第四章 試驗結果與討論
4.2 人工降雨試驗之結果與討論
4.2.1 逕流量量測結果與討論
本研究於試驗中，採取每 5 分鐘抽換逕流蒐集槽一次，在抽取逕流蒐集槽後 即予以秤重並送入烘箱烘乾，再配合空槽重即可得到逕流量及沖蝕量之數據。首 先圖 4.2(a)~(f)係為各組試驗蒐集之逕流量量測結果，圖 4.3 則為各齡期逕流總量之 量測結果。
由圖 4.2(a)~(f)逕流量隨時間變化之結果可知，不論是傳統或 SVMT 試體，於 試驗初始約 5 至 15 分鐘左右之逕流量皆較少，而在試驗之後段，逕流量漸增且趨 於穩定。然而，其前、後段之逕流量差值不甚顯著。此外，由表 4.7 亦可看出傳統 及 SVMT 試體在每 5 分鐘之逕流量並無顯著之差異，傳統之均值大致介於 1264~2018 g、SVMT 則介於 1420~1703 g。再者，由圖 4.5 中各齡期之逕流總量觀 之，發現 56 天齡期之逕流總量明顯較大，又而傳統總逕流大於 SVMT；而 14 及 28 天齡期之逕流總量較小，又 SVMT 總逕流大於傳統。綜合上述逕流量之分析結 果，彙整數點初步結論如下。
(1) 試驗開始土壤未完全飽和，之後隨時間增加土壤表層漸趨近飽和狀態，因 而在土壤表面產生窪蓄，當窪蓄無法再蓄積更多水量時，則逕流量逐漸增 加。同時，雨滴撞擊對土壤表面造成孔隙封鎖之效應，故隨時間增加土壤 入滲降低，逕流量增加。
(2) 於每 5 分鐘逕流量均值比較之結果顯示，兩種試體間並無明顯之差異。此 表示雖然 SVMT 試體於基材中加入少許水泥，使其表面有些微類似於一般 混凝土鋪面之固化現象產生，但並未使單位時間內之逕流量大幅增加。且 於 3、7、56 天齡期之逕流量甚至小於傳統試體。此種情形下，推論施作 工法或齡期並非影響逕流量的唯一因素，尚需考量其他因子，如：坡度、
降雨強度、植生情形…等。
(3) 由齡期與逕流總量結果觀之，在 14 及 28 天時 SVMT 試體之逕流總量超 過傳統試體。經檢視各別試體後發現，14 及 28 天齡期試體之表面植生狀 況，皆是以傳統試體之表現較佳。因此，推測可能係由於植生狀況較佳，
致使土壤入滲增加，造成傳統試體之逕流總量較小之結果。
(4) 由齡期與逕流總量結果觀之，第 56 天時傳統試體之逕流總量超過 SVMT 試體。經檢視各別試體後發現，56 天以後，SVMT 植生生長情形遠優於傳 統試體，是以土壤入滲較多，逕流較少。傳統試體在 56 天時的觀察結果，
由於沉陷作用，土壤顆粒排列緊密，孔隙變小，也使得表面較光滑，植生 幾乎不再生長，故逕流量大增。SVMT 試體則因為有水泥的固化作用及保 水劑的保水性質，試體幾乎不坍陷、龜裂，植生情形良好，惟其逕流量還 是略高於 1、3、7、14 天。
(a) 1 day (b) 3 days
(c) 7 days (d) 14 days
(e) 28 days (f) 56 days 圖 4.2 各齡期逕流量隨時間變化量測結果
圖 4.3 各齡期與總逕流量結果一覽
表 4.7 各組 5 分鐘平均逕流量一覽
齡期
1 3 7 14 28 56
傳統 1286 g 1684 g 1663 g 1264 g 1328 g 2018 g
SVMT
1475 g 1581 g 1583 g 1467 g 1420 g 1703 g表 4.8 各組 60 分鐘總逕流量一覽
齡期
1 3 7 14 28 56
傳統 15427 g 20208 g 19954 g 15166 g 15939 g 24219 g
SVMT
17704 g 18967 g 18996 g 17602 g 17041 g 20440 g據。圖 4.4(a)~(e)為各齡期沖蝕量隨時間變化之量測結果，圖 4.5 則為各齡期沖蝕 量總量之量測結果。
試驗結果由圖 4.4(a)~(e)各齡期沖蝕量隨時間變化圖及表 4-9 觀之。
(1) 一天齡期時，SVMT 試體於每 5 分鐘間隔時間內之沖蝕量皆較傳統試體少 了一倍有餘。同時，若以均值而言，SVMT 與傳統試體之沖蝕量分別為 27.9 g 及 12.3 g，亦是相差約一倍之多。
