[請益][水利]請問人造有小河的花木山崙
各位土木達人好
小弟轉這篇文章過來
想詢問幾個問題
1. 河川的坡度與流速要如何換算？ 有沒有什麼有趣的小程式或公式可以計算？
2. 有哪些方法可以降低河水的流速？有什麼設施可以讓小山保持水分慢慢釋出?
3. 在不使用混凝土的前提 哪些天然土適合用來做不透水或滲水性小的底部，或是可以
利用燒結、糯米拌土...等方式減少雨水一下子就滲下而無法形成溪澗？
4. 邊坡可以使用哪些材料來避免崩塌？ 如果希望每層的外圍都能種小樹的前提下...
5. 通常會用哪些材料做成透水層/濾水層？上方並可用來步行？
6. 有辦法以人工造山的方式，藉由不透水層與濾水層的建構，產生山泉嗎?
下面則是我關於人造河流的狂想...還請大大指點一番orz
※ [本文轉錄自 Plant 看板]
作者: toofat (不完美天使的回憶錄!) 看板: Plant
標題: [其他] 人造小河
時間: Thu Feb 4 03:03:07 2010
迷上小河流了...
本來想在環保版討論
不過小橋流水這種東西比較偏園藝
所以還是在溫馨的植物版發文XD
我一直在想說，如果有座小小的山崙，高度只有23公尺
(扣掉代表頂峰峭立的3公尺高大石頭剩20公尺高)
面積約一公頃，該如何弄成有天然溪水(不用外來水源)流動的樣子。
一開始我先想到梯田的樣子，藉由田埂蓄水，水需要經過小縫流往下一個格子。
又想說，如果要達到最長的河流長度，格子螺旋地排列而下最長。
後來又想說梯田是整片的水，如果雨量不多時，應該很容易被曬乾，
所以想說利用類似空心磚的結構撐起空間，下層是蓄水空間，上層則是濾水層，
水可以存在下方不被曬乾。
所以就想到這樣由基本單元組成的螺旋山: http://0rz.tw/QDtxg
靈魂結構是蓄雨槽，外層是種植植物的區塊，內層是行水區塊:
1. 蓄雨槽的底部與側面是比較不透水的黏土，但內側面有孔道釋放水到行水區，
孔道有分高低位，當水量少時，水只能由低位孔道流到行水區，但雨下很大時，
隨著蓄雨槽的水位升高，就可以利用中高位的孔道排水到行水區。蓄雨槽的上層
是可以讓雨水下去的，所以表面常常保持乾爽，可以用來步行。
2. 行水區塊的底部與內側面是比較不透水的土(不透水層上可以有其他砂土)，
結構宛如梯田，沒雨時可以讓水慢慢由縫流向下一塊行水區塊。縫的開口也
是有內有外，可以增加水流行經的距離。
3. 種植植物的區塊，在比較上游處，由於水較少，種植比較耐旱的樹種或草種。而由於
往下游走去，每塊單元的水積少成多，下游處會比較濕，所以種的是中等或是耐濕的
植物。植物的根可以幫忙穩定結構，樹冠則減少太陽造成的河水蒸發，並造成涼爽的
步道環境。
如果山頂平台以半徑4公尺來算，每個單元寬度以4公尺計算，一公頃的正圓面積，
半徑是56公尺，螺旋線由20公尺降至0公尺。這條河的長度應該是...(微積分忘光了><)
先不管高低差斜度的影響 也不管螺旋線，直接加總每個同心圓周長...
2π*(4+8+.....+52)=2285.92公尺
所以就可以有兩千多公尺長的乾淨小河和登山步道了^^
不知道有沒有人有興趣試試看...XD
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 218.167.65.235
一公頃的螺旋山，受雨面積是一公頃，以臺北盆地年均降雨量2111毫米計算，螺旋山一年
可以接受二千一百一十一萬公升的雨水。
但假設其中只有蓄雨槽和行水區的雨可以變成河水，如果每圈植栽區的寬度1公尺，蓄雨
槽+行水區寬度3公尺，行水區的寬度由接近山頂平台的10公分寬(蓄雨區寬290公分)，到
接近山腳的50公分寬(蓄雨區寬250公分)。降雨不計，只計算行水區和蓄雨槽的受雨面積
，一樣不用螺旋只計同心圓的話:
第一圈總面積 8*8*π=200.96 平方公尺(m2)
山頂平台面積 4*4*π=50.24 m2，如果平台不透水水就都成了河水，如果是下滲就要扣掉
第一圈蓄雨槽+行水區+山頂平台 (8-1)*(8-1)*π=153.86 m2
第一圈植栽區面積 200.96-153.86=47.1 m2
第一圈蓄雨槽+行水區=153.86-50.24=103.62 m2
第一圈的行水區會由最初的10公分寬增加到?
