13林業研究季刊 40(1)：13-30, 2018

研究報告

以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷

黃雅莉1　陳朝圳

2*

【摘要】旗山、荖濃溪事業區屬高屏溪上游集水區之國有林班地，其為2009年莫拉克颱風重創之地

區，林地崩塌災害嚴重，而崩塌災害前後之植生覆蓋變遷為集水區治理的重要工作。遙測衛星影

像具有固定時間、大範圍取得地面資料之能力，可監測崩塌地分布情況及植生復育狀態。本研究以

2000年-2015年Landsat 7衛星影像作為研究材料，利用地理資訊系統 (Geographic Information Systems, GIS)，以人工數化取得各年度崩塌地圖層，並將崩塌地分類成維持不變型、植生恢復型、新增型及

擴崩型，分析歷年各類型崩塌地之分布與植生自然恢復狀況，並藉地景指標探討高屏溪流域上游集

水區崩塌地景結構之變異。由崩塌地之地景變遷分析可知，維持不變型崩塌地屬於破碎化地景，且

地質結構不穩定，造成風災害後發生更多的擴崩地；新增型崩塌地主要受莫拉克颱風侵襲而生成，

原因在於集中且強度降雨，使得地表土壤無法承受外來的重力，產生崩塌；植生恢復型在各年度恢

復情形雖然良好，但恢復面積遠不及新崩塌面積。整體而言，高屏溪流域之崩塌地，隨時間的演變

更趨分散與破碎，致使高屏溪流域之森林地景結構受到嚴重破壞。

【關鍵詞】崩塌地、地景變遷、常態化差異植生指標、植生恢復

Research paper

Time series change of landslide based on landscape metrics in Kaoping river basin

Ya-Li Huang1　Chaur-Tzuhn Chen2*

【Abstract】Chishan and Lennon river working circle located on the national forest land in the Kaoping river basin was landslide greatly damaged by 2009 Morakot typhoon and to understand the land cover change of landslide before and after typhoon were important tasks of watershed management. However, satellite images enable the monitoring of wide range distribution of landslides. This study acquires the remote sensing images of Landsat 7 from the year 2000-2015 as materials. By digitizing spatial distribution and evolution of landslide via Geographic Information Systems (GIS) that could be divided into four types, namely are unchanged, recovery, appending and expanding. By utilization of landscape metrics to analyze

1. 國立屏東科技大學生物資源研究所博士候選人。Doctoral Candidate, Graduate Institute of Bioresources, National Pingtung University of Science and Technology.

2. 國立屏東科技大學森林系教授。Professor, Department of Forestry, National Pingtung University of Science and Technology.

* 通訊作者，91201屏東縣內埔鄉學府路1號 森林系。Corresponding author. 1, Shuefu Road, Neipu, Pingtung 91201, Taiwan. Email: cct@mail.npust.edu.tw.

14 以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷

一、前言臺灣地形山高地陡，地質構造脆弱，再加

上颱風與地震的干擾，每當強降雨時常造成嚴

重的土砂災害，而威脅人民的生命財產安全，

土砂災害發生後其崩塌地如何藉由植生復育，

減低二次災害之發生，為崩塌地處理的重要課

題。由IPCC (2007) 評估報告指出，全球氣候

暖化所產生地氣候異常，已造成自然環境的衝

擊。2009年莫拉克颱因強降雨與連續降雨，引

發嚴重的土砂災害，造成全臺灣總計有新生崩

塌地達21,960處，總面積28,936 ha，而崩塌主

要集中在累積雨量超過800 mm的臺灣南部地

區 (謝正倫等 2010)。近年來有關崩塌地空間

資訊之掌握，以遙測 (Remote Sensing, RS) 影像進行崩塌地判釋，可即時掌握崩塌地空間位

置，而地理資訊系統 (Geographic Information Systems, GIS) 則為分析崩塌地特性、環境脆

弱性、評估潛在崩塌地及崩塌地復育需求判

定等之 佳分析工具 (Lee 2005; Scaioni 2013; Casagli et al. 2016; 蔡光榮等 2010；陳桂嘉等 2010；林昭遠等 2016)。崩塌地之環境特性，

其可結合誘發土砂災害因子，利用不安定指數

法 (The Dangerous-Value Method, DVM)，計算

各環境因子間之權重，並可利用迴歸分析，推

估崩塌地的潛在危害區域與脆弱性，並藉由風

險測繪與建模，可區分土砂災害危險保護之需

要程度 (吳俊鋐&陳樹群 2004；Di et al. 2008；

謝依達等 2014)。地景生態學 (Landscape Ecology) 可用於

研究地景單元的類型組成、空間配置及其與

生態過程之相互作用，強調空間格局 (Spatial Pattern)、生態學過程 (Ecological Process) 與尺

度 (Scale) 之間的相互作用，是地景生態學研

究的核心，地景結構 (Landscape Structure)、功能 (Function) 及變遷 (Change) 之間是相互依

賴、相互作用，地景結構和功能必然隨著時間

發生改變，而地景變遷反映了許多自然與人

為、生物與非生物的因素及其作用的綜合影

響 (Turner 1989; Pickett & Cadenasso 1995；鄔

建國 2003)。以臺灣目前之天然林禁伐的政策

下，林地地景變遷之主要影響因素來自於崩塌

地的產生，而不同時序之崩塌地產生，將會改

變地景的結構與功能 (Lin et al. 2005)。地景指

標 (Landscape Metrics) 係利用嵌塊體數目、平

均嵌塊體面積、地景面積、平均形狀指數、

大嵌塊指數、碎形維度及多樣性指數等各

指數計算量化地景結構，並將嵌塊體數目與

平均嵌塊體面積合併計算，可提供地景破碎

化 (Landscape Fragmentation) 的解釋，及探討

地景空間動態與人為或天然干擾的影響 (Jomaa et al. 2008)；地景破碎化係指生態系統被切割

成為小區塊，包含：嵌塊體數目的增加、嵌塊

體平均大小的減少、邊緣總量的增加等三個

特徵，而造成原有生態功能喪失、生物多樣

the distribution of landslide vegetation recovery over the years, the results of landscape metrics showed that the unchanged-type tend to be fragmented and geologically unstable, which leads to frequent natural disasters and caused the existing landslide area to expand. The appending-type was mostly triggered by the Morakot typhoon, because heavy rainfalls falling on the ground surface, makes surface objects unable to stand fi rmly. The recovery-type recovers gradually; however, the area of landslide formation is signifi cantly faster than the area of recovery. Overall, the landslides of Kaoping basin are scattered and fragmented over time, which leads to heavily damaged forest landscape structure in Kaoping basin.【Key words】Landslide; Landscape Change; Normalized Difference Vegetation Index (NDVI); Vegetation Restoration.

