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大禹治水   疏导重於围堵       天道治水   涵养更甚於疏导

  防洪治水及水资源的储存保护自古以来即成为人类在开疆僻土过程中,为保持既有建设成果最大之困扰;其原因主要在於土壤渗透系数太低,或存在相对不透水层,因此雨水容易经由 地表流失,但是土壤之含水量一但达到饱和,却同样很难迅速排放出来,产生地层软弱滑动、崩塌下陷之後果。

  顷近一再发生的美浓水库抗争、汐止水患、神木村土石流等,都再再证明传统上以人定 胜天、急功近利、巧取豪夺的方式所建造的堤防、水库,粗暴的企图将万物所赖以滋生 的雨水围堵专供己用的欧美科技,最终将面临大地的反扑。事实上堤防也许可以防止十 数次的小水灾,但却无法抵挡水位年年增高且必然发生的大水灾,而且大自然将一次就 连本带利的摧毁收回,更令人扼 的是雨季时堤防固然迅速排水,却导致旱季又有无水 可用的困境;至於水库,美国自从1930年起大量建造水库,并以人定胜天而自豪,但却 於1980年起,即停止建造并逐渐废除,因为最终评估的结论竟然是得不偿失!

  其实大自然原本的机制是一种聚沙成塔、潜移默化、循序渐进的过程,森林绿地遍布地 底的毛细根须,迅速吸收了大部分的豪雨,减少地表水流,降低洪水成灾的机会,而且 毛细根须所导入土壤的水分将逐渐扩散渗透、过滤沉降至地下水层,形成安全无虞、洁 净无比的超大型水库,乾旱期间再逐渐释放回归河川湖泊;这种一举两得、顺天应人的 智慧却因为人类开疆辟土的野心,滥垦滥伐而破坏殆尽,即便立即提倡保林造林亦将因 为百年树木时间太久而显得缓不济急,因此,开发一种以人为方式模拟树根毛细吸水作 用的材料,大量植入集水区,立即恢复裸地吸水功能,势必成为二十一世纪解决淹水、 缺水及地层下陷、土壤液化等诸多问题的不二法门。

  仅以10公里见方的土地面积来说,若能使深度10公尺以内的土壤含水量增加20%则可蓄存二 亿吨的雨水,河川洪峰水位不但得以大幅降低,更可提供台湾两千万人口两个月的用水 量,而其埋设费用仅及建造堤防水库的数分之一而已,由此可见利用大地本身为蓄水库 其效益潜力惊人,但先决条件必须开发一种能耐强大土压及永不堵塞的毛细透水材料。

  此外,缺水地区的农业发展因为地面灌溉必然伴随大量的蒸发损失及浪费,因此势必发展出一种地下供水材料及方法,该材料必须长期使用不被泥沙、根须堵塞,水量可藉毛细作 用而均匀分布,且能同时用来控制水位,避免植物窒息生长不良。

  此外挡土墙、铁公路、隧道、新生地等工程发生灾害事故,追究原因大多与土壤大地的排水 不良有关,本发明利用大自然原有机制及四种物理现象 【毛细力】【虹吸力】【表面张 力】【重力】 来解决大自然所造成的问题,将可为二十一世纪同时解决水资源不足及水 患不断等灾害作出巨大的贡献。

 

本研究发明之目标及其说明

  大地土壤之透排水,自古以来即成为人类在开疆僻土过程中,为保持既有建设成果最大之困扰;其原因主要在於土壤透水系数太低,或存在相对不透水层,因此雨水对大地渗透的速度固然缓慢,但是土壤之含水量一但达到饱和,却同样很难迅速排放出来,产生地层软弱滑动、崩塌下陷之後果。

  此外,由於道路、建 物等建设不断的扩增,森林绿地砍伐破坏殆尽,使原本具有涵养水份能力的土壤面积大幅减少,豪雨时全部迳流汇集为地表水流,造成顷近发生之汐止水患、林肯大郡、信义村土石流等灾变,人民生命财产之损失无数,全国人心惶惶却束手无策。

  其实早在数千年前,大禹治水即已发现水流只能疏导,不可硬挡之道理。如今欧美科技亦不断发展出各式各样符合导水观念之透排水材料,但由於土壤中遍布各种粗细级配颗粒,对目前所开发出来的透排水材料均无可避免的产生淤积堵塞、日久失效之後果。有鉴於此乃利用【毛细力】【虹吸力】【重力】【表面张力】 等四种大自然现象,设计出一套模拟大自然生态机制、防堵塞、促进排水、低成本、易施工、突破传统思维之排透水材料。

  本毛细透排水带由於毛细功能类似树根,垂直埋设,豪雨时可如同树根涵养雨水迅速渗入地下储水层,避免大量地表水之流失、冲刷、洪涝等问题;水平埋设於植物根部下方,毛细现象可定时适量自动输送水份、营养液等,避免过量、蒸发等耗损;此外更可应用於高尔夫球场、公园绿地、屋顶花园、挡土墙背面水平垂直排水、山坡地开发之水土保持、建 物地下室之防水及排水、新生地或软弱地层之预压排水、铁公路路基及路肩排水、垃圾掩埋场污水处理、自来水场沉淀池等一般用途。

 

