪雨，溪頭地區三小時內雨量高達400公厘以上，最大降雨強度高達150公厘/小時。加上前述921地震鬆散之土石，造成溪頭地區之大量山崩，土石堆置於野溪之上游，尤其在溪頭營林區之鳳凰山脈東、西兩側有大量土石堆積，當豪雨沖刷時，土石順流而下形成土石流，除在上、中游造成嚴重之河道刷深、河岸遭受侵襲崩落淘蝕外，因河道擴大、河岸之崩落提供更多之土石量順流而下，量體大幅增加。

此次溪頭多處發生土石流，主要之土石流溪谷包括三號坑、鹿寮坑、巨石坑、北勢溪、米堤坑及流籠坑等野溪，其位置如圖一所示。同時，尚有大量土石堆置山坡，還未形成土石流者，如桃芝坑及土地公崙坑。土石流穿越林道，由於能量極大，立即摧毀路面及路基；能量不足時，則形成大量堆積。因此，溪頭林區之林道、步道受損超過十餘處，同時，營林區內之取水管線、電路、排水溝亦多處中斷。

本文針對鹿寮坑之土石流災害發生之原因進行分析，並對土石流之調查及整治工程做一介紹，期盼提供國內土石流復建工程之參考。

二、土石流災害問題探討

(一)氣象與水文

氣象水文狀況以最鄰近本工程位置之台大實驗林溪頭氣象站的資料為代表。依據台大實驗林溪頭氣象站近十年來(1991~2000)之統計資料顯示，年平均雨量約2,213.5公厘，每年受梅雨及颱風季節影響，降雨量集中於五~八月，月平均雨量均在300公厘以上，詳如表1。全年平均降雨日數約154天，月平均降雨日數分佈類似降雨量分佈，以五~八月較多，如表2所示。

本地區屬於副熱帶氣候，因位處於山區，全年平均氣溫約16.6°C，月平均氣溫變化約在10°C~20°C之間，各月平均氣溫以七月20.4°C較高，一月11.4°C較低，詳如表3。

根據台大實驗林溪頭氣象站降雨資料顯示，如圖二，此次桃芝颱風之最大時雨量達107.4公厘，而最大24小時累計雨量達614.7公厘。比較賀伯颱風期間之最大時雨量103.5公厘，最大24小時累計雨量達1,099公厘，如圖三，顯示此次桃芝颱風最大時雨量雖與賀伯颱風相近，但24小時累計雨量卻不及賀伯颱風大，但是因為921地震的關係，原有之崩積地層鬆動或產生新的崩坍地，造成本次桃芝之土石流災情較賀伯時較重。

(二)區域地質

溪頭位於南投縣南方，行政區隸屬南投縣鹿谷鄉，主要溪流為濁水溪流域的支流北勢溪，北勢溪則由許多野溪匯流而成向北流去；地形上為三面環山之大型谷地，東面為鳳凰山脈、南面為嶺頭山脈、西南面為內樹皮山脈，地勢由南向北傾斜，如圖四所示地形變化相當劇烈，接近溪谷處之沖積扇皆相當平坦，接近鳳凰山稜線處甚至超過45°。主體建物大都位於北勢溪右岸，背倚南北走向之鳳凰山脈山麓。

溪頭地區主要地質構造為鳳凰山斷層，斷層東側地層分類主要屬中新世南莊層，上伏桂竹林層，如圖四所示。層面位態約為N15~30°W/30~45°NW，表層多覆蓋2~4m厚之崩積層。鳳凰山斷層為一高角度逆斷層，升側為斷層線之東南側，本區域出露之地層由西向東分別為：現代沖積層、南莊層及桂竹林層之關刀山砂岩；各地層之特性，如表4所示，其中關刀山砂岩層因含有頁岩和薄煤線，砂岩多帶有鈣質膠結及常呈厚層塊狀而形成陡壁。本區鳳凰山脈稜線西側即是此種地形，加以差異侵蝕，於頁岩及塊狀砂岩交界帶易形成弱面，造成大規模崩坍，成為土石的來源。

(三)鹿寮坑歷次土石流之回顧

鹿寮坑曾於民國78年發生小規模土石流，於民國79年時水保局曾在此施作16座小型連續壩，如圖五所示，此時地貌尚稱良好，嗣後民國88年921集集大地震造成溪頭地區發生多處大規模土石崩塌，而這些大規模崩塌之土方正是震後引發土石流之主要材料，若遇豪雨極易形成土石流造成震災後之二次災害。

溪頭地區921大地震後大量崩坍土石堆置於野溪之上游，如圖六、圖七所示，並於民國90年7月31日因桃芝颱風來襲，帶來大量豪雨，造成土石流災害，土石流量土方量達8141m³，如圖八所示。

(四)災害現況調查說明

鹿寮坑全長1224m，集水區面積為30公頃，經現場踏勘及調查說明，如照片一~六所示。

鹿寮坑於民國78年曾發生較小規模土石流，故水土保持局曾於民國79年施作16座小型連續壩以攔蓄河道砂石、減緩溪床坡度並抑制土石流。

土石流大量淤積於下游接近鹿寮坑與神木坑溪之匯流處，該處係念馨橋舊址，原橋寬約6.5m，橋長度約20m，若以該處為基準，上游約180m處大致為堆積區與流動區界線，同時係河道轉彎處，於此土石流速減緩致發生溢流現象，造成土石流大致仍沿直線進行為明顯特徵；流動區範圍河流刷深約2-3m、河道擴大約5-10m，下游河道側刷擴大約10-25m。