15林業研究季刊 40(1)：13-30, 2018

性降低、族群數量減少、物種滅絕機率升高

等 (Rutledge 2003)，而崩塌地景空間分布參數

及碎形維度，被證明與傳統地形因子具有關聯

性，其中碎形維度因子對於崩塌密度、位置分

布，及崩塌規模大小之影響，顯著高於傳統因

子 (陳盈赬 2007)，而林地崩塌牽涉森林地景之

佈局，包括地景結構、地景變遷以及森林生態

之干擾效應等 (吳治達&鄭祈全 2005)。利用GIS可提供空間分析及展示功能，配

合地景指數的量化，可測定生態系不同的土地

覆蓋類型之嵌塊體大小、形狀、類別及分佈等

空間資訊，可表現嵌塊體空間異質性的動態變

化 (Steiniger & Hay 2009)。在地景變遷分析方

面，其特性通常可分兩個層面進行探討，一為

地景變遷面積的預測，另一為地景變遷的生態

功能分析。地景變遷面積預測係根據地景過去

之變遷情形，建構模式預測未來各類地景要素

可能的面積大小；而地景變遷的生態功能分

析，則可藉由不同時期的地景嵌塊體的空間布

局，探討其與某一特殊性生態功能消長的關聯

性 (Richard & Forman 1995)。Lausch & Herzog (2002) 整合近代許多學者之研究，歸納出各類

地景指標之使用狀態，其中使用率 高為邊緣

及形狀指標與地景多樣性指標；其次為嵌塊體

數目及面積指標；而地景空間排列指標為使用

率 少之地景指標。透過地景指標可瞭解集水

區內，地景結構之組成及變遷情形，崩塌地之

發生將會改變集水區內地景結構組成，而使地

景結構及空間配置產生變化。本研究目的藉由

多時期衛星影像，建立崩塌地變遷情況，並建

立四種崩塌地類型之時空變異；結合地景生態

學之地景結構與變遷的量化分析，並融合生態

的觀點，探討高屏溪流域不同崩塌類型地景干

擾程度之時空變化。

二、材料與方法(一) 研究區概況

本研究以高屏溪流域上游集水區為範圍如

圖1，分屬荖濃溪與旗山溪流域，皆為高屏溪

流域上游河段。旗山溪源於玉山山脈塔塔加鞍

部，流經高雄市那瑪夏區、甲仙區、杉林區、

旗山區等；荖濃溪則經高雄市之桃源區、茂林

區、六龜區，以及屏東縣里港鄉、高樹鄉。高

雄市因地形關係，氣候類型變化大，沿海平原

及中海拔丘嶺區，屬熱帶型氣候，高山地區則

屬溫帶型氣候，氣溫由西南沖積平原向東北山

區遞減，形成垂直氣候帶；每年6月至7月氣溫

較高約28℃，1月至2月較低，年平均溫度則約

23℃，高山地區年平均溫度則只有12℃，氣候

宜人。以全市而言，氣溫以6到7月 高，12到1月 低，全年均溫在25℃左右。降雨量主要

受到季風及地形支配，一般而言冬季為乾季，

夏季則因西南氣流旺盛，易生大雨，故4到9月為雨季。以地形而言，高山地區降雨量多於平

地，依據中央去象局提供之高雄市降雨資料統

計，全市平均月降雨量在152.68 mm左右，而

年平均降雨量為1,832.01 mm (交通部中央氣象

局 2018)。(二) 崩塌地圖層取得

本研究以2000年、2003年、2006年、2009年、2012年與2015年之Landsat 7衛星影像作為

研究材料，藉由GIS螢幕數化方式，取得各年

度崩塌地資料。Landsat 7衛星影像之感測器可

接收多波段衛星資料，其中包含紅光波段與近

紅外光波段，因植物體有吸收藍光、紅光及強

烈反射紅外光之特性，所以具有植生覆蓋的地

表在衛星影像之光譜假色上會呈現紅色，能提

高崩塌地位置與植生恢復情況之判釋精度。

Landsat 7衛星影像相關參數如表1所示，為提

高崩塌地數化之準確度，本研究採用林務局農

林航空測量所拍攝1/5,000之彩色正射影像，作

為判釋崩塌地位置及範圍之檢核。

(三) 研究方法

本研究應用GIS技術，繪製各年度崩塌地

空間分布圖，掌握各年度崩塌類型分布狀況，

再結合地景生態角度之地景指數，探討高屏溪

流域上游集水區崩塌類型與地景結構變遷分布

之關係，藉此瞭解崩塌類型地景結構變遷，是

16 以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷

否會造成地景破碎化，而影響植生恢復。

1. 崩塌地之變遷分析

崩塌地依據植生覆蓋狀態，可分類為新增

崩塌地、維持不變崩塌地與植生恢復地三種類

型 (陳桂嘉等 2010)，前人研究將新生成崩塌地

與維持不變崩塌衍生之擴大崩塌地歸為一類，

本研究為了解維持不變崩塌地與擴大崩塌地間

之關係，以各時期崩塌地圖層，進行交集、聯

集及差集等空間套疊分析 (Overlay Analysis)，

將崩塌地分類為新增型、擴崩型、維持不變

型，以及植生恢復型等共四大類如表2，並以

表2之崩塌地類型建立不同時期之崩塌地地理

資料圖層。

2. 應用地景指標探討崩塌地變遷

地景指標 (Landscape Metrics) 可用來瞭解

研究區域內地景結構之組成及地景變遷情形，

依據地景指數功能之不同，可以分為四大類包

括一般指標、形狀指標、聚集連接度指標、

圖1. 研究區位置圖。

Figure 1. Location of study area.

