海安路上的一條水泥船─地下街的隱憂
高小組 第二名
縣 市：台南市
校 名：忠義國小
作 者：黃冠程、吳孟穎、蘇麒權
指導教師：吳美花、鄭德茂
黃冠程：
民國七十六年十一月十六日出生，個性開朗、活潑好動，擁有許多好朋友。平日喜歡做科學實驗、畫畫、打電腦、打球、看電視、看書…。將來想當畫家、科學家、運動員、夢想家…，期待自己能成為文武雙全的快樂人。
吳孟穎：
民國七十七年一月十九日生於台南市，現在就讀台南市忠義國小六年級。平日喜好閱讀課外讀物和做自然實驗，也深受書中的影響，對各種事物充滿好奇。最愛與同學分享學習經驗和實驗的成果。
蘇麒權：
我出生於民國七十六年十二月四日，個性溫和內向，不愛出風頭。從小喜歡操作積木、組合玩具汽車、研究機械構造和打電動；卻不太愛看書，所以比較缺乏想像力，語文表達能力也較差。媽媽常說我是個實事求是、不懂生活情趣的人。
關鍵詞：根據史料、模型實驗、解釋資料
一、研究動機
「九二一大地震」的那晚，地震後，來了一通爸爸的電話。爸爸聽了之後馬上出門，不久之後，爸爸回來了，說：「還好連續壁沒有破。」我聽了之後就有疑問：連續壁破了之後會怎樣？會泥土流失，還是會發生其他的事呢？於是我便找了幾個同學一起來研究。
二、研究目的
(一)觀察地下街挖出的泥沙和曾文溪採集的泥沙，比較其特徵，發現兩地泥沙是相同的，推想地下街的泥沙來自曾文溪。
(二)從台南市的古地圖中，發現五條港流經地下街，現在仍然存在，只是被建築物覆蓋及阻斷。
(三)從鄉土教材的探索中，發現不同時期的臨水線，推想地下街在道光三年以前是台江內海。
(四)從一些模擬實驗中，發現雨季來臨時，地下街兩旁的地下泥沙會流失，導致地下街的連續壁容易破洞，造成建築物的傾倒。
(五)從我們的實驗和資料的探討中，給地下街興建的一些建議。
三、研究問題
四、研究材料
五、參考資料：
(1)從史蹟、俚諺看府城歷史發展（台南師範學院徐雪霞教授著）。
(2)台南市安南區四年級鄉土教學活動。
(3)台灣鄉土全誌（第七冊）。
(4)情歸故鄉。
(5)台江的歷史。
(6)第三十七屆科展作品「上學的路上」。
(7)台南歷史散步（上）
六、研究過程
研究一
地下街在那裡？
1.地下街的位置：
(1)地下街位在台南市西區，公道六海安路上。
起點：是府前路→友愛街→中正路→民生路→民權路→民族路。
(2)全長：816m、寬：40m、高度：16.5m。
(3)是鋼筋水泥的建築，在地下中有二層，兩邊牆的厚度為0.7m，中間的隔牆厚度:0.2m；底牆的厚度為：2m，上層厚度：0.3m
2.地下街興建的時間：
(1)開工日期：民國82年8月開工
(2)預定完工日期：90年6月
(3)工程一再延誤，不能如期完工。
3.地下街工程的困難：
(1)地下街工程在遇到困難時，由我爸爸去接受這個重任。
(2)從訪問爸爸後，知道興建地下街有下面的困難。
甲．地下街為南北走向，長816m，正好和地下水的流向垂直，受水流的衝擊大。
乙．地下街附近地下水很淺，夏季雨季來臨時，在1.3m（約），容易滲入地下街。
丙．地下街的體積龐大，比重小，容易受到水的浮力影響而上浮。
丁．地下街的連續壁在開挖時容易破洞，造成大量泥漿從洞口流出，使附近房屋傾斜，或倒塌的危險。
