從全球多國潰壩 談台灣情境

前言

2019年2月8日，正當民眾歡度春節的正月初四清晨零時，在嘉義大埔鄉曾文水庫東側約2公里，內嘉147線鄉道的長枝坑溪，發生極淺層芮氏規模4.9級地震，最大震度在大埔有5級，「即時強地動震波」在NS max97gal、EW max84gal，幸無重大災情傳出。台灣因為板塊運動與大地應力極高，全島已知有33條明斷層與未知隱斷層多條，其中斷層經過重要的水庫壩堰亦多，又台灣每年有感地震達千次，故因為地震或連續暴雨等外在誘發因子，加害壩堰的機率，實在很高;倘若水庫堤防的內在強度急速衰降與養護維修監測檢查等不足，類似國際間潰壩決堤之可能性是存在的，吾人不可不謹慎看待這一問題的嚴重性，事前圖思預防之各項作業及疏散撤離救援演練等，實有必要。

潰壩決堤的可怕

近代人類最慘的單一水庫災害致死事件，大多以義大利阿卑斯山脈的瓦伊昂(Vajont Dam)水庫，尚未啟用就封壩最為震撼。該壩址上游左壩頂，沿岸的托克山(Toc Mt.)之石灰岩與泥岩互層的順向坡，事故前幾個月，受地震之侵襲，內又有不佳之地質構造與地層材料，1963年10月9日深夜，約有2億m3土石軟化遛滑，以時速約達100km，崩塌衝入1.15億m3最高容量的庫區內，霎時將庫區內蓄約之0.25億m3的水，撞擠噴飛過高出河床有265.5m的雙曲拱形大壩(Double-Curvature
Arch Dam)之上空，約達百米高衝流到下游，造成熟睡中的2600居民，無預警受淹死亡。而該水庫主壩1960年開始試蓄水，只試儲過第一次蓄水後，出此大事件後迄今，主壩仍屹立不搖，庫區內至今沒有儲水，只有儲存殺人遛滑的土石，竟成為世界觀光與工程觀摩的熱門景點。

而位於南美洲東北方的人口面積最大國之巴西，人口2.1億人，國土面積851萬公里，均佔世界第5名，其東南部鑽石礦場產地米納斯吉拉斯州（Minas Gerais），人口達240萬之貝洛奧里藏特市(在舊首都里約熱內盧市北方3百公里) ，旁邊布魯馬迪紐市「豆礦場」（Mina Feijao）的尾礦壩之一處廢棄水壩，在上週2019年1月25日，發生潰堤(該壩在近日安全檢查結果竟是符合規定的)。有0.5億m3洗礦泥水沖入，造成其下游約400人以上死亡失蹤之重大事件，這些礦砂廢泥恐會永久汙染環境。

事隔2天，27日該巿又響起警報聲警告居民，世界第二大礦產公司巴西河谷公司Vale S.A.，在當地另一座礦場水壩，也有潰堤之虞，真是禍不單行。該州自1779年發現第一座鑽石礦迄今，約有數百座礦場，2015年11月5日薩馬爾科（Samarco）鐵礦有2座水壩潰壩，有0.6億m3礦泥衝入下游造成17人死亡，內含大量有毒廢棄礦砂污泥，流入多希河（Rio Doce）中，造成環境浩劫。不僅威脅河流沿岸 650公里動植物存活，在兩週後這些含毒污泥的水已經流入大西洋，隨著潮汐之作用，蔓延海岸十數公里，也威脅鄰近康伯苡司(Comboios)自然保留區，珍貴革龜的產卵窩與座頭鯨的棲息地及海洋沿岸。

雖然2012年，里約熱內盧州北方的坎普斯戈伊塔卡濟斯(Campos Dos Goytacazes)一座水壩潰堤，造成逾150名人民死亡，自從該事件後，巴西政府自醒檢討並正式確立全國水壩潰決預警系統，以利在水庫發生潰壩事件前，能夠有效的立即疏散下游地區居住之民眾。但是這個系統建立好之後，還是發生這幾次水庫潰堤事件，令人看出足球與森巴舞王國的巴西政府，如同台灣若干政治職業者。似乎在喊口號與網紅作秀上認真，比確實苦幹執行率，更加響亮。