表1. 本研究衛星影像相關參數。

Table 1. The parameters of satellite imagery.

年份 衛星影像種類 接收時間 (GMT) 太陽方位角 太陽高度角

2000年

Landsat 7

2000/09/27 02:11 134.06 56.19

2003年 2003/05/31 02:09 87.99 66.23

2006年 2006/09/28 02:10 133.92 55.80

2009年 2009/08/19 02:11 135.45 46.66

2012年 2012/09/12 02:16 126.33 60.31

2015年 2015/08/20 02:20 110.30 64.64

17林業研究季刊 40(1)：13-30, 2018

多樣性指標等 (Lausch and Herzog 2002)。崩塌

地之發生將會改變研究區域內地景結構組成，

而使地景結構及空間配置產生變化。因此，

本研究將崩塌類型視為地景之嵌塊體，利用

Fragstats 軟體 (McGarigal et al. 2002) 選定一般

指標、形狀指標與聚集連接度指標，進行5個不同時期崩塌地之地景指數運算，以地景指標

探討研究區不同時期之地景結構。地景指標計

算方式分述如表3。

三、結果與討論(一) 高屏溪流域2000年至2015年間之崩塌面積

變化

本研究利用Landsat 7之衛星影像，以高屏

溪上游集水區為範圍，利用人工判釋方式，進

行崩塌地數化，建立崩塌地之地理資料圖層，

研究區各不同時期之崩塌地嵌塊體數量與面積

變化如表4及圖2。由表4可知研究區之崩塌地面積由2000年

的536.12 ha 至2003年降低為507.65 ha，顯示研

究區有部分崩塌地已恢復植生覆蓋；但從崩塌

地數量之統計顯示，2000年至2003年則從272處增加為299處，顯示該期間仍然有新的崩塌

地產生。2003年至2006年間因於2005年之海棠

颱風的入侵，其總降雨量達1,254 mm，造成研

究區之新崩塌地數量上升為904處，崩塌面積

達1,529.82 ha。而2009年8月莫拉克颱風侵襲臺

灣中南部與東部地區，其降雨量達2,901 mm、

大24小時降雨強度達1,282.5 mm，其降雨量

及降雨強度，造成研究區之崩塌地數量高達

4,046處，總崩塌面積達8,984.44 ha。至2012年與2015年統計結果顯示，崩塌地之植生逐漸復

育，其崩塌數量與面積統計呈現逐年微幅遞減

趨勢，2012年崩塌地數量減為3,641處，崩塌

面積為5,384.73 ha，2015年崩塌地數量雖然又

擴增為4,838處，但崩塌面積則縮減為4,470.48 ha。整體而言高屏溪上游集水區從2000年到

2015年這15年間，崩塌地之產生主要受到兩場

強烈颱風極端降雨的影響，而當崩塌地產生

後，會因為部分崩塌地的植生自然恢復，造成

崩塌比降低但崩塌地嵌塊體數量則呈現增加之

趨勢。

為探討崩塌發生之特性，利用2000年至

2015年間各不同時期之崩塌地資料圖層，以

Arc GIS軟體之空間分析工具，將崩塌地區分

為新增崩塌地、擴崩地、維持不變崩塌地、植

生恢復等四種類型，統計各類型崩塌地之面積

及其在研究區總面積下所佔之比例，如表5及圖3所示。

由表5可知莫拉克風災造成研究區域崩塌

面積達 8,984.44 ha，崩塌比高達8.81%，其中

2009-2012年間維持不變崩塌地的面積 高為 4,100.79 ha，顯示在莫拉克風災所發生後的3年期間，在受到降雨與颱風季節干擾下，導致

部分崩塌地無法穩定。新增型崩塌比以2006-2009間 高，其面積高達5020.16 ha，崩塌比

為4.92%，為莫拉克風災前 (2003-2006間) 的8.2倍；在2000-2003年間新增崩塌面積僅87.58 ha，然而2003-2006年間新增崩塌面積提高為

612.02 ha；2006-2009期間生成新增型崩塌面

積，主要是受到莫拉克颱風所挾帶之西南氣

流，造成高屏溪流域劇烈干擾，該場颱風路徑

雖由花蓮往西北方向移動 (圖4)，莫拉克颱風

滯留本島時間拉長，爾後所引進之西南氣流，

造成降雨集中於中南部山麓 (葉天降等 2010；

表2. 本研究之崩塌地類型定義。

Table 2. The definition of landslide category in this study.

崩塌地類型 定義

新增型 I1=A，且I2>A

擴崩型 I1>A，I1≠I2且 (I2-I1) >A

維持不變型 I1=I2

植生恢復型 I1>A，I1≠I2且 (I1-I2) >A

註：I1: 前期該崩塌地之面積；I2: 後期該崩塌地之面積；A: 崩塌地判釋之 小面積約0.1 ha

18 以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷表

3. 地

景指

標公

式 (M

cGar

igal

et a

l. 20

02) 。

Tabl

e 3.

The

form

ula

of la

ndsc

ape

inde

x (M

cGar

igal

et a

l. 20

02).

