實驗設備

茲將實驗設備各部份，如圖6.2，並略述如下：

(1) 圓型壓克力試體室

本次研究由於採用土石流之材料，故需採用較大尺寸之亞克力環 裝置土壤試體，並參考ASTM 規範採用直徑 30 cm、高度 30 cm、厚 度1.5 cm 之亞克力環裝置試體。本設備採分層裝置，分為七層。分 層裝置之優點如下：可考慮夯實能量之影響及控制、裝置試體之方便

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性，並可視其需要調整不同高度施作，此項設備尚包含有層與層之間 連接螺栓等。

(2) 定滑輪裝置

二定滑輪裝置設置於天花板上，以便藉由地面控制之轉盤將水箱 高度改變。透過水箱高度變化可調整供水量，並控制地下水位上升與 入滲之速度。定滑輪裝置最大的優點在於機動性高，且與傳統固定於 牆壁之升降裝置相比，價格便宜許多。施作上，需特別注意吊掛系統 之安全性，並保持適當之淨空。

(3) 上部水箱

上部供水設施主要用於供應模擬上部降雨所需水量，其中除了進 水與出水閥門之外，尚包含一定水頭之溢流出水口，用以穩定水頭。

此外，上部水箱與定滑輪裝置連結，用以控制出水量之大小。本實驗 之注水口與循環水流連結，故可將溢流之水流重新注入，以節省水量。

(4) 下部水箱

下部供水設施有二項工作，一是模擬地下水位面上升時，進行供 水。二是探討入滲影響時，進行排水。下部水箱之上方尚設置一極密 之不銹鋼網以防止土石流入。

(5) 循環水流系統

降雨模擬最重要的便是穩定供水，尤其長時間實驗下，如何能持

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續並穩定地提供水量為重要考量。本實驗於地面設置一方型水箱，並 以低流量之抽水馬達將水抽入上部水箱中，再配合上部水箱之定水頭 溢流裝置，可提供穩定之水流系統。

(6) 上部降雨模擬系統

本系統包含不銹鋼微型套管與不銹鋼針頭等。模擬降雨所設計之 上部構造：將上部壓克力座台鑽孔，並埋置特別訂作之不銹鋼微型套 管，圖6.3 為其近照。將 26 號不銹鋼針頭裝置於微型小套管上，如 圖6.4 所示。透過水箱與上部構造閥之開關控制上部供水量，上部供 水再透過不銹鋼針頭形成均勻之降雨，如圖6.5 所示。此降雨模擬較 一般傳統只用鑽孔方式之供水設置更接近自然界狀況，因為供水穩定 且對土層擾動程度小很多，因此可將因注水所造成對土體之衝擊量降 至最低的程度。同時透過針頭可將供水進行微量調整，避免因為供水 過多，使地表土體因入滲不及，形成漫地流之不合理情況。透過壓克 力透明之優點，還可以隨時觀看入滲情況，如圖6.6 所示，一旦出現 漫地流，即停止供水或減少水量。而針頭所形成降雨之均勻與穩定特 性與人工降雨機類似，但成本明顯降低許多。

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圖6.3 上部供水設施近照

圖 6.4 微型套管套裝不銹鋼針頭

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圖6.5 不銹鋼針頭形成之均勻降雨

圖 6.6 透過壓克力裝置觀察模擬降雨情況

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圖6.7 下部供水設施近照

(7) 土壤水份測定桿

用以測定土壤水份連續變化的測定設備，配合裝置高頻率土壤 水份測定環之設備，且其感測間距可任意調節，依需求之深度安裝及 固定之，其測桿含資料傳輸介面，可與資料收集處理器Data logger 連 接使用。配合感應器可分別讀取不同深度之土壤水分含量之測定質，

且其最大特點為可直接使用於現地量測。

(8) 高頻率土壤水份測定環

高頻率土壤水份測定環是使用電流量來量測土壤含水率，它是以 高頻率電場讀取每一個感應器，通過延伸管道到達土體深處內部，將 所取得資料透過資料擷取器讀得量測值。使用時將測桿頭及測桿置入

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埋設之套管中，並與主機連線，即可直接讀取不同土壤深度之含水 量，並能快速了解各土層之含水量分佈狀況。

(9) 資料收集紀錄器

CAMPBELL CR10X 具備類比輸入、類比輸出、電組量測、計數 輸入、數位信號輸出/輸入等功能，可以程式控制進行資料收集與傳 送，為一新式之資料擷取系統。

(10) 電子式張力計 LP/p

LP/p 是以最小探針設計法所設計的實驗室設備，供標準試體設 備如土壤圓柱或未擾動之薄管土樣探測使用，並透過資料擷取器讀取 即時數據，經轉換可得土壤水份基質吸力值。安裝時，以引導探針前 端螺旋狀裝置旋入。這段範圍將可防止空氣進入感應陶瓷吸力帽及土 壤中，且使探針順利插入土壤中。LP/p 插入土中且以螺帽固定，它 可被設置於土壤試體管壁或薄管鋼管壁上，以垂直式掃描產生即時之 水勢能變化數據圖表。藉由此裝置可量得水分基質吸力資料，無論是 逐漸乾燥或逐漸浸潤的情形。