2014年8月28日 星期四

廣島土砂災害的原因,真的是如媒體報導的「管流(Pipe flow)」造成的嗎?

今天看到日本土木學會FB分享的一則新聞報導,主要在討論這次廣島土砂災害的災害發生原因。
https://www.youtube.com/watch?v=_8uwXJ-kkdY

裡頭提到二個重點:

一、在崩塌源頭發現許多直徑3-4cm 的孔穴,疑為管流(Pipe flow)造成,進而造成崩塌。

二、土砂量約600立方米,以秒速20~40m的速度直衝而下









老實說,我不太認同「管流(Pipe flow)可能是造成崩塌主因的說法,我的想法如下:

一、請注意,影片37"~50"的畫面,所謂管流的通道,明顯有樹根存在。亦即這個管流的位置可能是沿著樹根的橫向通道。

台大森林系的梁偉立教授在2011年的林業研究專訊中,有一篇文章提到一個觀點很有趣,
 我們過度期待了森林在抑制崩塌的功能嗎?
http://homepage.ntu.edu.tw/~liangwl/pdf/forestry%20research%20newsletter.pdf

裡頭提到了降雨期間存在於樹木下坡側土壤內的「棲止水」,亦為造成崩塌的原因之一。

其中有關棲止水的形成,有一個分解圖說,請另參這篇http://homepage.ntu.edu.tw/~liangwl/pdf/animation%20publish.pdf

此外,由於棲止水多由「幹流水」而來,且幹流水除以垂直方向向下滲流外,也會沿著根生孔隙往水平方向移動(如上圖左側藍色部份)。

針對此部份,梁教授也做過一些現場實驗,用藍色的溶液澆在樹幹上,之後再開挖,如下圖,可以明顯看到沿著根部的方向,有藍色溶液的痕跡。這個實驗也發表在期刊上。

Wei-Li Liang*, Ken’ichirou Kosugi, and Takahisa Mizuyama. 2011. Soil water dynamics around a tree on a hillslope with or without rainwater supplied by stemflow. Water Resources Research, 47, W02541.doi:10.1029/2010WR009856 (EOS 92(20) report)


所以,我的看法是,影片37"~50"的畫面,所謂管流的通道,其實只是根生孔隙在「棲止水」生成過程中被擴大的結果。

二、我個人認為,真正崩塌發生的原因,比較可能是因為降雨入滲至土層的水份持續向下入滲,當向下入滲的水流通道與根生孔隙週邊的棲止水(位置約在地表下1~1.5m)貫通時,水壓力大幅上昇,進而造成崩塌

三、至於未來如何避免棲止水造成坡面安定性降低的問題,也許必須考量樹種、根系、種植位置等因素,此部份非我所長,也許尚待森林系的老師們進一步探究。

四、最後,對於速度高達20~40m/s (即時速約72~144km/h)的土石流流速,我實在有點難以想像~~~~ 這速度真的快的超乎尋常~~~ 不知是如何評估出來的~~ @@


補充:針對災因的部份,交通大學土木系的單信瑜教授的看法也很值得參考,在取得同意後,於此一併臚列供參。

單:「如果在極淺層土壤下是透水性較低的土壤(亦即下滑的土體與未滑動的土體之間),降雨量大時,水的滲流將會是平行於坡面(介面)往坡下的滲流速度較垂直入滲快。(亦有可能如你所說,有植物根系的部分土壤有孔穴或較為疏鬆,透水性較高,或形成綿密的透水通道網路)水會選擇「容易走的路」。若然,則就是形成幾乎平行於坡面的滲流。簡單的無限邊坡分析,有平行於坡面滲流時,邊坡穩定安全係數是沒有滲流時的一半。土壤原本因非飽和時毛細力造成的apparent cohesion也因為雨水入滲土壤飽和度提高甚至於接近飽和而消失。那就真的是Cohesionless soil無限邊坡分析模型的狀態了。」

我:「依據現場的調查,該處表層土壤為風化的花崗岩,基岩則為透水性較低的花崗岩(日本這種地質還蠻普遍的),所以水平方向的滲流速度有可能比垂直方向快。單老師用無限邊坡具平行滲流的分析方法解釋,簡單易懂,受教了~~ 」

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