指標名稱

公式

備註

一 般 性 指 標

嵌塊體數量

(Num

ber o

f Patc

hes,

NP)

NP＝

n iNP

≧1 ；

n i＝類

型i 中

所有

嵌塊

體數量

。

嵌塊體密度

(Patc

hine

ss D

ensit

y, PD

)PD

＝n i A

×10

,000

×10

0PD

>0，嵌塊密度係計算每

100

ha之單位面積上的嵌塊體總數量。

n i＝類

型i 中

所有

嵌塊

體數

量；

A ＝總

地景

面積

。

大嵌塊體指數

(Lar

gest

Patch

inde

x, L

PI)

LPI ＝

A

am

ax1

jn

ij×

100

0 ＜LP

I ＜10

0 ；單

位：

%。

a ij＝

類型

i 中第

j 個嵌

塊體

之面

積；

max

(aij) ＝

類型

i 中大

j 嵌塊

體之

面積

；A ＝

總地

景面

積。

平均嵌塊體大小

Mea

n Pa

tch S

ize (M

PS)

MPS

＝A N

×1

1000

0M

PS>0

；單

位：

m /h

a 。A ：

嵌塊

體面

積；

N ：嵌

塊體

數量

。

形 狀 指 標

邊緣總長度

(Tot

al Ed

ge, T

E)TE

＝E

TE>0

；單

位：

m。

E ：地

景內

嵌塊

體邊

緣總

長度

。

邊緣密度

(Edg

e Den

sity,

ED)

ED＝

E/A

(100

00)

ED>0

；單

位：

m/ h

a 。E ：

地景

內嵌

塊體

邊緣

總長

度；

A：

地景

總面

積。

面積加權平均形狀

指標

(Are

a-we

ight

ed M

ean

Shap

e Ind

ex,

SHAP

E_AM

)SH

APE_

AM＝

SH

APE_

AM≧

1 。p ij：

某一

類嵌

塊體

周長

；a ij：

某一

類嵌

塊體

面積

。

面積加權平均嵌塊

體碎

形維

度(A

rea-

weig

hted

Mea

n Pa

tch F

racta

l Di

men

sion I

ndex

, FRA

C_AM

)FR

AC_A

M＝

1 ≧

FRA

C_A

M≧

2 。p ij：

某一

類嵌

塊體

周長

；a ij：

某一

類嵌

塊體

面積

。

地景形狀指標

(Lan

dsca

pe S

hape

Inde

x, L

SI)

LSI ＝

e im

in e i

LSI≥

1 ，無

上限

。地

景由

唯一

嵌塊

體組

成或

同類

型嵌

塊體

極度

緊密

時，

值為

1 ；當

同類

型嵌

塊體

變得較

分散

，值

漸增

。e i＝

在一給定的嵌塊體數目下，類型

i 嵌塊體的總邊緣長度。

min

e i＝在

一給

定嵌

塊體

數下

，類

型i 嵌

塊體

的小

總邊

緣長

度。

聚 集 連 接 度 指 標

面積加權平均旋轉

半徑

(Are

a-w

eigh

ted

Mea

n Ra

dius

of

Gyra

tion,

GYR

ATE_

AM)

GYRA

TE_A

M＝

GY

RATE

_AM≥0

，無

上限

。h ij

r：i 類

嵌塊

體中

，第

j 個嵌

塊體

內之

網格

單元

r 到嵌

塊體

中心

點距

離

(m) ；z ：

i 類嵌

塊體

中，

依第

j 個的

網格

單元

數量

。

聚集指標

(Agg

rega

tion

Inde

x, A

I)AI

＝

0≤AI≤1

00g ii＝

i 類型

嵌塊

體與

同類

嵌塊

體毗

鄰的

網格

數，

依據

singl

e-co

unt 方

法。

m

ax→g ii＝

i 類型

嵌塊

體的

大同

類毗

鄰網

格數

，依

singl

e-co

unt 方

法。

平均

鄰近距離指

標(M

ean

Eucli

dean

Nea

rest

Neig

hbor

Di

stanc

e, EN

N_M

N)EN

N_M

N ＝hij ＝

同類

嵌塊

體邊

緣之

短距

離。

19林業研究季刊 40(1)：13-30, 2018

表4. 高屏溪上游集水區2000-2015年之崩塌分布面積與比例。

Table 4. The area and ratio of landslide distribution during year 2000 to 2015 on upstream of Kaoping basin.

研究區域面積 (ha) 日期 崩塌地嵌塊體數量 崩塌面積 (ha) 崩塌比 (%)

102,028.08

2000 272 536.12 0.53

2003 299 507.61 0.50

2006 904 1,529.82 1.50

2009 4,046 8,984.44 8.81

2012 3,641 5,384.73 5.28

2015 4,838 4,470.48 4.38

圖2. 不同年度之崩塌地分布圖。

Figure 2. The distribution map of landslides in different years.

20 以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷

陳聰文等 2013)，該降雨量高達 4,355.59 mm，

造成大規模崩塌地的產生。2009-2012年間植

生恢復面積高達 4,883.77 ha，為各年度間植生

恢復比例 高；2012-2015年間植生恢復面積

為 1,941.89 ha，由此可知，受2005年海棠颱風

與2009年莫拉克颱風干擾下，儘管生成大量崩

塌地，在不受人為干擾或天然災害影響下，部

分崩塌地可自行逐漸恢復植生。而擴崩型崩塌

地則是原為崩塌地受到災害干擾後，促使崩塌

地邊緣的侵蝕，而造成崩塌地擴崩現象；擴崩

表5. 不同年度間各崩塌類型之面積及比例。

Table 5. The area and ratio of landslide category in different years.

年度維持不變型 植生恢復型 新增型 擴崩型

面積 (ha) 比例 (%) 面積 (ha) 比例 (%) 面積 (ha) 比例 (%) 面積 (ha) 比例 (%)

2000-2003 273.83 0.27 260.67 0.26 87.58 0.09 146.20 0.14

2003-2006 373.61 0.37 133.96 0.13 612.02 0.60 544.19 0.53

2006-2009 689.85 0.68 555.12 0.54 5020.16 4.92 3274.43 3.21

2009-2012 4100.79 4.02 4883.77 4.79 364.62 0.36 919.32 0.90

2012-2015 3442.84 3.37 1941.89 1.90 189.2 0.19 838.44 0.82

圖3. 不同年度間崩塌類型之比例變化趨勢。

Figure 3. The ratio trends of landslide category in different years.