戊．地下街大部份在新生的陸地上，有大量的泥沙，造成附近地層的流空。
研究二
觀察、比較地下街挖出的泥沙和曾文溪採集的泥沙。
1.採集地下街的泥沙：(請爸爸幫我們取樣)
2.採集曾文溪的泥沙：(請媽媽開車帶我們去採集泥沙)
3.討論：
(1)從地下街0-2m挖出的泥沙，大部份是黏土層，顏色灰白，大部份的顆粒細夾雜著一些粗細的沙子，帶著濃厚的消毒水的氣味，pH值13強鹼性。從觀察的資料，可以發現這一層的泥沙有一部份不是原來這兒的泥沙，是從外地載運來填充的。有些黏土層是地層形成時，細而輕的泥土會在上層沈澱。
(2)從地下街2-10m挖出的泥沙，顏色、粗細、顆粒、氣味、比重、Ph值……性質相近，也和曾文溪畔的泥沙性質非常相近，所以可以推想地下街2-10m的地層是道光三年、二十二年曾文溪氾濫，大量泥沙流進台江，淤積而成的陸地。可是為何有部份的黏土層呢？我們認為在泥沙的流進時，河水使泥沙沖刷旋轉，比較重的沙會先沈下去，在地層的下層；比較輕的泥土會在上層，泥土輕比較細，受到多年的擠壓會變成黏土層。
(3)從挖出的泥沙，在地層中2-4m、8-10m的泥沙性質更相近，並且也和曾文溪的泥沙非常相近；4-6m、10-12m的泥沙均含有部份的黏土層，所以可以推想在內海台江的形成陸地的過程中，可以經過2-3層的不同的泥沙性質。
(4)在地層中10-12m的這一層，泥沙的顏色是灰藍色，也有泥土層(參考：台南市政府工務局地下街地質探測資料)，推想台江在清道光以前地下街地方的深度約在10-12m，所以在這一層是較古老的沈積作用形成的地層。
(5)在地層中12-14m的地層是另外的沈積地層，比10-12m層更古老的地層。
4.發現：
從上面的觀察和推想，在台南市西門路以西的地方，在清朝道光以前是內海-台江，而在道光三年、二十二年台灣南部的大水災，曾文溪河水暴漲，大量泥沙流入台江，造成淤積形成沙丘，海終於變成陸地，所以海安路在以前是海，形成陸地的地形也是在近百年的事。
研究三
海安路上的地下街，以前是內海─台江。
1.從四個不同時期的台南地圖，比較臨水線的位置。
(資料來源：台南市安南區四年級鄉土教學活動第十一單元乾淨的科技工業區─台江內海變陸地）
(1)從地圖上，我們發現在清代康熙時期以前台南市有個內海-台江。位在 赤嵌樓（永福路）以西到安平、四草之間，是商船、漁船往來停泊的 地方，所以在這個時期西門路以西是海。地下街的地方－海安路更在 西門路以西，所以也是海。
(2)地圖中的日據時期，曾文溪氾濫，大量泥沙流進台江，造成淤積形成 沙丘，海變成陸地，西門路以西變成陸地，海安路一帶的陸地形成。
2.從台南市廟宇的興建知道臨水線的遷移。
3.(資料來源：從史蹟、俚諺看府城歷史發展台南師範學院徐雪霞教授著）
(1)臨水線甲：是荷據時期的臨水線：
赤嵌樓→大井頭→小南天舊址→將軍祠。
就是現在的：赤嵌街→正義街→永福路。
(2)臨水線乙：是明鄭時期的臨水線：
北起開基天后宮→廣安宮→大天后宮→開基武廟→開山宮→沙淘宮→總趕宮→良皇宮。
就是現在的：自強街→新美街→三義街→正義街→中正路（138巷、131巷）。
(3)臨水線丙：是清朝康雍嘉時期的臨水線：