由於第一圈的行水區長達 2*4*π=25.12 公尺(m)
河總長2285.92 m
所以第一圈行水區最終寬度是:
10+(50-10)*25.12/2285.92=10.44 cm 寬
第一圈的河水量(計入山頂平台的降雨):
153.86*100=15386 平方公寸
15386*21.11=324798.46 公升
一年365天 一天86400秒 所以一秒有0.01公升(10cc)的河水流經第一圈末端
河水的深度...要看坡度 如果是平的 水深可以逐年增加
坡度越大 流速越快 水深就越淺
由於螺旋山高20公尺 河長2285.92 如果施工時坡度一定
平均坡度是20/2285.92=0.875%
因為行水區有小石頭 且像梯田般一格一格 假設流速每秒30公分
那麼接近山頂的平均水深就是: (10cc/s) ÷(30cm/s) ÷10.44 = 0.03公分深 (好淺XD)
山腰(外圈半徑28公尺)的地方
河水集雨面積 π[(27*27-24*24)+(23*23-20*20)+....(11*11-8*8)+7*7]=1648.5 m2
年總雨量1648.5*100*(2111/100)=3479983.5 公升
流量為0.11公升/秒 或110.35 cc/s
此時河水長度已達: 2π(4+8+....+24)=527.52 m
所以河道寬度是10+(50-10)*527.52/2285.92=19.23 cm
山腰水深為 110.35 ÷30 ÷19.23 = 0.2公分深 (還是很淺XD)
那麼山腳(外圈56公分)的水深會是多少呢?
河水集雨面積 π[(55*55-52*52)+(51*51-48*48)+....(11*11-8*8)+7*7]=7121.5 m2
年總雨量15033528.72 公升
流量為476.71 cc/s
水深為476.71 ÷30 ÷50 = 0.3 公分深
所以...連泡腳都不夠...
※ 編輯: toofat 來自: 218.167.69.77 (02/04 14:52)
推
02/04 13:05,
02/04 13:05
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02/04 13:32,
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02/04 14:54,
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02/04 14:56,
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→
02/04 14:59,
02/04 14:59
行水區的梯田結構可以減緩水流，當梯田結構中有一定水位時，蓄雨槽的水就無法流出
低位孔道，而當行水區的水位降低時，蓄雨槽的水就可以補充行水區的水。
螺旋山較高海拔處(20公尺)的行水區比較窄，蓄雨槽比較寬，可以減緩山頂的行水區乾掉
，越往山腳，由於有上游的水分累積，蓄雨槽就越窄，直到只剩50公分寬，而由於下游水
位較高，所以也阻止蓄雨槽的水流出。
排水量比一般等面積的公園多一些些，但比完全不透水的停車場少。
以行水區的坡度加上梯田結構，水流速度每秒30公分應該不算低估
而河道長度有兩公里多，不是像一般庭園的流水只有十幾公尺長
就年均降雨量來計算，應該是可以呈現河流形態的吧?
※ 編輯: toofat 來自: 218.167.69.77 (02/04 15:18)
推
02/04 15:21,
02/04 15:21
推
02/04 15:31,
02/04 15:31
推
02/04 15:38,
02/04 15:38
對耶!
從山腰部分開始似乎算錯了...我修改一下 並把山腳的河寬度由150公分減少為50公分寬
結果山頂深0.03cm 山腰0.2cm 山腳0.3cm （幻滅！）
※ 編輯: toofat 來自: 218.167.69.77 (02/04 16:00)
以上的面積是一公頃 流速以每秒30公分計算
所以...如果要讓下游的水深增加，就要減緩流速、減少河道寬度或加大螺旋山的面積了..
如果面積是像中和市秀山公園(2.38公頃)，高度一樣是20公尺，
半徑是87公尺 以84公尺做螺旋山最外圈
河道長度是2π(80+76+...+4) = 5275公尺 河道坡度 20/5275 = 0.38%
流速如果能降到每秒只走5公分，下游溪澗寬度只有30cm
河水集雨面積是π[(83*83-80*80)+(79*79-76*76)+....(11*11-8*8)+7*7]=16287.16 m2
年總河水量 16287.16*100*21.11=34382194.76 公升
水深 34382194.76*1000 ÷365 ÷86400 ÷10 ÷30 = 7.26 cm 深
勉強可以泡泡腳盤了.....
(如果是面積達11公頃的中和市四號公園 流速5cm/s 河寬50cm 水深可達近30公分)
如果河道設置攔水壩（梯田河道的局部巨大化），將山腰的水集中在白天、假日才放流
應該可以使時段的水量更豐，並容許更寬的河道有可接受的水深
若螺旋山每圈都有水車設施給玩水的民眾踩水，將水打到上一層，
就可以讓水回流到上層ＸＤ
※ 編輯: toofat 來自: 218.167.69.77 (02/04 17:33)
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 218.167.69.77
※ 編輯: toofat 來自: 218.167.69.77 (02/04 18:19)
推
02/04 22:22, , 1F
02/04 22:22, 1F
另一張示意圖 http://0rz.tw/NBMXD
螺旋路徑分成內中外 內部是水路、中間是步道、外層是用來種樹的
種了樹後可以遮陽 減少對水路的曝曬
步道則可以滲水下去，由於成了地下水，所以減少蒸發，
當豪雨時，可以排水的孔比較多，步道不會濕濘濘地
而當雨量少時，步道下存的水就由單一的出水孔慢慢流出。
梯田結構的水道，有間隔在，當水量少時，就由間隔的小縫慢慢流過，
當水量多時，則也很快地排水。
※ 編輯: toofat 來自: 218.167.69.77 (02/05 00:40)
將天池縮小或山頂種耐旱樹種的版本 http://0rz.tw/VLgAe
※ 編輯: toofat 來自: 218.167.69.77 (02/05 00:51)