陳毅青(彰師大地理學系副教授)

圖1 高屏溪流域的崩塌主要位於東南向坡(影像來源:Google Earth)
崩塌是地表最為顯著的地形特徵之一,不僅刻畫著地表,也帶來許多自然災害。在世界各國的崩塌研究中,普遍發現到一個有趣的現象,似乎崩塌的空間分布存在某種特定方向性,這也表示崩塌會集中在特定坡向的邊坡,例如在圖1的衛星影像中,東南坡的崩塌規模明顯多於西北坡。目前學界大多從日照、天氣與氣候、地質構造和地震波的方向來解釋,但對於其切確的原因仍然相當分歧。因此,我們提出研究問題是,崩塌的方向性的現象是否普遍存在?地震和颱風如何影響崩塌方向分布?隱含了什麼環境營力呢?
我們以臺灣歷史上最重要的崩塌事件為研究對象:1999 年集集地震與 2009 年莫拉克颱風。因為臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的聚合帶,同時也是西北太平洋颱風的主要路徑上,頻繁的地震與颱風產生廣泛且眾多的崩塌,讓我們能夠更全面地研究檢視這些問題。

圖2 1999年集集地震(左)與2009年莫拉克颱風(右)崩塌方向,黑色箭頭指向崩塌主要的方向,紅色箭頭代表強降雨時的主要風向,圓圈代表該區崩塌方向性不顯著。(作者製圖)
我們發現崩塌特定方向性是普遍存在於臺灣島的邊坡上,但地震與颱風的崩塌方向呈現不同分布型態。在1999年集集地震的影響範圍中,有 96% 的區域的崩塌具有特定方向性,集集地震的崩塌以地震震央為中心,呈現輻射狀指向外側(圖2左),例如震央南側的陳有蘭溪流域,崩塌方向朝向南方;震央北方的大甲溪流域,則崩塌方向朝向北方,代表地震誘發崩塌的方向會背向地震波的來源,且在地震震度越強的地區越為明顯,因地震波的 S 波在山稜的頂部與背部產生地形放大的效應,增加崩塌發生的可能性。
在 2009 年莫拉克颱風的崩塌中,有 98% 的區域的崩塌具有特定方向性,崩塌的方向大多朝向東南方或南方(圖2右),這與我們傳統認知有很大的差異。莫拉克颱風的強降雨主要因西南氣流與颱風的交互作用,在邊坡尺度上,迎風面和背風面的降雨強度差異可達 25-40 mm/h,面向西方和西方的邊坡崩塌規模應該最多,但是實際崩塌方向卻以東南方或南方最多。我們發現在「邊坡尺度」,迎風面的降雨強度增加,不會使得崩塌增加,而是有其他因素在控制著(註:在「區域尺度」,降雨強度越強,崩塌會越多)。
進一步分析發現,颱風誘發的崩塌方向性與岩層方向相當一致,這也代表崩塌主要發生在順向坡的位置。因在造山運動過程中,臺灣的西部麓山帶與中央山脈西翼存在許多東南方向的順向坡,因為順向坡岩體的滑動面與坡向一致,且坡長比逆向坡要長,降雨使得孔隙水壓升高,再加上洪水侵蝕坡腳,容易導致在順向坡引發崩塌。
臺灣島造山運動迄今仍在激烈的進行,構造運動引發的地震和岩層褶曲,深刻地控制崩塌作用,使得地震的崩塌方向會背向震央,呈現輻射狀指向外側;颱風降雨的崩塌方向主要受到順向坡控制,與迎風面關係不密切。因此,當我們要瞭解臺灣的地形演育過程,或評估崩塌的危害時,需要對於地體構造有進一步的認識。
備註:本研究已獲刊登在 Earth Surface Processes and Landform
Chen YC., Chang KT, Wang SF, Huang JC, Yu CK, Tu JY, Chu HJ, Liu CC (2019) Controls of preferential orientation of earthquake- and rainfall-triggered landslides in Taiwan’s orogenic mountain belt. Earth Surface Processes and Landforms. doi: 10.1002/esp.4601)
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