(2) 隨著齡期增加至 3 及 7 天時，SVMT 試體之 5 分鐘沖蝕量皆大幅下降，均 值僅剩 1.4 g 及 2.8 g；反觀傳統試體之 5 分鐘沖蝕量與一天齡期相比無太 大變化，三種齡期之均值大致介於 25~28 g 之間，盡皆遠超出 SVMT 試體 之沖蝕量。
(3) 然而在 14 齡期時，傳統試體之 5 分鐘沖蝕量出現大幅下降之趨勢，其均 值陡降至 5.3 g，與前三種齡期相差甚遠。SVMT 試體之部分，於 14 天齡 期開始，5 分鐘沖蝕量反而增加至 8.0 g。
(4) 於 28 天齡期時，傳統試體之 5 分鐘沖蝕量均值持續下降至 1.9 g。SVMT 試體之部分，28 天齡期之結果係為 6.6 g，亦較前三種齡期之均值為多。
(5) 56 天的趨勢和 28 天齡期相近，傳統試體之 5 分鐘沖蝕量均值為 1.1 g。
SVMT 試體之部分為 6.3 g。
(6) 從圖 4.4(a)~(e)中可看出 SVMT 各齡期前 30 分鐘的沖蝕量皆略大於後 30 分鐘。
齡期之總沖蝕量約為 147.9 g，而 3 及 7 天齡期時，總沖蝕量即大幅降低至 17.3 及 33.5 g，僅約為同一時期傳統試體之 0.08 倍。然而，傳統試體於 14 天齡期時，總 沖蝕量大幅下降至 63.0 g，而 28 天齡期則為 22.8 g，56 天齡期為 13.0 g，齡期 14 天以後傳統試體的沖蝕量隨齡期呈現持續的下降。反觀 SVMT 試體，14、28、56 天齡期之總沖蝕量分別為 95.5、79.5、75.5 g，不僅較前期的齡期為大，與傳統試 體相比亦表現較差。根據上述沖蝕量之分析結果，本研究彙整數點結論如下。
(1) 從傳統試體 1、3 及 7 天齡期之試驗結果可知，傳統試體於 7 天內受降雨 侵襲之抗沖蝕能力大致相同。一般傳統植生技術欲抵抗降雨沖蝕，皆需依 靠表面植生覆蓋之多寡，雖然傳統試體於 6 天齡期時發現有少數之草種生 長，但畢竟極為少數，無法藉以提供試體表面抗沖蝕之能力。
(2) 由 SVMT 試體 1、3 及 7 天齡期之試驗結果可知，雖然在 1 天齡期時之沖 蝕量較大，但隨著齡期增長水泥之固化作用亦發顯著，使 SVMT 試體從 3 天齡期開始，即獲得極佳之抗沖蝕能力。同時，1 天齡期之沖蝕量亦僅為 傳統試體 0.5 倍。上述結果說明，SVMT 技術能在極短時間內，大幅降低 沖蝕量，與傳統技術相比，更能有效的於短時間內抵抗降雨之沖蝕。
(3) SVMT 試體於 14 天齡期之試驗結果與 3、7 天相比，沖蝕量反而增加，甚 至較同一時間傳統試體為多。而檢視試體後發現，SVMT 試體以手輕壓感 受之表面強度明顯較傳統試體為強，但表面形成團粒結構造成許多較鬆散 之細顆粒，遇水分散。Winterkorn (1942)水分破壞風乾團粒之原因為當水 分進入團粒的力量大於團粒的內聚力，則團粒的內聚力與膠結的力量就會 破壞而分散。Yoder (1936)推測團粒之破碎，主要是由於吸水造成不均勻膨 脹，延續斷裂平面將團粒破壞，且水分進入毛細管時將空氣向團粒內部擠 壓，當壓力大於土粒間的內聚力時，團粒即會被打碎。而團粒的成因可能
(4) 傳統試體於 14 天齡期時，沖蝕量陡降。觀察其試體表面植生生長情形，
雖較前期為多，但仍不致使沖蝕量大幅減少。而在觀察試體後發現，傳統 試體於 7 天左右即開始出現沉陷、龜裂等現象，至 14 天齡期時現象更為 明顯(如圖 4.11 所示)，到 56 天時，中央試區長 70cm，沉陷已達 2cm，最 長龜裂長度 18cm，裂隙寬 0.7cm。土體由上方開始沉陷，致使下方試體更 為緊密，使得土壤通氣性、透水性變差。此外，土壤表層排列成緊密結構，
土粒相互密接，使得土壤中孔隙收縮，導致水分較難入滲至土層中，在此 情況下可達到防止沖蝕的正面效果，但入滲量較差，土壤水分較低，可能 影響到植物根系發展，導致植物生長不良；SVMT 試體由於有水泥及保水 劑的添加，因此並無沉陷、龜裂等現象。