主坑至源頭大約1600m長，上游約400m處有一支坑發生，其延伸長度據推測大於200m，此二坑為主要土石來源；目前下游及堆積區土石量體約1000m³。

由中、上游現況觀察，於適當條件下土石流仍有再發生之可能，大致仍將沿原有河道以直線進行，下游匯入神木坑溪，但堆積範圍擴大時將危及保全對象：匯流處附近之銀杏林。

此集水區於桃芝風災後所引發之土石流除南側主坑外尚有北側一支坑，兩者均發源自鳳凰山脈稜線西側，大致沿坑溝向下發展，南側之主坑於0K+125至0K+175間穿越鳳凰林道，並造成道路損毀，經台大林管處初步緊急修復後通車；而北側支坑於0K+550處匯入主坑後流入神木坑溪，並有大量土石(約5000m³)堆積於下游連續潛壩至神木坑溪之間，並將坑溝出口處之念馨橋沖毀，造成交通中斷。

三、整治工程

(一)整治目標

考量現有經費限制及用地之限制，整治目標係以避免日後災害擴大，並減輕土石流所造成之災害。故主要於鹿寮坑中、下游施作潛壩及梳子壩，以減緩坑溝縱坡與攔阻土石，並修復既有系列潛壩以維持其功能。另於有限經費內以最經濟可行方式，將已遭沖毀之林道與念馨橋進行修復，以維持交通。

而目前設計條件限制為溪頭站50年頻率降雨強度，且集水面積係以保全對象以上計算。

(二)現況說明 (含坡度、合流、分流、長度)

依據實測地形圖，鹿寮坑主坑長度約為950m，於0K+550處有一支坑自北側匯入，坑谷坡度在上游發生區皆大於30°，接近鳳凰山稜線處為陡峭裸露之岩壁；中游流動段之坡度則介於15°至30°間，沿途有巨石分佈；下游堆積區之坡度則小於15°。自0k+657處開始設有既有潛壩16座，經桃芝颱風土石流災害後，多處潛壩已遭毀損並淤滿土石。

北側支坑長度約為550m，並匯流入主坑中，其坡度分布與主坑大致相同，坑溝之側坡亦有發生側崩之情形。

(三)整治配置說明 (坑溝整體，含上、中、下游)

針對各分區(發生、流動及堆積)之特性加以防治，發生區坡度陡峭，加上道路不易到達，考量治本原則以源頭處理方式為主，主要設施包括坡頂截排水、坡面保護打樁編柵、坡腳穩定；陡峭裸露岩壁因植生不易，且限於經費，暫以自然植生為主。源頭崩坍地計有8處，整治面積約10206m²。

流動區則視坡度於適當地點施作攔阻工法，利用潛壩或梳子壩直接攔阻部份土石，以降低土石流之破壞能量，避免河床及岸壁淘刷，藉以降低下沖土石量為主。並以導流護岸導引土石流於設計河道中流動，有關整治工程設計圖，如圖九所示。

因鹿寮坑既有16座潛壩已有部份遭土石沖毀，故擬將損毀較嚴重之潛壩予以敲除重建，而輕微損壞者則以修復除石，恢復其既有之功能，以利緩坡固床，減少岸壁淘刷，降低下沖土石量。

為降低土石流發生時所造成之破壞力，鹿寮坑於0k+620處將新設梳子壩一座以攔阻上游之土石，經壩體與水理計算後，此梳子壩可有效攔阻約1683m³之土石量，如圖十所示。

念馨橋位於鹿寮坑下游匯入神木坑溪之出口處，因桃芝颱風之土石流而沖毀，念馨橋之重建考慮附近銀杏林之景觀與流道暢通，擬採用三孔造型之箱涵，配合鹿寮坑及道路之寬度，箱涵設計之長、寬、高分別為8公尺、23公尺、5.9公尺，內部淨高4.5公尺，底部設有二道防滑榫，上、下游端則配合現地設置河道漸變段，考量施工期間與完工後之交通，如圖十一所示。

鹿寮坑於0k+750處因其左側護岸較低，且為河道轉彎處，故於土石流發生時因其直進性而沖毀左側砌石護岸，致使土石由此溢流衝至林道路面，造成道路損壞，交通中斷。故擬於0K+720至0K+750左側進行整地與新設蛇籠，並於0K+750~0K+770緊臨鳳凰林道處新設重力式擋土牆，以避免土石衝至路面，而影響交通與危及財產生命安全，另為保護坑溝岸壁之穩定，於0K+650至念馨橋之間之坑溝兩側將設置砌石護岸，以避免側壁遭土石沖刷而崩落，如圖十二所示。

四、結語

1.有關土石流之整治，由於土石方流量估算較困難，且土石流溪谷未來均有可能再發生，因此設計時必須詳細加以規劃，考量工程設施之配置與大小，以免發生容量太小而溢流。

2.土石流整治，上游以崩塌地源頭整治與生態工法，中、下游則以控制土砂移動，並以攔阻工導流、蓄積、避免溢流為主，儘量就地取材以自然材料施工。

3.鹿寮坑整治預期效益為減少土石下沖量體及能量，設置梳子壩、防砂壩、導流護岸等，藉以保全銀杏林、鳳凰林道與念馨橋，以維持園區之交通。

4.由於土石尚未穩定及土石流整治經費限制，鹿寮坑後續整治建議以中、上游為主，由於中、上游部分河段側壁易遭淘刷，且有古老崩塌地土石堆積，一旦誘發其運動恐將造成大量淘刷，巨量土石下沖時現有整治設施或將不敷所需，故應設法進行加強中、上游整治。

誌 謝

本文撰寫期間承蒙台大實驗林管理處提供諸多寶貴航照資料，及本司同仁於工程規劃、設計及監造方面給予指導與協助，使本文得以順利完成，在此一併致謝。

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