21林業研究季刊 40(1)：13-30, 2018

型崩塌地以2006-2009年度間之崩塌比例 高

為3.21%，面積為3,274.43 ha，主要因為前期維

持不變型崩塌地，因無植生覆蓋造成強降雨侵

襲時，無法抵擋強降雨的沖刷形成原崩塌地的

擴大。

(二) 高屏溪上游集水區各年度不同崩塌類型之

地景結構變化

為瞭解崩塌地對地景格局變動之影響，本

研究運用地景嵌塊體之概念，將崩塌地視為地

景中之基質，藉由Fragstats 4.2地景軟體，進行

地景指標之運算。各地景指標所包含的生態意

義有不相同，本研究挑選一般指標、形狀指標

與聚集連接度指標，分析高屏溪流域之旗山與

荖濃溪事業區，在2000-2015年中各崩塌類型

之地景指標變遷情況，其地景指標分析結果如

表6，並分述如下。

1. 一般指標

地景生態學中之一般指標藉由嵌塊體的

數量、面積、周長及相互空間關係指標檢視地

景結構，例如嵌塊體數量會影響植群在空間上

的擴張，進而影響生態過程。以景觀格局角

度而言，嵌塊體越破碎，空間異質性會相對增

加 (Turner 1989, Picken and Cadenusso 1995)。一般指標包含嵌塊體數 (NP)、嵌塊體密度 (PD)、 大嵌塊體指數 (LPI) 及平均嵌塊體大

小 (MPS) 四種指標 (McGarigal et al. 2002)，其

中嵌塊體數 (NP) 及嵌塊體密度 (PD) 代表地景

之嵌塊體組成及數量，同一地景中嵌塊體數量

越多及密度越高，即表示此地景越破碎，導致

物種族群間相互作用減少，故此指標可反應集

水區地景組成情形，相同地區內若NP及PD越

高，表示其地景組成更為複雜； 大嵌塊體指

數 (LPI) 代表某一地景中是否有大嵌塊體，當

指數越低表示此地景的嵌塊體越小，大嵌塊體

減少，亦即地景越呈現破碎化；平均嵌塊體大

小 (MPS) 代表地景中平均嵌塊體大小，會影響

單位面積生物量、生產力及物種組成，因此嵌

塊體面積越小，邊緣效應及破碎化效應即愈顯

圖4. 莫拉克颱風路徑與單日累積降雨空間分布 (中央氣象局，2018)。Figure 4. The tracks of typhoon Morakot and the accumulate distribution of rainfall in one day (Central

weather bureau, 2018).

22 以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷表

6. 高

屏溪

流域

不同

年度

崩塌

類型

地景

指標

之變化。

Tabl

e 6.

The

var

iety

of l

ands

cape

met

rics i

n la

ndsl

ide

cate

gory

of d

iffer

ent y

ears

.

崩塌

類型

年份

一般

指標

形狀

指標

聚集

連接

度指

標

NPPD

LPI

MPS

TEED

LSI

SHAP

E_AM

FRAC

_AM

GYRA

TE_A

MEN

N_M

NAI

維 持 不 變 型

2000

-200

319

124

.791

05.

7993

1.43

3592

,000

119.

4123

17.0

602

2.17

791.

1284

214.

0945

450.

1346

80.2

869

2003

-200

624

914

.967

93.

3374

1.50

1212

4,50

074

.839

520

.706

22.

3161

1.13

3819

9.38

5042

6.01

0279

.330

7

2006

-200

988

28.

9749

0.76

560.

7826

305,

100

31.0

460

37.4

753

2.65

821.

1541

216.

3820

187.

3426

71.9

921

2009

-201

23,

707

36.0

783

2.40

941.

1059

1,56

0,18

015

1.84

4184

.165

42.

7697

1.16

6520

2.81

1610

0.54

6373

.910

5

2012

-201

54,

042

63.11

213.

5694

0.85

081,

110,

980

173.

4692

84.7

138

2.83

231.

1696

191.

7257

98.1

714

71.3

250

植 生 恢 復 型

2000

-200

343

656

.591

01.

2928

0.60

0054

,320

70.5

052

28.0

185

1.65

581.

1072

63.3

522

305.

0106

66.11

70

2003

-200

645

327

.230

80.

7021

0.29

6741

,620

25.0

186

24.6

379

1.65

691.

1030

63.1

684

319.

6086

58.4

797

2006

-200

91,

704

17.3

393

0.56

980.

4953

132,

520

13.4

848

48.2

612

2.34

511.

1488

163.

3807

136.

4034

67.1

852

2009

-201

211

,689

113.

7629

1.04

410.

4184

1,32

8,82

012

9.32

7115

2.36

002.

6978

1.17

3811

8.26

2456

.798

456

.547

8

2012

-201

59,

533

148.

8489

0.21

980.

2034

763,

060

119.

1447

125.

2540

2.00

691.

1383

55.5

162

71.2

813

43.2

113

新 增 型

2000

-200

312

916

.743

71.

3758

0.67

9120

0.02

6013

.893

61.

4740

1.08

1361

.122

911

24.5

515

71.7

219

2003

-200

61,

052

63.2

379

3.64

280.

5779

180

0.10

8240

.846

22.

5464

1.15

2820

3.20

3520

0.53

6867

.359

8

2006

-200

94,

334

44.1

014

1.63

791.

1580

2,02

00.

2055

94.4

542

2.63

401.

1643

181.

6007

84.0

815

73.5

215

2009

-201

288

18.

5743

0.15

840.

4128

660

0.06

4240

.052

41.

9071

1.12

8869

.355

130

4.63

1958

.545

0

2012

-201

51,

272

19.8

611

0.05

310.

1476

1,02

00.

1593

40.9

275

1.34

531.

0783

27.4

597

271.

4731

40.4

196

擴 崩 型

2000

-200

333

142

.962

51.

1370

0.44

5446

,700

60.6

147

24.3

934

1.82

251.

1227

72.7

216

233.

5234

60.6

345

2003

-200

670

442

.318

92.

4983

0.77

7591

,940

55.2

670

37.3

077

2.86

211.

1785

204.

0298

85.2

087

68.6

887

2006

-200

91,

419

14.4

393

1.69

362.

