【科技新知】資訊監測技術應用於堰塞湖防災通報
 
作者:黃維
壹、前言及背景
     堰塞湖是指山崩、土石流或熔岩堵塞河谷或河床,儲水到一定程度便形成的湖泊,通常為地震、風災、火山爆發等自然原因所造成,也有人為因素所造就出的堰塞湖,例如:炸藥擊發、工程挖掘等。堰塞湖的形成,通常是不穩定的地質狀況所構成,當堰塞湖構體受到沖刷、侵蝕、溶解、崩塌等作用,堰塞湖便會出現「溢壩」,最終會因為堰塞湖構體處於極差地質狀況,演變「潰堤」而瞬間發生山洪爆發的洪災,對下游地區有著毀滅性破壞。堰塞湖的壽命及潰決方式,受制於天然壩體大小、堵河之土砂材料特性、上游來水條件以及堰塞湖之蓄水容量等。隨著氣候變遷及災害複雜化,堰塞湖與其所造成的災害已經有逐漸增多的趨勢。

圖一:旗山溪堰塞湖衛星影像

     台灣自88風災後,整個南部就新增10餘處堰塞湖,其中高雄縣旗山溪上游堰塞湖之蓄水量估計就有185萬噸,透過衛星影像,更可以看出堰塞湖已經對下游村落造成威脅,一旦潰堤就像水庫洩洪一樣,恐將對於下游社區之安全性造成威脅。

貳、目前現況及問題
     颱風所形成的堰塞湖與地震所形成的堰塞湖不同,因颱風豪雨導致阻塞土體含大量水分,極易在短時間內被沖毀,部分潰決所沖刷的壩體土石會堆積於下游,使得壩體厚度不明顯,且有相當程度的延伸。集水區上游的崩塌土砂也會不斷流入堰塞湖內,蓄水體極易被淤滿。惟這些壽命不長的堰塞湖在部分潰決後所殘留的堵塞材料仍蓄積一定量的水體,對下游河道發展、土地利用與人員安全仍有相當影響,相關權責機關應積極防範,密切監控及適時疏散。
     依據現行災害防救法,水災為經濟部水利署負責,土石流則為農委會水土保持局的權責。但是堰塞湖並非災害防救法的法定災害,所形成的原因多為崩塌及土石流,造成災害則以水患為主,屬於綜合性災害型態。行政院雖已責成農委會林務局召開研商會議,擬定「堰塞湖警戒、監測與演練方案」,藉由會議討論,也已逐漸產生基本共識,由國科會及國防部負責提供衛星影像,據以判定危險程度;水利署負責中央管轄河川治理點以下堰塞湖處理;水土保持局負責河川治理點以上山坡地(國有林班地除外)野溪之堰塞湖處理;林務局負責河川治理點以上國有林地野溪之堰塞湖處理;縣市政府負責縣管河川區域之堰塞湖處理及居民之撤離作業。

參、引進何種技術及如何解決
     風災後的堰堰塞湖災害屬於新興的綜合性災害型態,且堰塞湖的形成與潰決,具有時間與地點的不確定性。其影響範圍依上游集水區雨量、堰塞湖儲水量大小、下游社區與河床之高差等而異,故其警戒監測、疏散避難體系等,應視實際狀況而定。欲達到即時的警戒監測,必須要能蒐集上游集水區的即時降雨量、上游河道的即時河川水位、堰塞湖現場的即時影像、堰塞湖壩體的穩定程度、航空攝影照片估計的堰塞湖儲水量。
     透過各項自動化蒐集設備,建置一套堰塞湖監測防災通報系統,利用系統提供災前整備、災中應變及災後復原的統一管理平台,用於即時監控堰塞湖最新狀況,若發現已達預先設定之警戒值時,利用系統即時發布通報,通知相關人員緊急戒備,及早疏散保全對象,以保障人民生命財產之安全。


綜合性資訊應考量由其他專業權責單位提供
圖二:堰塞湖監測防災通報系統

     由於目前除現場監測及視訊設備,可由現場直接提供外,絕大部份需依靠外部資源提供監測資訊。本系統架構如上圖所示,可由氣象局點對點服務及QPESUMS(劇烈天氣監測系統)得知上游集水區雨量及預報雨量。另水位資料則可由水利署網路服務(Web Service)提供。衛星空照、航空攝影等影像資料,則可由國科會的空照影像計畫中定期取得。
     將外部資料收集後,利用資料庫做儲存,並利用地理資訊系統圖層套疊方式,將堰塞湖之基本資料、觀測之雨量站、水位站、保全對象、潰壩影響範圍、即時影像等資料,具體以空間資料方式呈現,考量欲套疊的圖層眾多,透過網頁系統搭配電子地圖圖資,設計考量縮放圖資視窗,並可視需要選擇欲呈現的圖層,以發揮資訊展示與決策支援之掌握。

圖三:利用電子圖層套疊,將各種監測資訊整合於網頁系統上
 
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