廣域山崩之統計與最佳化分析－以莫拉克風災小林村鄰近地區為例

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鄧源昌(Yuan-Chang Deng) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

廣域山崩之統計與最佳化分析－以莫拉克風災小林村鄰近地區為例
(Regional landslides analysis using statistics and optimization-A study on Xiaolin village area in Morakot typhoon)

相關論文

★ 土壤液化評估模式之不確定性	★ 砂土中模型基樁之單向反覆軸向載重試驗
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摘要(中)

莫拉克颱風之豪雨誘發山崩，使小林村遭到滅村的慘劇。本研究針對小林村鄰近區域進行莫拉克颱風下之山崩分析，研究內容包括山崩特性統計、最佳化參數逆分析及即時動態分析介面開發。運用莫拉克颱風災前、災後之數值高程模型(Digital Elevation Model, DEM)、山崩目錄(Collapse Inventory)及各山崩潛勢因子圖層(地形因子、地質因子、水系因子及坡型因子)結合地理資訊系統進行空間分析、人工判釋及校正山崩目錄，了解各潛勢因子對小林村鄰近區域山崩之影響程度及自然邊坡特性。在最佳化參數逆分析之部分則採用遺傳演算法之最佳化技術結合暫態降雨入滲與網格式廣域邊坡穩定分析模式(Transient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability Model, TRIGRS)進行最佳化參數逆分析。並參考山崩特性統計之成果、邊坡特性、水文參數關係及山崩臨界雨量觀念進行優化原始最佳化模組，使參數逆分析之結果較符合實際情形。最後考量TRIGRS成果圖層展示之不便性，開發即時動態分析介面，供防救災工作參考。
山崩特性統計部分顯示水系為影響邊坡穩定最重要之因子；順向坡及地質構造線較可能觸發大規模之邊坡滑動。逐步改善最佳化分析模組之結果顯示，雖使山崩預測正確率從未改良前之95%下降至60~75%，但相關係數從0.238上升至0.998，且山崩歷程較符合實際之降雨情形，結果有一定之合理性，但未來仍有許多改善的空間。

摘要(英)

Xiaolin village was completely destroyed by the deep-seated landslide that resulted from the extreme rainfall of Morakot typhoon. To understand the landslides of the Xiaolin village area in Morakot typhoon, this research does the study included the statistic of landslide characteristic, the parameters of back analysis in optimization and development of real-time dynamic analysis interface. In the statistic of landslide characteristic, it uses the digital elevation models before and after the Morakot typhoon, the landslides inventory of Morackot typhoon and the layers of susceptibility factors. The susceptibility factors include topographical factors, geological factors, the stream factors and the factor slope type. The analysis of statistic and the calibration of landslides inventory are performed by spatial analysis and visual interpretation on GIS technique. This study in the statistic of landslide characteristic can realize the influence of susceptibility factors and the characteristic of natural slope in rain. The parameters of back analysis in optimization combined the RGA(Real-coded Genetic Algorithm, RGA) of optimal technique with TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability Model, TRIGRS) to evaluate the parameters in the Xiaolin village area. It also uses the results of the landslides characteristic statistics, the characteristics of natural slope, the relation between hydraulic conductivity and diffusive coefficient, and the critical cumulative rainfall of landslides to improve the origin of the optimal module. The improvement can make the results of optimization much better. To solve the inconvenience of the TRIGRS result exhibition, this research develops the real-time dynamic analysis interface. It can provide the information of slope stability.
The preliminary results show that the stream factors are the most significant influencing factors on landslides. Large scale landslides often occurred in the area of dip slope and tectonic line. The results of the improvement module show the value of landslide’s accuracy from 95 % to 60~75 %, but the value of correlation coefficient from 0.238 to 0.998. The process of landslide occurrence is similar to real state of natural slope. Now the results of back analysis have rationality, but they also have much improvement in the future.