中、美潰壩案例

1975年8月8日凌晨，中國河南省駐馬店市，受尼娜颱風的侵襲後，所引發連日驟降近千公釐的暴雨，包括板橋水庫、石漫灘水庫在內的2座大型水庫、2座中型水庫與約58座小型水庫及兩個滯洪區，在短短數小時內，相繼垮壩潰堤達60幾座水庫，致29個縣近2千萬公畝土地淹沒，1.3千萬人淹水失去家園，百億人民幣以上損失，是人類歷史以來，單一降雨引發潰壩最慘重的事件。至於死亡人數，民間普遍認為超過10萬，甚至該國8位政委，在文章曾提到約達23萬人死亡，故該事件名列全世界三大水災，最慘絕人寰的人為災難事件。其中1953年竣工，高21.5m、長1,700m，2.44億m3蓄水量之板橋水庫，其洩洪閘門共有17座，但豪雨大洩洪時僅5座可運作，所以溢頂就潰壩。另外2016年6月20日，中國江西省鄱陽縣，1.15億m3蓄水量之濱田水庫，因為24小時降水量達177.8mm，於緊急洩洪時，發現洩洪河道出現65m潰口決堤，沖下的河水吞噬近百萬畝良田與逾1.3萬人被迫遷移避災；那年中國因降雨造成各省淹水，讓近4千萬人受災及近2百人死亡。不是看衰中國、因為還有更可怕的慘事，等著大雨來觸動發生類似之悲劇，單看最南端的海南島，全省約有1,127座水庫，除了8座現代所建的大型水庫具有洩洪閘門外，剩下的大多是在1950~1960年代，所建的老舊的72座中型水庫，約達6成沒有洩洪閘門。另外1,047座小型水庫，也是大多沒有排洪閘門或洩洪道，所以萬一遇到類似的連續降水多日，這些老舊壩堤遭受洪峰溢頂潰堤，與該國緊急疏散管理上的不善及負面訊息不公開之習慣等，所導致民眾龐大傷亡之機率必然很大。

無獨有偶，另一世界強國美利堅，早在1889年5月31日，賓夕法尼亞州坎布里亞市約翰斯頓（Johnstown）的水庫堤壩潰塌。0.26億m3蓄水往下游衝入城鎮，造成約2,500名居民死亡與1,600棟房屋損毀，幾乎是美國自1776年獨立建國以來，僅次於911事件，最慘重的傷亡天災事件。另在2017年2月7日，美國最高壩230公尺的加利福尼亞州奧羅維爾水庫(Oroville Dam）最大容量4.4億m3蓄水量，也因連日暴雨，排洪時主要洩洪道鋼筋混凝土的坡道上出現長152m、寬91m、深達14m大缺口，一度面臨壩體管湧潰解坍塌危險，很多混凝土裂版隨河水衝流下游，大壩下游多個郡，約18.8萬居民，被2.3萬國民兵與警察引導，立即緊急疏散，這也是這大壩自1967年建竣啟用，首次遇到如此嚴峻之情況，幸好預警疏散得宜，沒人死亡。

天災難免･人禍可減

老天降水與霎那地震之發生，越來越奇怪，規模越來越大，是難以避免與預測的，但若是有適當的壩堰堤防監測預警、與確實立即警報疏散之措施等，才是減少人員傷亡的最後防線。以美國的水庫壩堤潰決紀錄來看，自1978年至今41年來，13件水庫潰決事件，除了1982年洛杉磯公園草坪湖水庫(Lawn Lake Dam），因為洩洪管道疏忽修護致鏽蝕，造成潰壩有3人死亡；1996年新罕布夏州草甸水庫(Meadow Pond Dam），因為設計與施工上的缺失，再加上嚴重的結冰現象，造成潰壩有1人死亡；2006年夏威夷州可愛島加洛柯水庫(Ka Loko Reservoir），因為缺乏維護檢查與違法加蓋水壩，再加上嚴重大雨造成潰壩有7人死亡之外，其他10件水庫潰壩決堤，因為預先疏散下游居民得宜，所以沒有一事件有人死亡。

2017年2月間，根據美國陸軍工兵部隊多年來統計數據顯示，美國加州總共約有1,585座大小不一水壩，其中1,140座建於1970年之前，只有52座建於2000年之後。這些水壩中有半數被視為｢潛在高危｣，一旦水庫壩堤出問題，會導致人員死亡，加州奧羅維爾水壩就在其列。之後的2017年9月加州水庫安全局，針對其所轄的水庫進行壩體安全評估，約有8%大壩存在有缺陷，而人口超過3千萬的洛杉磯、與周邊城鎮進行229座水庫評估，約有11座被評定為一般以下或較差等級，約是有11/229=5%的非安全等級之水壩存在。

