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Coupling TRIGRS and TOPMODEL
in shallow landslide Prediction
報告者：李浩瑋
指導教授：李錫堤
2011.5.19
Out line
Introduction
Literature review
Objective
Methodology
Result and discussion
Conclusion
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Landslide Susceptibility Analysis
Qualitative analysis:
 Empirical method
Quantitative analysis:
Statistic method
－based upon long-period landslide inventories
Deterministic analysis
－strength parameters,
－failure depth
－groundwater conditions
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Literature review
1) By combining an infinite-slope stability calculation with a transient,
one-dimensional analytic solution for pore pressure response to
transient rainfall infiltration.[Iverson, 2000; Baum et al., 2002;
Savage et al., 2003; Godt, 2004]
2) TRIGRS models were used for slope stability analysis. [吳佳郡，
2006；王姵兮，2007；鐘欣翰，2008]
1) Concept of topographic index, ln(a/tanβ).[Beven and Kirby, 1979]
2) A hydrological simulation based on a modified version of
TOPMODEL was developed to estimate the temporal
groundwater level for conducting the slope-instability analysis.
[李光敦， 2009]
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Objective
rainfall-triggered shallow landslide
1) Consider the lateral flow
2) Compare the result of trigrs in shallow landslide
prediction
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Research Process
Start
Precipitation
T=0, Input initial groundwater table
Hydrological model
KZ、D0、IZ
TRIGRS (1-D infiltration)
Simulating
groundwater table
Infinite slope
model
Prediction of
shallow landslide
T=t+dt
TOPMODEL
(Modification of water table)
T=final t
End
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TRIGRS
TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration
stability Model (Baum et al., 2002)
Grid-based Regional Slope-
Infiltration model
(Iverson, 2000)
D0  2

( 2 ) 2
t
cos  Z
D0 = Ksat/C0
D0 =飽和水力擴散率
Ksat = 飽和水力傳導係數
C0 =土壤最小之含水量
Z= z/cos α
Conceptual sketch of the hydrological model
Z =鉛直方向
in TRIGRS(after Godt 2004)
z =垂直坡面方向
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TOPMODEL
TOPMODEL(TOPgraphy based hydrological MODEL)(Beven.
et al., 1979)
a： Specific area
tan β ：slope
 a 

TI  ln 
 tan  
a
Z j  Z  m[  ln(
)j]
tan
Zj
Zj ：Depth to groundwater table
Z： Average depth of the groundwater table
m ： Recession constant
λ ： mean value of the Topographic index
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Infinite slope
文獻回顧
resistance force C  ( s D   w hw ) cos 2  tan 
FS 

driving force
 s D sin  cos 
FS 
FS>1 Stable
FS<1 Unstable
 h tan 
C
 [1  w ( w )]
 s D sin  cos 
 s D tan 
未來工作
TOPMODEL
Calculate Zj
 w D  Z j tan 
C
FS 
 [1  (
)]
 s D sin  cos 
s
D
tan 
Schematic diagrams of the coupled hydrologicalslope instability model(after Lee 2009)
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Study area
文獻回顧
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Event Analysis
Event-based Triggered Landslide Inventory
Typhoon Aere Rainfall Records
2004/8/23~8/25
GAOYI Station
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hydrological parameters
鍾(2008)
地質區
Kz（m/s）
D0（m2/s）
Iz（m/s）
zone1
9×10-4
1.8×10-3
10-8
zone2
10-3
2×10-3
10-8
zone3
2×10-3
4×10-3
10-8
12
Event Analysis
Antecedent rainfall
2004/8/20
Initial water table
2004/8/22
Typhoon Aere
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Groundwater level simulation
Rainfall period
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Geologic parameters
鍾(2008)
地質區
γs（kN/m2）
Cmax（kPa）
ψ（°）
zone1
18.2
8
36
zone2
19.6
9
28
zone3
18.9
9
27
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Model result
Rainfall period
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Model
validation
Model validate
• Error matrix (Stehman, 1997)
success curve and prediction
curve (Chung and Fabbri, 1999)
全區資料
網格數
Unstable
(FS < 1)
Stable
(FS ≧1)
Unstable
N1
N2
stable
N3
N4
總體正確率=(N1+N2)/(N1+N2+N3+N4)
Success rate
分類結果網格數
Area in percentage
Different rainfall situations for validation
─Using Typhoon Masta Rainfall(2005)
Result
Success Rate Curve
Predict
121809
Actual
Unstable
(FS < 1)
Stable
(FS ≧1)
Unstable
625
446
stable
11530
108488
山崩組正確率58.35%、非山崩組正確率89.59%，總體正確率89.10%
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Model validation
Typhoon
Aere
Typhoon Masta
Prediction
Success Rate Curve
Typhoon
Typhoon Aere
Mastalandslide
landslidemap
map
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Discussion
Success Rate Curve
TRIGRS
Success Rate Curve
Coupling TRIGRS and TOPMODEL
TRIGRS
結合TRIGRS
與TOPMODEL
山崩組正確率
56.7%
58.4%
非山崩組正確率
87.4%
89.5%
總正確率
87.2%
89.1%
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Discussion
（C）
（12）
（11） （10）
（A） （1）
（9）
（2）
（8）
（7）
（3）
（B）
（6）
（4）
（5）
Coupling TRIGRS and TOPMODEL與TRIGRS分析結果套疊圖
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Discussion
集水區邊界
水系
艾利颱風崩塌地
Coupling TOPMODEL < 1
TRIGRS ≧ 1
Coupling TOPMODEL ≧ 1
TRIGRS < 1
Coupling TOPMODEL < 1
TRIGRS < 1
Coupling TOPMODEL ≧ 1
TRIGRS ≧ 1
(1)
(3)
(2)
(4)
集水區西側(A區)之實際崩塌地分析成果
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Discussion
集水區邊界
水系
艾利颱風崩塌地
Coupling TOPMODEL < 1
TRIGRS ≧ 1
Coupling TOPMODEL ≧ 1
TRIGRS < 1
Coupling TOPMODEL < 1
TRIGRS < 1
Coupling TOPMODEL ≧ 1
TRIGRS ≧ 1
(5)
(6)
(7)
集水區東側(B區)之實際崩塌地分析成果
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Discussion
(8)
(9)
(11)
(10)
(12)
集水區邊界
水系
艾利颱風崩塌地
Coupling TOPMODEL < 1
TRIGRS ≧ 1
Coupling TOPMODEL ≧ 1
TRIGRS < 1
Coupling TOPMODEL < 1
TRIGRS < 1
Coupling TOPMODEL ≧ 1
TRIGRS ≧ 1
集水區北側(C區)之實際崩塌地分析成果
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Conclusion
 本研究嘗試結合TOPMODEL將每個網格地下水位作適度
的修正，結果顯示結合TRIGRS與TOPMODEL能反應長
期暴雨期間側向補 注勢能對於整體地下水位分佈可能的
影響，分析結果顯示不穩定區多半遠離山脊而鄰近河岸，
與TOPMODEL之預期相符。
 研究中以馬莎颱風作為驗證分析模型的事件，馬莎颱風
誘發山崩雖較為不足，得到的預測率曲線下之AUC為
0.767，預測結尚屬合理。
 結合TRIGRS與TOPMODEL的總體正確率為89.4%，成
功率曲線下面積為0.822，TRIGRS的總體正確率為87.4%，
成功率曲線下面積AUC為0.787，從此兩種評估方法結果
可以看出，結合TRIGRS與TOPMODEL能有效地解釋崩
塌地分佈而可獲得較佳的預測效果。
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Thank you for your attention