關鍵字(中)

★ 莫拉克颱風
★ 小林村
★ 山崩特性統計
★ 遺傳演算法
★ 暫態降雨入滲與網格式廣域邊坡穩定分析模式

關鍵字(英)

★ TRIGRS
★ RGA
★ Morakot typhoon
★ the statistic of landslide characteristic
★ Xiaolin village

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 ix
表目錄 xiii
第一章緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究內容與流程 3
1.3 論文架構 5
第二章文獻回顧 7
2.1 山崩特性統計 7
2.1.1 降雨與地震誘發山崩之統計法 7
2.1.2 航照暨衛星影像判釋系列 10
2.2 降雨誘發山崩潛勢分析 13
2.2.1 統計法 13
2.2.2 定值法及參數不確定性處理 15
2.3 最佳化技術應用於大地工程 18
第三章研究方法 20
3.1 暫態降雨入滲與網格式廣域邊坡穩定分析模式 20
3.1.1 理查方程式暫態孔隙水壓及安全係數計算 21
3.1.2 TRIGRS 模式限制 26
3.2 成果評估之誤差矩陣法 27
3.3 最佳化技術之實數編碼遺傳演算法及應用 29
3.3.1 參數逆分析概念 30
3.3.2 設計變數設定 33
3.3.3 適應函數設定 35
3.3.4 遺傳演算法之運算子 38
3.3.5 輔助策略 41
3.3.6 收斂準則暨最佳化內部參數設定 42
第四章資料蒐集與處理 43
4.1 研究區域概述 43
4.2 莫拉克颱風事件概述 47
4.3 資料蒐集與處理 48
4.3.1 水文參數 48
4.3.2 強度參數 49
4.3.3 土壤厚度與初始地下水位 49
4.3.4 水系相關圖層 52
4.3.5 地質相關圖層 54
4.3.6 地形相關因子 54
4.3.7 雨量因子 57
4.3.8 山崩目錄暨其餘因子 59
第五章山崩特性統計 63
5.1 山崩目錄修正暨崩塌土石體積量計算 63
5.1.1 坡度圖層套疊 64
5.1.2 災前與災後之高程差圖層套疊 64
5.2 小林村研究區域崩塌情形 67
5.3 小林村研究區域特性vs.小林村研究區崩塌地特性探討 69
5.3.1 高程因子 69
5.3.2 坡度因子 71
5.3.3 坡向因子 72
5.3.4 地質－岩性因子 76
5.4 小林村研究區域之崩塌地特性統計 78
5.4.1 水系淘刷之類型 78
5.4.2 河川級序因子 84
5.4.3 地質構造線因子 86
5.4.4 坡向與流向交角探討 87
5.4.5 坡型因子 90
5.4.6 坡型與水系之探討 91
5.4.7 小結 92
第六章程式改良與案例測試 93
6.1 原始之TRISHAL 程式介紹 93
6.2 原始最佳化模組之案例測試情形 98
6.3 最佳化模組改良－總降雨率定分析系列 103
6.3.1 初始穩定修正 103
6.3.2 水文參數改良 108
6.4 最佳化模組改良－真實降雨率定分析之案例測試 114
6.4.1 水文參數關係改良模組進行真實降雨歷時率定 114
6.4.2 山崩臨界雨量(門檻值) 117
6.4.3 水文參數改良模組－時序懲罰 127
6.5 逆分析參數組合探討 131
6.5.1 強度參數 132
6.5.2 水文參數與強度參數綜合探討 134
6.6 即時動態展示系統 137
6.7 小結 139
第七章結論與建議 143
7.1 結論 143
7.2 建議 145
參考文獻 147

參考文獻

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[35]Strahler, A.N., “QuantitativeGeomorphology of Drainage Basins and Channel Network,” Hand book of Applied Hydrology, Sec4-II, edited by V.T. Chow, McGraw-Hill Book Company, N.Y.

指導教授

黃俊鴻(Jin-Hung Hwang)

審核日期

2012-8-11

推文