輕忽山嶺地保育的台灣

看看世界各大強國遭受極端氣候、與地質不良、或地震加害及管理不善等之侵襲，所衍生潰壩決堤之窘境，隨著世界氣候變遷嚴重失序 (不再只有CO2排放所肇暖化與溫室效應的單一嚴峻挑戰而已，現在來的大多是複合型災害侵襲)，與強降水之事件，越來越大越詭異，降雨延時急速縮短，讓早年規劃設計的水文與水利演算等所得之防洪設施與結構標準，已不符合現今下雨的急促與大量等創紀錄天候來侵襲考驗。從外來多項可能侵襲因素來分析，再也不能單純只選擇單一加害因子來考慮，必須多加選擇最大因子、與再加上複合因素，所得的外來可能災害去評估。

至於內在因素的壩堤強度，其實是整體山嶺急速在下降，例如滿山遍野，大多是短視｢殺雞取卵｣之山坡地保育與水土保持、及造林護山等的負面開放不當人為開發行為，如掘山剷平山丘廣設無良露營區、及無照之民宿或旅館等，與盲目不當設廟建寺之就地合法化便宜措施，均讓台灣山坡地抵抗天災的強度更加脆弱、與水庫蓄水更加複雜、及珍貴所築之壩變短壽。雖然有人提出，流木與淤積並不影響水庫的潰壩或安全，但筆者認為：一旦水庫的攔木索、網失效、或是暴雨太大，帶來的高比重之淤砂溢堤，則必然對於水庫結構與洩洪閘門設施，有所損壞與操控失效等不良影響，甚至成了破壞的關鍵因子，不可不慎。

台灣國土有75%屬於丘陵與山嶺地，上游山嶺區的盲目開發與對山坡地的蹂躪，如國道6的東端之某陷落盆地的四周山巒脊嶺，受到不當的開挖，要是再遇到88莫拉克風災、或是921集集大地震的來襲，甚至結伴複合侵入，其後果真的不敢想像，例如該盆地如碗公，還留有921地震的堰塞湖與土石流加害之痕跡，竟遭無良業者宣稱：已經復育成功完竣，利用該澀子坑溪與菜湖溪等堰塞湖之利，在鄰近下游開發成臨湖之露營區，就沒辦法攔住大量降水，在上游去導引滲流，進入山丘土地，來涵養中下游的萬物、與減少雨水往下沖的數量，並且又放任人工開發物與道路等滿山遍野的佈設，去阻斷雨水漫滲，轉成集中匯流順著道路快速衝下，自然｢水往下流｣所形成的土石流、與洪峰暴潮，就急速沖到下游的沿路各聚落。因此高山降水很快速抵達下游其動能加大，則下游的壩堰溢流潰決，或低窪與臨海城鎮淹水必然成為常態。連百年未曾淹水之地區，也破紀錄逐年淹水，往日原本應含水蓄養降雨的山嶺地，已被短視趨利商人與公權力的怠惰，讓美麗寶島青山綠地，成為光禿禿的癩剃頭，下游城市淹水與洪積崩塌的無辜民眾居家之遭殃機率就必然提高。

水庫潰決的原因

台灣目前唯一的水庫潰壩紀錄，是發生在1999年9月21日，921集集大地震時，車籠埔斷層竄擊往北逆衝與轉向，到高25m長352m的臥箕式(Ogee Weir Dam)混凝土重力壩之台中石岡壩水庫，該壩最大容量有0.0338億m3蓄水量，因該破裂斷層直接正切剪斷第16跨溢洪道，使鄰近的堰口一起扭曲破壞，幸好當時蓄水量不多，所以下游並沒因為壩體破壞洪水潰流而釀成傷亡，只有大台中地區停水數日，實為不幸中的大幸(如圖1~2所示)；無獨有偶，1999年921地震與之後的1022民雄大地震，亦造成嘉義地區蘭潭水庫與仁義潭水庫之土石主壩，也有百餘公尺的裂縫，幸好寬約0.05m、深度1~2m內，沒有造成潰壩之虞；2010年所發生0304甲仙地震，造成約1846年前所建之台南虎頭埤水庫壩體多處龜裂，其中最大橫向裂縫計有長13m、寬0.04m、深0.75m，也沒有造成潰壩之虞。

