砂箱模擬試驗結果

圖 3-14、圖 3- 15為砂箱試驗體積含水量與導電度的監測結果，

由圖 3-14的量測結果可知，兩TDR 感測器於土層中之初始含水量約 等於0.06，當降雨開始後，進入試驗第一階段降雨溼潤(wetting)，在 累積降雨約180 分鐘的濕潤過程中，兩土層位置的含水量明顯隨著降 雨時間的增加而上升，當試驗時間到達 180 分鐘後降雨停止，此時 含水量接近整體試驗過程的尖峰值，TDR cone1 尖峰含水量約 0.27，

TDR cone2 則接近 0.3。試驗第二階段則為自然乾燥(drying)，在降雨 停止之後讓砂箱土壤自然乾燥至 91 小時，過程中兩土層位置的含水 量值也隨著乾燥時間增加而逐漸遞減，當試驗結束時TDR cone1 的含 水量值為 0.19 與TDR cone2 的含水量值為 0.21。整體而言兩位置的 體積含水量變化皆與降雨歷時有非常一致的變化趨勢。

圖 3- 15則為砂箱試驗導電度的監測結果，兩TDR 感測器的初始 導電度約 0(μs/cm)，當第一階段降雨濕潤(wetting)開始後，兩土層位 置導電度隨著降雨時間增加而逐漸上升，在降雨停止之前，TDR cone1、TDR cone2 測得之導電度在約第 150 分鐘便提前出現尖峰值 158(μs/cm)與 198(μs/cm)，之後雖仍然在降雨中，但導電度卻逐漸降 低，其變化趨勢與實際降雨停止情形有所出入。而在降雨停止後，試 驗進入第二階段自然乾燥(drying)，此時兩位置土層的TDR感測器所

測得導電度隨乾燥時間越長，有緩慢下降的趨勢，試驗結束時TDR cone1 與TDR cone2 的導電度值分別約為 66(μs/cm)與 70(μs/cm)。由 上述的導電度監測結果可知，導電度的變化趨勢有提前到達尖峰值，

且較不若體積含水量來得有一致性，根據吳瑋晉(2008)結論，初步研 判應為TDR cone埋設深度不足所致。

圖 3- 17 TDR cone為垂直擺設與水平擺設所得之體積含水量與 導電度監測資料共同比較，可發現TDR 量測所得之體積含水量與導 電度於乾溼循環中有一明顯之遲滯現象產生，使得土壤由濕到乾以及 乾到溼的迴歸結果會有某些程度的差異性，雖然將TDR cone 垂直擺 設量測可將遲滯圈減小，但仍無法有效解決此一現象。

在砂箱地電阻影像方面，地電阻測線於降雨溼潤過程中於不同入 滲深度（4、8、12cm）與乾燥過程中，觀測砂箱土壤之電阻率分布 隨時間的變化情形，如圖 3- 18、圖 3- 19。砂箱試驗過程中，三維 地 電 阻 監 測 所 得 資 料 經 相 關 反 算 軟 體 （EarthImager 3D ver.1.3.1

（AGI,2007），該軟體分析時已考慮砂箱邊界效應之影響）進行分析，

以獲得砂箱土壤真實的電阻率分佈，地電阻影像分析方面主要是截取 ERT 測線x=1cm 之長條形剖面，來觀察砂箱土壤的電阻率變化情 況，其不同入滲深度所反算之結果與實際入滲過程側視照如圖 3- 18 所示。圖 3- 18最深入滲深度為 4cm 之結果可知，實際入滲情形並非

均勻，而地電阻反算之結果亦顯示電阻值由 350（ohm-m）之高電阻 逐漸降低成200（ohm-m），深度約為3cm，其變化趨勢與入滲側視照 相 符 ； 在最深入滲達 8cm 時，入滲區部份電阻值己降至 200

（ohm-m），深度約 7cm，其變化趨勢與入滲側視照相符；入滲深度 12cm之結果亦皆與實際入滲情形相符。

砂箱試驗後於自然乾燥階段，該階段所涵蓋時間較長，由整體砂 箱試驗時間第 3 小時一直到 91 小時，因此各監測結果經分析整理後，

僅取 3 小時、24 小時、64 小時以及 91 小時等電阻率剖面差異相對較 為顯著的四個時間點，來觀察地電阻法於砂箱試驗中的監測結果。圖 3- 19為x=1cm，於上述四個監測時間所得電阻率差異百分比剖面；由圖 3- 19，自 24 小時的剖面開始，於表層下z=8cm且y=0~35cm的剖面位 置，電阻率有些微上升的趨勢，而隨著監測時間越長，該位置電阻率 值漸增，且電阻率上升區域逐漸向外擴展；一直到 91 小時，深度 8cm 以下的剖面位置電阻率普遍上升，其中又以剖面位置y=0~20cm與 y=25~35cm處的電阻率上升變化較為顯著的區域。顯示砂箱試驗於乾 燥過程中，z=8cm下方土壤電阻率變化較大，可能原因為砂箱下仍有 35 公分的入滲厚度，又入滲速度大於表面的蒸散速度，使的變化速 率較為快速。

0

1 10 100 1000 10000 100000

time(min)

1 10 100 1000 10000 100000

time(min)

σ(μs/m)

cone1 cone2

圖 3- 15 砂箱試驗 TDR 量測結果導電度與時間之關係

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TDR cone1 TDR cone2 calibration 線性 (calibration)

圖 3- 16 砂箱試驗 TDR cone 垂直擺設 σv.sθ 率定結果 水平 calibration 垂直TDR2 cone2 垂直calibration 垂直TDR1

圖 3- 17 砂箱試驗 TDR cone 水平擺設 σv.sθ 率定結果

圖 3- 18 不同入滲深度電阻率分佈與入滲側照圖

圖 3- 19 不同入滲時間電阻率分佈圖

四、土壤含水量與導電度遲滯現象之基礎研究

由第三章砂箱試驗結果發現將TDR cone 改由垂直擺設可以改善 遲滯圈的範圍，但此遲滯現象依舊存在，因此本章節將就土壤本身的 乾溼循環特性及溫度對遲滯現象之影響進行研究，利用非飽和壓力鍋 方式，設計一較小且均質試體進行乾溼循環實驗並且考慮溫度因子，

將先試圖觀察溫度對土水混和材質的關係為何?並做溫度修正觀察溫 度對於遲滯現象的影響。