3073

225,

960

22.9

930

54.7

435

3.25

721.

1856

326.

4014

77.0

089

81.1

228

2009

-201

24,

818

46.8

911

0.32

270.

1912

397,

820

38.7

177

79.4

836

2.00

141.

1277

75.3

155

100.

5029

47.8

469

2012

-201

56,

552

102.

3034

0.14

610.

1281

470,

500

73.4

642

94.8

069

1.68

961.

1100

42.6

113

82.3

565

34.7

000

23林業研究季刊 40(1)：13-30, 2018

著 (Rutledge 2003)。由表6中得知，維持不變型嵌塊體數量

(NP) 由2000年至2015年逐年升高，但因平均嵌

塊體大小 (MPS) 卻在2006-2009年、2012-2015年間轉變為較小 (圖5)、嵌塊體密度 (PD) 於2009-2015年皆呈現越來越密集的趨勢，主要

原因為莫拉克 (2009年)、凡那比 (2010年)、潭

美 (2013年) 等颱風陸續侵襲，代表維持不變

型崩塌地，呈現逐年擴大且破碎化，蔡尚悳等 (2015) 於高屏溪流域植生復育研究中發現，維

持不變型的崩塌地因地景破碎，再加上地質結

構脆弱，容易產生擴崩型崩塌地，以旗山事業

區66林班 (追11號) 為例其原屬維持不變型崩塌

地，因2012年的雨季影響而轉變為擴崩型，在

此說明為維持不變型崩塌地，因地形陡峭土壤

基質流失植生復育不易的特性。

圖5. 不同年度崩塌類型之嵌塊體數量 (NP) 與平均嵌塊體大小 (MPS) 變化。

Figure 5. The variety of NP and MPS index on landslide categories in different years.