(5) 綜合觀之，傳統試體的總沖蝕量在 1、3、7 天齡期時皆大於 300 g，14 天 齡期時驟降至 63 g，之後隨齡期持續降低。故傳統試體施工初期較容易受 到沖蝕，14 天後由於土壤結構改變，可達到防止沖蝕的正面效果，但植生 情形較差。。
(6) SVMT 試體在一星期內展現良好的抗沖蝕能力，第 3、7 天的總沖蝕量甚 至只有 17.3、33.5 g，後期沖蝕量稍增，但最高也只有 95.5 g 的總沖蝕量。
初期因試體強度較大植生生長情形較差，14 天後植生情形優於傳統試體。
(7)
SVMT 試體各齡期前 30 分鐘的沖蝕量皆較大是由於一開始土表含水量較 少，團粒較不穩定，容易被沖蝕，後期較鬆散的土壤顆粒以被水流帶走，土壤表面呈現較穩定的現象。與 Yoder (1936)、Nijhawan & Clmstead (1947) 、 Alder (1950)等人均提出的當團粒水分含量高而浸入水中時，其穩定性高於 風乾團粒相符。
(a) 1 day (b) 3 days
(c) 7 days (d) 14 days
(e) 28 days (f) 56 days 圖 4.4 各齡期沖蝕量隨時間變化量測結果
圖 4.5 沖蝕量之比較結果一覽
表 4.9 各組 5 分鐘平均沖蝕量一覽
齡期
1 3 7 14 28 56
傳統 27.9 g 25.6 g 25.9 g 5.3 g 1.9 g 2.2 g
SVMT
12.3 g 1.4 g 2.8 g 8.0 g 6.6 g 6.3 g表 4.10 各組 60 分鐘總沖蝕量一覽
齡期
1 3 7 14 28 56
傳統 334.2 g 307.4 g 310.5 g 63.0 g 22.8 g 26.5 g
SVMT
147.9 g 17.3 g 33.5 g 95.5 g 79.5 g 75.5 g試體沉陷示意 試體沉陷、龜裂示意
試體沉陷局部示意 試體沉陷、龜裂局部示意
圖 4.11 試體沉陷、龜裂示意圖
袖珍貫入器兩種方法，對試體進行試驗。
直接剪力試驗之方法、流程已於第三章詳述。每種齡期的試體皆取四個土樣 進行直接剪力試驗，繪製剪應力與正向應力關係圖，得到土壤凝聚力 c 值(圖 4.12) 及內摩擦角Φ值(圖 4.13)，各齡期 c、Φ值一覽結果如表 4.11 所示。由試驗結果可 知，傳統試體 c 值之範圍約介於 0.10~0.30 之間，Φ值範圍介於 28.6~33.15 之間；
SVMT 試體 c 值之範圍則介於 0.26~0.43，Φ值範圍介於 21.1~40.68 之間
。
由剪力試驗結果本研究彙整結論如下：(1) SVMT 試體在所有齡期中，土壤凝聚力 c 值皆大於傳統試體，表示 SVMT 試體中所添加的水泥可以有效提高土壤的凝聚性。
(2) 而除一天齡期外，SVMT 試體的內摩擦角Φ值均大於傳統試體，表示 SVMT 試體在水泥水化後強度可以有效的提升。
本研究於沖蝕試驗前後皆使用袖珍貫入器量測各齡期試體之表面單壓強度，
但試體於降雨試驗進行前之量測結果較不穩定，各量測點間之差異較大。據推測 係由於降雨前各區塊含水量不同，而造成量測數據不穩定之結果。而以沖蝕後試 體的量測結果觀之，由於試體經 60 分鐘之均勻降雨後達穩定狀態，故各點量測之 數據較為穩定。因此，本研究試體之單壓強度量測，即以沖蝕後量測之數據為基 礎進行分析。圖 4.14 即為試體單壓強度隨齡期變化之分佈圖。由圖中可知，SVMT 試體於第一天時，強度較低，第三天開始強度上升，而自 7 天至 28 天之間，強度 並無顯著之變化，其值皆約 3.0 kg/cm2，第 56 天強度降為 1.58 kg/cm2；在傳統試 體強度之部分，單壓強度之範圍介於 0.3~0.43 kg/cm2 之間，其隨齡期之增加，並 無明顯之變化趨勢。
(1) 試驗結果顯示因水泥固化作用，三天後 SVMT 試體即達到一定的強度，而
(1) 試驗結果顯示因水泥固化作用，三天後 SVMT 試體即達到一定的強度，而