遥测技术及地理资讯系统应用於水库集水区崩塌地调查
郑锦桐1,张玉璘1,顾承宇1,邱显晋1,陈锦清1,赵芳成2,
余胜雄3,杨勋得3,焦中辉3,黄连通3
1中兴工程顾问社
2中兴工程顾问公司
3台湾电力公司
一,前言
台湾地区大部分的水库集水区位於地形险峻且交通不便的山区,地面地质调查工作困难且危险性高,所以不易获得全面性的集水区崩塌地调查成果,同时也不易监测崩塌地在不同时期的变迁情形,因此对集水区全面的崩塌地调查极为困难.为改善传统集水区崩塌地调查方式,本研究将以遥测相关技术使用航空照片与SPOT卫星影像两种遥测资料,并利用地理资讯系统(Geographic Information System, GIS)配合数值地形模型(Digital Terrain Model, DTM),建议一经济且有效率的水库集水区崩塌地调查方法.本文将以台电目前进行的『大南澳抽蓄水力发电计画上下池集水区崩塌地调查计画』为例进行说明[1],以下首先简介该计画.
台湾电力公司为有效的电源利用与发展,拟评估大南澳抽蓄水力发电计画可行性,自1984年以来相关研究显示[1,2,3,4],上下池水库之淤砂,排砂及上游崩塌地等课题实为关键,尤其纳莉风灾(2001年9月中旬)之后更甚.鉴於计画上下池集水区域面积达50平方公里,因地处海拔300至2000公尺间,部分旧有林道已废弃或崩塌不通且崩塌地为数可观.受限於人力与经费的条件下,台电积极引入先进的遥测影像进行该计画区的崩塌地判释与变迁研究,并配合现地崩塌地重点踏勘,以确认崩踏地判释成果.另外,利用GIS配合DTM分析地形地貌的差异,以进一步推估纳莉风灾前后集水区内崩塌地与河床面的土砂冲蚀量与堆积量,以提供该水力发电计画可行性评估参考.由於该计画尚在进行中,所以本文仅就部分成果进行示范说明.
二,区域自然环境介绍
该计画位於宜兰县大同乡及南澳乡之交界处,主要系利用罗东溪(又名番社坑溪)及南澳北溪,两条溪流间之水位高低差约500余公尺进行抽蓄水力发电.在地质分区上,属中央脊梁山脉带之东北端,岩性以板岩及千枚岩组成之厚岩系为主,偶夹薄层变质砂岩(1986,何春荪)(地质图如图一所示).板岩及千枚岩系由泥质沉积物经轻度至中度变质作用所形成,由於此类岩性较为软弱,且具有较高之可塑性,故受地体构造运动挤压之影响,许多复杂的褶皱构造因而形成.气候方面,属於典型之亚热带季风气候,因受地形影响,夏季高温闷热,冬季寒冷而多雨,因海风易随溪谷灌入南澳北溪至海拔2050公尺之望洋山,形成雨量丰沛,多浓雾之气候型态,年雨量可达5000公厘以上.该计画的集水区分布如图一所示,共有三个集水区,分别为甲乙案上池,甲乙案下池及丙案下池,其中甲乙案的上池与下池为该计画主要候选坝址.
二,航照影像与DTM制作
由於计画区中既有的DTM资料是由内政部农林航空测量所利用民国67年的航照立体对所完成,其解析度仅40X40公尺,而且资料时间太早,无法提供该计画进行集水区风灾前后的地形地貌差异分析,所以本研究必须重新挑选纳莉风灾前后两期的航照影像立体对,透过空中三角测量作业制作风灾前后两期的DTM.对於航照影像资料时间方面,该计画区中纳莉风灾发生前的航照影像资料,当时仅有黑白航照,航照拍摄年份介於民国81年至86年;而风灾后,已有彩色航空照片,航照拍摄年份介於民国90~91年.对於DTM制作上,采用风灾前后航照各自全区一次平差方式实施空中三角平差作业.先以风灾后航照影像实施空中三角平差作业,并将空三连接点转测至风灾前航照影像上,再进行风灾前航照影像的空中三角平差作业,同时建置同一座标高程基准,以更精确比较风灾前后地形之变异.总之,其目的是将前后两时期的DTM控制在同一的座标系统,以避免DTM相减时,因为座标系统误差影响土方估算偏差.本研究制作的DTM解析度则提高至5X5公尺,可以提升本研究推估风灾前后冲蚀与堆积的土方估算的准确度.
遥测影像崩塌地判释
崩塌地在野外现场由於视线阻隔或观察点不佳等因素,常无法一窥崩塌地之全貌,因此,初步从航照影像观察崩塌地比赴现场观查,可更容易定出其分布范围与地形特徵.表一是各种遥测影像的基本资料比较表,目前国内常用於崩塌地判释的遥测资料以SPOT卫星影像以及航照影像为主,该计画亦是采用此两种影像进行崩塌地判释,不过卫星影像则是采用解析度较高的SPOT5卫星影像.本研究遥测影像判释崩塌地作业流程如图二所示.首先搜集计画区的遥测影像资料,包含纳莉风灾前后航照与近期SPOT5卫星影像,并将遥测影像资料汇入GIS系统中,再以GIS系统进行崩塌地判释成果的数化.崩塌地判释时,因为裸露地,河床与崩塌地色调接近,所以必须搭配由5X5公尺DTM所制作的5公尺间距等高线套叠於GIS系统中或是藉由影像立体对,提供地形起伏与崩塌地地形特徵的资讯,使崩塌地判释有较佳的成果.崩塌地判释完成后的初步成果,必须经过野外现地调查确认,一旦有判释错误则进行崩塌地的GIS图层修改,另一方面,崩塌地发生的机制,岩性,崩塌型态,岩层位态,不连续面位态…等资料,也可藉由野外实地勘查了解,并登录於崩塌地的GIS属性栏位中.

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