植生恢復型地景之NP同樣也逐年增高，

尤其在2006-2009年、2009-2012年植生恢復

型NP，由1,704增加至11,699塊，而2012-2015年植生恢復型NP也高達9,533塊，植生恢復型

PD也由2009-2015年逐漸增加。圖5顯示植生

恢復型NP與MPS兩數值之趨勢呈現反比，表

示2009年莫拉克颱風，造成高屏溪上游地區

近9,000 ha之崩塌地，各年度間持續有植生恢

復，顯示高屏溪上游在大型擾動事件下，部分

崩塌地仍有高度的承受能力，植生復原情況良

好，此種情況同樣發生於旗山溪集水區及南化

水庫集水區之崩塌地調查 (林于筌等 2012；田

雨晴等 2015)。新增型崩塌地在2006-2009年之NP為4,334

塊，為2000-2003年嵌塊體數量的33倍之多 (表6)，相較2006-2009年之其他三種類型嵌塊體

數量高出許多，且該年度新增型PD為44.10，顯示莫拉克風災生成之崩塌地，多數皆為新增

24 以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷

型崩塌地且分布破碎，其與陳家平 (2013) 針對全臺高淤積率水庫集水區之崩塌地調查具有

相同的分布特性；另外2003-2006年新增型NP雖然僅有1,052塊，但PD高達63.23，主要原因

在於敏督利 (2004年) 與海棠 (2005年) 颱風所

造成，顯示颱風干擾為造成新崩塌地之主因。

而 大嵌塊體指數 (LPI)、平均嵌塊體大小 (MPS)、嵌塊體密度 (PD) 三者數值，在莫拉克

颱風後，皆呈現下降趨勢，表示在莫拉克颱風

後，新增型崩塌面積較小且分散，顯示連續性

的颱風干擾，會造成廣大分散的小面積新崩塌

地的形成。

擴崩型崩塌地是由前期崩塌地受強降雨的

干擾，使原崩塌地的邊緣區域因基腳的崩壞，

而造成崩塌地範圍的擴張。擴崩型崩塌地之嵌

塊體NP由2000年至2015年逐年增高，代表崩

塌面積與數量持續增加，其在2009-2012年、

2012-2015年NP數量分別高達4,818及6,552處，

嵌塊體密度分別為46.89及102.30，由圖5得知

MPS數值趨勢與NP呈反比，表示逐年有許多

小型擴崩地生成，其結果顯示在2009年莫拉克

颱風所生成之崩塌地，有相當數量係由既有崩

塌地 (維持不變型) 的不斷擴張，且持續性的發

生於災後的數年之間。

2. 形狀指標

形狀指標為表示嵌塊體在地景上的形狀以

及複雜程度，例如嵌塊體邊緣長度 (TE)、地景

形狀指數 (LSI) 等，皆可反映嵌塊體分割程度

或各嵌塊體間之接觸關係 (Lausch and Herzog 2002)。探討崩塌地地景變遷時，不同類型嵌塊

體之形狀指標所代表意涵大不相同，例如擴崩

型嵌塊體形狀越不規則，對周邊非崩塌區域影

響甚大；而對植生恢復型嵌塊體來說，形狀越

不規則越有利增加與鄰近崩塌地接觸的機會，

有助於崩塌復育情況 (田雨晴等 2015)。形狀

指標包含邊緣總長度 (TE)、邊緣密度 (ED)、地景形狀指標 (LSI)、面積加權平均形狀指標 (SHAPE_AM) 以及面積加權平均嵌塊體碎形

維度 (FRAC_AM)，邊緣總長度 (TE) 或邊緣密

度 (ED) 可代表嵌塊體能量或物質之變化或交

換，邊緣長度越長，則代表嵌塊體越破碎，嵌

塊體形狀及大小常以圓形及長形說明區塊的生

態作用，主要區別在於內 (內部)-緣 (邊緣) 比例差別，當圓形嵌塊體如邊緣區寬度相同，則

嵌塊體越小，邊緣所佔比例越大，內部比例越

小，即有可能整個嵌塊體都是邊緣部份，地

景形狀指標 (LSI) 表示地景是由唯一嵌塊體組

成或同類型嵌塊體極度緊密時，其數值為1，若LSI數值逐漸增加表示同類型嵌塊體變的分

散，LSI 與邊緣總長度有關，嵌塊體破碎、穿

孔或邊緣消蝕皆會影響LSI數值，因此該指標

可表示嵌塊體之連續性及形狀之完整度，當面

積加權平均形狀指標 (SHAPE_AM) 等於1時，

表示嵌塊體形狀高度緊密，當嵌塊體變較不規

則時，其數值會逐漸增加。而面積加權平均區

塊碎形維度指標 (FRAC_AM) 數值分布界於1 ≦ FRAC ≦ 2間，當數值接近1時，表示地景是

由單一的圓形或正方形嵌塊體所組成，FRAC_AM值接近2時，則代表地景中嵌塊體形狀高度

扭曲且不規則 (McGarigal et al. 2002；葉春國等 2012)。SHAPE_AM與FRAC_AM兩數值用於描

述整個地景嵌塊體形狀的複雜程度 (Jomaa et al. 2008；吳坤真等 2013)。各類型嵌塊體於不同

年度之形狀指標數值如表6。維持不變型地景之邊緣總長度 (TE) 以

2009-2012年 大，為1,560,180，表示維持

不變型嵌塊體形狀較為複雜，TE與邊緣密度 (PD) 可代表嵌塊體間能量、物質和營養流之

變化，因此邊緣長度越長能量、物質和營養流

變動的也越大，可能受暴雨造成地表與坡面嚴

重沖刷 (周天穎等 2003)。LSI與TE趨勢相同，

本類型嵌塊體在2009-2012年、2012-2015年間

LSI數值，分別為84.16及84.71，較其他年間高

出許多，LSI數值逐漸增加，表示維持不變型

嵌塊體變為分散或破碎。面積加權平均形狀指

標 (SHAPE_AM) 與面積加權嵌塊體平均碎形

維度 (FRAC_AM) 於2000年至2015年雖呈現逐

年上升趨勢 (圖6)，但各年度間SHAPE_AM、

25林業研究季刊 40(1)：13-30, 2018

FRAC_AM變化差異不大，其嵌塊體FRAC_AM皆接近於1，顯示維持不變型崩塌地的嵌塊

體形狀較為完整。

植生恢復型之地景嵌塊體TE與ED，由

2000年至2012年有逐漸上升趨勢，尤其以

2009-2012年其TE數值高達1,328,820、ED數值

為129.32、LSI數值為152.36，表示本類型嵌塊

體形狀複雜且分散，植生恢復型嵌塊體所計算

之形狀指標數值意涵有別於其他崩塌類型之嵌

塊體，植生恢復型嵌塊體其形狀越趨複雜，則

可增加與鄰近生育地之接觸，有助於提升崩塌

地植生復育及演替機會 (田雨晴等 2015)。形

狀指標中SHAPE_AM與FRAC_AM，為影響

植生復育地形狀的主要因素，可顯示植生復育

地的植生恢復力，圖7中顯示植生復育嵌塊體

在2006-2009年以及2009-2012年，有明顯較高

的複雜形狀，其有助於未來自然植生復育的機

會。

新增型地景之嵌塊體在2006-2009年TE數值為2,020，皆高於其他年度之數值，儘管本

類型嵌塊體之TE數值遠低於其他三種類型嵌塊

體，但LSI數值達94.45，表示本類型嵌塊體非

常分散且破碎，本研究中新增型崩塌地為為前

期未發生任何土砂災害之區域，其中包含原本

植生覆蓋完整的區域，但因2009年莫拉克侵襲

導致生成5020.16 ha (表5) 的新增型崩塌，林美

聆 (2016) 曾針對坡地崩塌與致災降雨之關連分

析中，提出淺層崩塌發生之雨量門檻值與 大

降雨強度具有正相關。當降雨量累積超過600 mm以上時 (陳天健等 2004)、當日降雨量超過

年雨量之1/7或達300 mm時 (陳紫娥 2000)，崩塌發生趨勢則明顯增高。SHAPE_AM與

圖6. 不同年度崩塌類型之面積加權平均形狀指標 (SHAPE_AM) 與面積加權嵌塊體平均碎形維度指

標 (FRAC_AM) 之變化。

Figure 6. The variety of SHAPE_AM and FRAC_AM index on landslide categories in different years.