排 水 原 理

   传统设计上,透水管材大致於管截面上半部开设小孔或槽沟作为进水孔,下半部无孔盛接进入水流,并将进入水流导引朝向出口排放,埋设时开孔部朝上,四周须包覆级配沙石层、不织布等过滤层,再覆土一公尺以上滚压夯实,该设计使土壤内之细颗粒无可避免的因重力随同进水水流渗入透水管内,同时也逐渐在管外开孔处或过滤层周边产生淤积,终至完全堵塞为止。

本发明则一反传统改采薄片式软质橡塑胶材料,其上开设密集槽孔【参考附图】,槽孔设计上为内大外小,且埋设时沟槽面向下,如此一来,当土壤内饱含水份时,由於圆孔直径约为1 mm ,而沟槽宽度只有0.3 mm ,产生毛细现象,迫使水流自行由下往上倒吸进入毛细导管内(注意: 水流之行为一如电流, 永远趋向阻力最小处流动) 如此一来,土壤中被水流夹带之颗粒将因重力自行向下沉淀过滤,达成第一道防堵效果;且沟槽进水口宽度较导水毛细管直径窄小许多,就算有少数漏网之鱼的细小颗粒进入,不是再度从沟槽向下沉降回归土壤,就是随同管流向外出口排放( 因沟槽宽度极小,即使有能进入毛细管内之颗粒,相对於毛细管较大之直径而得以顺畅流出) ,如此得以避免淤积之现象发生,产生第二道的防堵效果;此外,细长状槽沟本身较个别分离孔洞设计更不易堵塞,产生第叁道的防堵效果。

但是,朝下之沟槽既能进水,理论上也必因重力造成回漏之後果,此时本发明则巧妙利用表面张力现象使水流在窄沟槽上自动形成封闭水膜,防止回漏;当水开始进入带 内部时,毛细现象会自然而然对土壤中之水份产生抽吸之效果,直到灌满、封闭并开始朝出口向外排放;当水流顺坡而下到达出口溢出时,将因埋设落差产生虹吸现象,进一步对土壤内部产生抽吸负压,大幅增加吸排水之效率。

本发明巧妙的利用四种大自然力量【毛细、虹吸、重力、表面张力】 自动达成吸水、过滤、封闭、排水等动作,但其结构亦极为精巧细密,主要的困难在於厚度仅2mm 的软质薄塑胶片上,必需每隔1.5mm开设1mm 直径之毛细管,每根毛细管再纵向剖开0.3mm宽度之槽沟,本发明人历经多年无数次之失败才得以开发成功,并经2 年之模型试验,确定其实际应用效果,并与多位学者专家讨论该设计可能发生之疑虑,兹大致归纳如下:

一、 耐久性 : 由於本发明可采一般PVC、HDPE等聚合材料成型,不腐朽,抗紫外线,成本低,百年不坏
二、 青苔滋生性 : 青苔生长之要件为阳光,才得以进行光合作用,埋设於土壤中之透水材料应无该项顾虑,且本透水带必要时可於生产制造过程中加入抗霉菌材料
叁、 水垢附着性 : 水垢之形成一般为高温冷却後,钙离子迅速还原形成,如锅炉管,其内壁须定期除垢, 土壤中则无高温环境之可能;且本发明之结构设计为底部开孔,游离钙亦将因重力沉淀回归土壤

 

特 性 优 点

 

1. 不易堵塞 :一劳永逸无後续保养维护之困扰。
2. 主动排水 :利用毛细力及虹吸力产生负压式的主动排水方式,效率远优於传统自流式排水。
3. 高渗透性: 开孔率25% 以上, 透水系数0.2cm/秒 以上,抗拉力、抗穿刺力等物性均远优於任何传统设计。
4. 有效集水面积更大 :以同 积、同重量之材料相较,本发明为平面式,远比管状的集水面积为大。
5. 抗土压力强 :从断面来看,本发明结构上类似拱桥原理,能承受极大之土压,施工上甚至容许直接滚压夯实。
6. 不需级配砂石滤材 :传统透水材施工上无可避免的须大量级配砂石作为过滤层,本发明则可直接埋设,在砂石日渐短缺的今天,意义尤为重大。
7. 储存、施工容易 :本发明可制成大面积片状或长条形卷筒状,不占空间,易於储存、搬运、施工。
8. 防洪抗旱功能 :由於毛细功能类似树根,本发明亦可垂直埋设,豪雨时可模拟树根吸收雨水 渗入地下储水层,避免大量地表水之流失、冲刷、洪涝等问题。
9. 灌溉功能 :农业须大量水源,传统上渠道、喷 、浇灌等灌溉方式,太过浪费,本发明亦可埋设於植物根部下方,利用毛细现象定时定量输送作物生长足够之水份、营养液等,避免流失蒸发。
10. 用途广泛 :高尔夫球场、运动场、棒球场、公园绿地、农业园艺、屋顶花园、挡土墙背面水平垂直排水、山坡地开发之水土保持、整地工程地下排水、垃圾掩埋场污水处理、自来水场沉淀池、铁公路路基及路肩排水、崩塌地排水处理、隧道工程排水、建 物地下室之防水及排水、低洼潮 地或受盐份影响土地之排水、新生地或软弱地层之预压排水、土壤液化之防范、水库堤防之渗漏水处理 。

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