金華路四段、康樂街一帶水仙宮→西羅殿→藥皇廟→保安宮
(4)臨水線丁：是道咸同光時期的臨水線：
北在安平的安北路，西在安平小砲台以西。
(5)從上面不同時期的臨水線，知道在清朝道光以前台南市，在西門路以西是內海台江，整個市區的發展隨著臨水線的西移而前進，在地下街(海安路)旁的市場內，水仙宮是當時海邊的廟宇。興建的時間是清朝。
4.從古蹟大井頭的遺跡來推想：
在台南是民權路和永福路的交角，馬路上有一個鐵蓋的古井，叫大井頭。台南歷史散步（上）上面記載著：大井頭是明宣宗年間，台江內的船隻到裝載淡水飲用，可見當時西門路還是台江，當然海安路也是台江的內海。
5.從民權路興建房屋挖出船錨，推想這裡以前是海。（資料來源：參觀台南市歷史文物館）在文物館內有一部巨大的船錨，是民權路上在興建房屋，挖地下室時出土的。是以前的船錨被拋棄在海中，後來被泥沙淤積覆蓋在地下。從記載上知道，這裡（民權路）以前是內海台江，當然海安路也是內海台江。
6.從台南城的興建和遺跡，知道西門路以西是內海台江。（資料來源：台南師範學院徐雪霞著）
台南城的興建是在清朝雍正年間，城的東邊城垣是現在的勝利路；西邊城垣是沿著西門路；大西門位在民權路和西門路口；城的北邊是沿著公園北路；南邊是沿著樹林街，從地圖上的設施可以推想，在這個時間西門路以西是內海台江。《資料來源：台南歷史散步（上）》
研究四
從台南的地勢、溪流，來探討地下街的地下水。
1.從高速公路邊的台南縣遠眺台南市：
(1)台南市是一個小山丘，地勢東高西低。
(2)台南市虎尾寮的復興國中是最高點，與台南縣之間形成一個大斜坡，是向東傾斜。
2.從南邊的高雄縣遠眺台南市。
(1)台南市是一個明顯的小山丘，地勢東高西低。
(2)在台南市德高國小附近是高地，向西邊傾斜。
3.從台南實小的一件科展作品：第三十七屆「上學的路上」來看台南市（作者：王宣右、嚴亮宇）
(1)我們更深入瞭解台南市區的幾條重要東西向道路，都是東邊高西邊低，而且落差都在10m以上。
(2)我們知道南北向的重要道路：
從東邊起是公園路、忠義路、永福路、西門路、海安路。
東西向的重要道路：
從南起是健康路、府前路、中正路、民權路、民生路、民族路、成功路和公園南路。
東西向的道路從公園路起逐漸下坡，到西門路為最低點，往西則是一片平原。
4.從台南市的主要河川走向，看水的流向。
(1)參考資料：台南市安南區、中區、西區、北區、南區鄉土教學活動三年級教材（台南的河川）
甲．我們知道安南區的主要河川有北邊的曾文溪，由嘉義縣流經台南縣， 在土城西邊入海。
乙．鹿耳門溪、鹽水溪都是由東流向西邊注入海。
丙．在中區有德慶溪，南區有二仁溪等都是由東往西流，注入台灣海峽。
(2)參考資料：（資料來源：台南師範學院徐雪霞著）
甲．在海安路地下街附近有五條港：其實是五條溪流，是台江淤積後，船隻運送貨物到市區的主要交通路線。
乙．五條港流經地下街的地段，溪流雖然不大，但是溪水還是東向西流。
丙．五條港流經現在仍然存在，只是變成地下溪流而已，上面加蓋，或上面蓋房屋。
5.海安路地下街的地下水：（資料來源：台南市政府海安路地下街工務所）台南市海安路地下街段的地下水深度：
鑽孔日期 |
82.5.30-82.6.1 |
82.6.12-82.6.14 |