26 以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷

FRAC_AM在2006-2009年 高 (圖6)，根據蔡

尚悳等 (2015) 於旗山事業區第86、87林班復育

施業地發現，該處因坡度甚陡，經常因降雨後

土石滑動，僅部分撒播之草本植物存活於本類

型崩塌地邊緣，致使崩塌形狀越來越不規則，

也呈現較為破碎。

擴崩型地景嵌塊體之TE數值逐年上升趨

勢，以2012-2015年達到 高為470,500 (表6)，ED數值為73.46、LSI數值為94.80，前述提及

維持不變型嵌塊體之TE數值很高，可能受暴雨

造成地表與坡面嚴重沖刷，造成擴崩型嵌塊體

TE數值為四種崩塌類型中數值 大之因素。

SHAPE_AM與FRAC_AM在2006-2009年達到

高點 (圖6)，可表示擴崩型崩塌屬於形狀不規

則且零散，型態較為複雜，以旗山事業區35林班之施業地為例，該區位於河谷處，地形坡度

較陡，該處復育之植生常受降雨干擾而被沖刷

流走或被掩埋，植生復育成效不佳 (蔡尚悳等 2015)。3. 聚集連接度指標

聚集連接度指標為衡量各類型嵌塊體間之

空間距離以及聚集程度，聚集連接度指標包含

平均鄰近距離 (ENN_MN)、聚集指標 (AI) 以及面積加權平均旋轉半徑 (GYRATE_AM)，其

中平均 鄰近距離 (ENN_MN) 是某個特定距

離內，與同類型土地利用間 短距離的總和；

聚集指標 (AI) 數值則界於 0≦AI≦100 之間，

當數值為0時表示同類型嵌塊體 為分散，反

之，當同類嵌塊體越聚集或越緊密，其數值為

100；面積加權平均旋轉半徑指數 (GYRATE_AM) 衡量嵌塊體擴展性之方法，將嵌塊體面

積做均旋轉半徑指數加權，面積越大其加權值

也越大，則代表在地景功能中主要支配角色 (Lausch and Herzog 2002；林裕彬等 2004；李

元喩 2013)。維持不變型嵌塊體在聚集指標 (AI) 和面

積加權平均旋轉半徑 (GYRATE_AM) 數值，在

各年度間沒有明顯變化趨勢，唯有平均 鄰近

距離 (ENN_MN) 之數值逐年遞減，顯示過去

2000-2003年時維持不變型嵌塊體平均距離大

約為450 m (圖7)，對比2012-2015年ENN_MN數值為98 m，主要因素為歷年整體崩塌地數量

與面積不斷上升 (表5)，造成本類型嵌塊體距

離越來越近。

植生恢復型嵌塊體之AI數值，於各年度

皆無明顯起伏趨勢，而從ENN_MN數值顯示

本類型嵌塊體平均距離由305 m (2000-2003年) 降至56 m (2009-2012年)，代表著因受莫拉克

颱風造成之崩塌地，在隔一年度後有逐漸恢

復且恢復區域鄰近且集中，以2009-2012年之

GYRATE_AM數值可知，本類型嵌塊體具有

連接性與延展性，可提供地景上的連接功能 (McGarigal et al. 2002)，有助於植生恢復型嵌

塊體之擴張。

在形狀指標中提及新增型嵌塊體非常破

碎且分散，整體ENN_MN數值在其他三種類

型中 高，其中以2000-2003年之平均鄰近距

離1,124.55 m為 高 (圖7)；而AI數值整體趨勢

為逐年遞減，表示本類型嵌塊體聚集程度不

高。GYRATE_AM數值以2003-2006年、2006-2009年具備延展性，2012-2015年則降到 低

27.45，表示該年度連接性甚低。

擴崩區嵌塊體之AI數值以2006-2009年高 (表6) 為四種類型中之 高者，表示 為集

中；ENN_MN數值也以2006-2009年 低，平均

距離為77 m，因為本類型嵌塊體是維持不變型

嵌塊體所擴張之區域，因此該年度聚集度、鄰

近距離皆會較新增型與維持不變型來得集中。

GYRATE_AM數值在2006-2009年明顯高於其他

年度，顯示受莫拉克颱風侵擾造成的擴崩型嵌

塊體延展性高，在型態上偏向長條帶狀。

地景指標分析中一般指標、形狀指標與聚

集連接度指標，分別表達嵌塊體數量、密度等

相互空間關係、塊體形狀與複雜程度、嵌塊體

間之空間距離以及聚集程度。綜合上述分析，

維持不變型地景嵌塊體數量與密度逐年上升，

邊緣長度在2009年後達到 高，且隨著年度增

加各嵌塊體間平均距離越來越近，表示維持不

27林業研究季刊 40(1)：13-30, 2018

變型地景屬較為破碎化，且地質結構不穩定，

造成天然災害後發生更多的擴崩地；擴崩型地

景因維持不變型地景無植生覆蓋，受極端降雨

的干擾而產生崩塌，因此在嵌塊體數量與密度

上皆呈現急遽上升，形狀指標顯示屬於形狀不

規則且零散，邊緣型狀較為複雜，聚集連結度

則顯現偏長條帶狀的地景型態。新增型地景主

要以莫拉克風災後數量大增，崩塌地邊緣形狀

和空間分布皆屬於不規則、破碎及零散，主要

是受到莫拉克颱風侵襲所造成，即表示雖然森

林林相結構完整，仍然會發生崩塌，其原因在

於集中性的強度降雨，會造成植生覆蓋完整之

土壤孔隙來不及吸附或已經飽和，而植物體的

重量在一定的坡度下，會形成土壤結構的破壞

而造成崩塌 (Larsen et al. 1999)。植生恢復型地

景嵌塊體數量逐年皆有恢復嵌塊體增加，部分

植生恢復嵌塊體是以小區域零散恢復且形狀複

雜，有機會增加鄰近崩塌地恢復機會，然而面

對極端降雨事件侵擾，植生恢復速度遠不及崩

塌生成速度，因此若輔以植生復育工法將可加

速崩塌地植生恢復。

四、結論全球氣候變遷與暖化已是既定事實，氣

候劇烈變動所帶來的極端降雨，引發崩塌、土

石流等嚴重災害，不僅造成森林生態系受到破

壞，也對人民安全受到威脅，對於經濟上的損

失也相當嚴重。臺灣為氣候溫暖多雨型態，地

形以高山居多，造就了豐富的物種多樣性，但

臺灣地質結構較屬脆弱不穩定，且位於西北太

平洋颱風路徑 頻繁之位置，容易受到地震或

颱風等天然災害干擾，而發生嚴重崩塌，森林

圖7. 不同崩塌類型之聚集連接度指標變化。

Figure 7. The variety of Aggregation index on different landslide categories.

28 以地景指數探討高屏溪流域崩塌地之時序變遷

結構也將受到破壞。本研究藉由地景指標分析

崩塌地與植生變遷情況與各崩塌類型嵌塊體分

布情況，探究崩塌地變遷機制，其中2009年莫

拉克颱風之極端降雨為新增型、擴崩型崩塌地

生成的主要原因，其崩塌地經過3-4年後部分

崩塌地可逐漸恢復植生並趨於穩定，但對於維

持不變型崩塌地，則因其基地缺乏有利於植生

發育的土壤短時間無法恢復植生，而維持地表

裸露現象。本研究區域於各年度內皆有植生恢

復情形，然而恢復速度不及崩塌地的生成速

度，極端降雨事件確實引發嚴重土砂災害，造

成地景的持續破碎化，未來對於森林集水區經

營，建議針對有保全對象之崩塌地，依據不同

崩塌地類型，考慮不同的生態工法進行植生復

育，並應進行集水區之生態脆弱度與潛在崩塌

分析，找出可能因極端降雨事件而發生大規模

土砂災害之區域，降低極端事件所帶來的衝

擊。

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