綜合前人與各學會委員會等相關的研究文獻與報告，一般潰壩的時間在建竣5年內發生比例最多，若是在美國的潰壩比例約高達1.4%，是世界各國潰壩平均率0.5%的3倍。

造成水庫壩堤潰決，常見原因包括：

1.整體水庫設計不當、溢洪道或洩洪閘門設計錯誤或操作失妥、材料過度快速老化或排洪不足。

2.不合現代標準的建築材料或施工技術的疏失。

3.規劃設計的地質勘查不確實或誤判，致水庫臨水區大面積地滑，導致山體遛滑衝入庫區或壩基受傷，就是選址不當或當時鑽探科技落後與資料不足。

4.壩基或結構體與蓄水坡面重大沖刷或管湧滲漏水。

5.人為因素中，以設計因素誤用、及水文與水力演算失當所致之潰壩。

6.由於測量誤差或是水開始蓄水注入水庫使水位產生變化，而造成的地質受力不均的不穩定破壞。

7.臨界注水超過水壩的結構水平強度。

8.水庫疏於管理維護，尤其是針對水壩溢水設施，如洩洪道面版與其基礎部分的破壞徵兆被漠視。

9.壩體內部侵蝕或重大管湧，尤其針對土石壩的止水壩心不足的缺點與壩趾部分掏挖，造成截水心牆滲流網線的抵抗長度過短，致強度不足。

10.大壩蓄水壩體激烈變形或液化與不均勻沉陷等所致側移。

11.大地震與其斷層剪裂帶等天然的災害的侵襲。

12.暴雨過大雨連續多日不停遠超過設計預估值。

13.欠缺現代化的監測儀器或布置不足與錯誤等。

14.施工檢查、定期檢查、不定期檢查、重點與災後安全檢查與複查等流於形式或數據造假。

15.其他人工蓄意爆炸等。

以上這些珍貴的壩堤潰決經驗資料，實在值得高地震與多斷層的島國台灣，更加應該要重視。

結語與建議

台灣位於太平洋地震帶島弧與海溝匯聚區域，四面環海又人口稠密，加上都市發展畸形之國土使用，受菲律賓海板塊(南方則再加南中國海板塊)與歐亞大陸板塊等，匯聚交擠隱沒形成台灣島五大山脈，各地布設無數條的明與盲斷層，我們國土的自然條件比起上述的大陸型國家更加脆弱，對於可能因暴雨外加突來地震等複合型災害侵襲，水庫與堤防之監測預防與結構補強，筆者建議：應該針對水庫壩堰與重要河川堤防水工物、及所在位置之地層材料與地質構造、和過去有發生地震破壞歷史資料，並且預測可能明斷層的繼續破裂竄切逆衝的路徑等，做重要危害重要等級分類比對(例如921大地震的車籠埔斷層有百餘公里的錯動，其所可能切過水工結構物之破壞)，針對同一水系的上下游之群壩(Portfolio Dams)，也要做風險模擬與多壩破壞之評估預測，以俾可在短期間分區去初評其結構物安全性，與基本資料庫的建立、及定期更新和災後的補正回饋，同時也可以對於已瀕臨危險之區域，如中部山區某著名兩大風景區多年來還是受大地滑的蠕動，作適當的開發減壓與必要的疏散管制等，來防止大雨後可能之土石流與大地滑再次發生。並透過｢非破壞的檢測｣地球物理方法來針對蓄水壩體與防洪堤防結構及重要基礎等，作逐樁號逐斷面掃描，以了解其可能隱藏的弱面、空洞與摺皺等不連續面，確定後再作｢插入性檢驗與取樣試驗｣、與建制結構體內各類監測試驗之設備與合併串聯分析措施，來了解壩堤的物理與化學性及透水性和膨脹性等，以俾立即取得較趨近精確數據做評估。就如同人體在體檢作的256切正子掃描與貫入切片取樣細胞化驗一般，來確認這些老舊壩堰堤防的抗災強度與裂隙弱處，透過可能的最大降水量預測值、鄰近地質構造與地層材料的剪裂帶等，受地下水滲入之軟化、及地震震度規模等複加P、S波侵襲，進行動態與3D數值分析，得到三軸應力的結構安全係數，再進行結構體本身安全之補強、與使用時的管理管制策略、或是提前洩洪放水與導水引流分洪等的水利計畫措施（如員山子分洪計畫)，並也要建立水庫與重要堤防的預警與廣播系統及告示，導引疏散路徑和搶修儲備設施，同時進行壩區下游區域的疏散分級區塊與建築開發管理及限建管制，讓民眾莫在危險的下游地區居住與長時間使用徒增本身危險，來減少災害發生時的傷亡數與規模，並要定期與不定期來確實辦理防災疏散演練與救災措施的補強，讓民眾有公民權的配合義務與遵守責任，遵照這樣正確觀念的防救災教育、與配合公權力執行，以減少多災多變的極端氣候變遷來襲之傷害、與減低國家珍貴資源的事後救災撫災之浪費，讓台灣有限的國力，能夠用在最必要的事前防災之施政，而非事後的補償或賠償上。

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