82.5.3-82.5.6 |
地下水 |
1.3m |
1.7m |
1.5m |
(1)台南市海安路地下街附近地下水的深度在1.30m-1.80m。
(2)地下段街地下水很淺，只要從地面向下挖1.50m就會出現地下水。
(3)地下水的流向：由東邊向西邊流。
我們的發現：
地下水在地底下流動，由地勢高的地方往地勢低的地方流動，所以在台南市的地下水，因為地勢東高西低，所以地下水由東邊流向西邊，也就是由公園路方向流向西門路海安路（地下街）流入海邊。
研究五
利用地下街的模型，做沈浮實驗。
實驗1
地下街模型在淡水中會不會浮起來？
討論：
甲.模型在水中倒入泥沙會下沈，倒入越多的泥沙下沈得越深，因為 泥 沙很重，才會使模型越重。
乙.每加入一杯泥沙，模型都會下沈一些，這些增加的高度都西差非常 相近。
丙.要使模型不會浮起來，就必須在模型中加入更多的泥沙，使整個模 型變得很重。
丁.模型加多少泥沙才適當呢？
實驗2
地下街模型在地下水的沙中會浮起來嗎？
討論：
甲.先把模型箱放在水槽中央；在箱子外面的水槽慢慢的倒滿沙，模型 箱中也裝滿了23杯的沙子。（每杯700ml）
乙.在裝沙的水槽中注滿水，使全部的泥沙浸在水中，再用木條把沙 穿 插，水和泥沙充分混在一起。
丙.當我們把模型箱的泥沙一杯一杯的取出來時，剛開始，模型箱沒有 上浮，只有一點的搖動，一直到取出8杯的泥沙，模型箱開始上浮了。
丁.模型箱上浮一開始時是有規律的，慢慢的；可是當泥沙取的量增加 時，會突然上浮了許多。
戊.哇！地下街真的會上浮耶。如果地下街周圍的泥沙在雨季來臨時， 地下水和附近五條港的水會上漲，只要在地面以下1.3m的地方便有 豐富的地下水，而且水會快速流動，使地下接受到浮力變大。
己.地下街模型受到地下的泥沙擠壓，所以浮力會比在水中小，也就是 比在水中不容易上浮。
研究六
利用地下街的模型，做流水衝擊的實驗。
實驗1
地下街被地下水沖擊的情形。
討論：
甲.地下街透明的模型箱放入沙槽中，模型箱外裝滿了沙後，會看見模 型箱的塑膠布有些鼓起來；用手摸摸看，有壓迫的感覺。
乙.從洞口10cm的地方注入水，在5-10秒間箱中的泥沙，會如湧泉般的 噴出泥沙。
丙.加入水後，水會漸漸的流到水溝的地方，沙子先變濕了，從模型箱 可以看見塑膠布邊的沙由下往上變濕了；手摸摸看會覺得涼涼的， 有一些壓迫感，水往上衝的感覺。
丁.當水管靠近模型時（20cm）水槽的水裝得愈多，從透明的模型可以 看見泥沙把塑膠布壓得鼓起來，而且越來越大；可是在水流另一邊 的塑膠布變化比較少，只鼓起一些而已。用手摸摸看，水流的那一 邊會感覺水和沙的衝力很大，有點要衝破的感覺。
戊.當水的衝力越大時，模型箱的塑膠布破了，水流進模型箱內；當用 手摸摸看時，有水和沙衝擊的感覺。
研究七
從地下街連續漏洞的實驗，推想兩邊房屋的情形。
實驗1
連續壁破了一個洞洞，地下街旁邊的房子是否會傾斜？
方法1：
連續壁破洞的上下位置不同
方法2：
連續壁破洞的左右不同。
討論：
甲.在離21cm的洞最容易傾斜，因為中間的洞是房屋的正下方，所流失 的泥沙也是房屋正下方的泥沙最多，形成掏空狀態，承受不了房屋 的重量，使地層下陷，房屋傾斜。
乙.靠兩端最近的洞，因為流失的泥土是房屋的側面，使地層掏空，房 屋就會側面傾倒，所以角度也不一樣。
丙.在離21cm的地方挖空，泥漿噴出的量較多，因為他的釋放點在中 間， 兩邊的壓力較平均，靠近兩邊的洞因為壓力一大一小，所以流出來 的量較少。
實驗２
連續壁破洞愈多，地下街旁邊的房子傾斜更多。
討論：
甲.連續壁破洞了，泥漿會從洞洞跑出來，而旁邊的裂縫，也會使泥 漿大量湧出來，所以先擋土、修補裂縫，使泥漿不會從裂縫出來。
乙.連續壁的破洞愈多，流出的泥漿會愈多，使地下的泥沙掏空，造成 地層下陷，房屋傾倒。
丙.連續壁破洞，流出的泥漿力量很大，不容易阻擋，也使破洞愈來愈 大。
丁.我們在離地面４ｃｍ的地方穿洞，會看見泥漿從洞口滲出來，流量 小。流了幾分鐘就停下來了，因為流出的泥漿不多，所以實驗屋沒 有傾斜。
戊.在離地面8cm的地方穿洞，看見大量泥漿流出，因為流出的泥漿多， 所以實驗屋傾斜的角度比離地面4cm處穿洞，傾斜的角度大了許多。
己.當連續壁的洞離地面越長的地方，因為壓力越高，所以由洞裡噴出 來的力量越大，而且量也愈多。
庚.在地下街附近的泥沙越細，被水帶出來的沙也越多，而被噴射出來 的泥漿也越多。
研究八
給地下街興建時的一些建議。
地下街的危機 |
我們的意見 |
地下街橫臥在海安路下，長816m南北走向，伸入地下約16.5m，寬40m，阻礙東西流向的地下水，會造成地下街東邊牆壁邊的泥沙流失、掏空，引起地層陷，使房下屋慢慢傾斜。 |
1.在地下街不同的區段，埋設水管或設置水溝，使地下水能東西流通。 2.在地下街東邊建一條排水溝，使地下水順著溝渠流到兩邊。 |
地下街是空心的鋼筋水泥牆建築物，體積大；地下水又含多量鹽分，比重大，所以地下街會受水的浮力，慢慢的往上浮。 |
1.把地下街的下層水泥地加厚，使重量增加。 2.在上層加蓋小碎石，使重量增加。 3.地下街兩邊（東、西邊）的牆壁，會伸出樑架，和兩邊泥沙造成阻力。 |
地下街兩邊的連續壁擋土牆容易破洞，使地下的泥漿大量從洞口流入地下街裡面，造成兩邊地下泥沙和地下水的流失，使部份地層下陷，上面的建築物傾斜。 |
1.增強地下街兩邊的牆壁厚度，使它不容易破洞。 2.水是無孔不入，只要有細縫或小洞，水就會從這兒流出來，而且洞會越來越大，所以兩邊牆的外圍增建保護牆。 3.要有防震設備，以免把兩牆震裂泥漿流 入，整個地下街會毀滅。 |
七、結論
(一)台南市西門路以西在三百年前是內海---台江。所以海安路以前是內海，在道光三年、二十二年嘉南水患，山洪爆發，曾文溪河水氾濫，大量泥沙流入台江，淤積成沙丘，漸漸變成陸地。
(二)台南市的地勢東高西低，溪流由東邊流向西邊的台灣海峽，地下水在夏季雨季來臨時，約在1.30m。地下水的流向也是向西流。
(三)地下街是海安路中的一條水泥船，體積大，地下水上漲時，當比重小於1時，容易浮上來。
(四)地下水的流向由東到西，衝擊著地下街兩邊的牆，一旦破洞，大量泥漿流入地下街，造成部份地層的下陷，上面的房屋容易傾斜。
(五)我們的研究只是小朋友的玩意，希望我們的建議能給爸爸帶來一些啟示。
評語
文獻探討完備，模型模擬甚為合理，可將地球科學知識與日常生活結合，誠為可貴。