跳到主要內容

用等高線來續水

A swale on Zaytuna Farm – © Craig Mackintosh
(Remaining images below © Cam Wilson.)

用等高線來續水

Keyline Swales–a Geoff Lawton/Darren Doherty Hybrid

原文出自Mr. Cambell Wilson, November 30, 2009
譯註:這是這幾年我看過最好的Swales的說明(最小的花費,最大的效益)
Geoff Lawton 和Darren Doherty是澳洲永續農業的兩位大老,尤其在涉及到等高線續水的領域。他們都在一些非常艱難的的環境中有所表現,但有趣的是,他們的風格很不同,尤其是對水滲透的思考。
圖1.1–基本地形圖
最近我有一個想法,根據各自的優勢對他們的方法作一個簡單的比較為了幫助理解,我設計了一組邊界地形圖(圖1.1)。我知道,Geoff和Darren會流口水,因為他們抬頭一看,山上的潛在壩址,但我故意保留公式,讓事情簡單化,並限制滲透率的比較。
2.1–水窪地滲透表現
詳見動畫
同樣,雖然我還沒有記,每人都會把在小壩/濕地/淤泥陷阱盡量固住以防止土石流。

Geoff Lawton的做法
Geoff的想法是用景觀蓄水(通常可以連接小水壩,不過這是後話). 他的基本想法是把水留在儘可能的景觀相對最高點,並利用臨界等高線當作水量的最高調控基準。因為水是保持在相對最高點,因此水量有足夠的時間滲透到地底,同時這才能對地底土壤補水,這種做法才可以對樹木及植栽產生最大的效益(圖2.1).
他經常利用推土機建立大容量的窪地,(例如,以一台推土機的推刀寬,如圖2.2所示-推平行的土壁)。
圖2.2-以推土機建立等高線
這是非常適合亞熱帶也適用年雨量在50-100mm的乾旱地區,因為雨量不多因此必須盡量滲透到景觀,對種植的樹木有極大的利益。通常我們可以把水流量當作常數,在90度的連續梯度上,以地表的上下方計算。在圖2.3中的每一個大的紅點,代表著已滲入適量的水沿著窪地的長度。紅線顯示水徑量,因為它是通過土壤剖面中向下移動的水路徑。
景觀上的自然水流
A natural pattern in the landscape is that valleys are moist whereas ridges are dry. You can see this in the vegetation in any undulating National Park you go walking in, with lush, moisture loving plants in the valleys, and dry sclerophyll forest on the ridges.
In figure 3.1, each large blue dot represents an even amount of rainwater that has infiltrated into the land above our boundary. The dotted lines show the path that the water takes (90 degrees to contour) as it moves down through the soil profile. This image clearly illustrating why it is that the ridges are much drier than the valleys.

3.1 – Movement of soil moisture
Darren不喜歡窪地等高線蓄水法,部份修正
在圖4.1, 我把滲透路徑(圖2.2)跟降雨滲透(圖3.1)重疊。你會發現窪地的蓄水並沒解決山脊稜線缺水的問題

4.1 窪地滲透(紅線)
i參照水滲透量 (淺藍)
體認到這個問題後, Darren使用了林線當作等高線在George Howson的造林地Dalpura空拍圖中 (圖 4.2),林木聳立地並沒有輪廓,而是輕輕地從山谷(自然濕潤地區)對脊(自然乾燥的地區傾斜) ,因此,甚至代表了在景觀中的水含量。

4.2林線空拍圖

He creates his tree lines using a ripper and mounder, common in forestry plantings, which have a small gutter on the upper and lower sides which help to direct the water.  This is a cheaper and more fuel efficient option than a bulldozer or excavator, and works well in climates where rainfall events are generally consistent but small, such as in many temperate landscapes.
The green dots and arrows in figure 4.3 indicate the infiltration of the keyline mound during a small event. Water has been directed away from the valleys and encouraged to infiltrate on the ridge instead. You’ll notice that when combined with the water naturally moving down through the landscape from above, the moisture distribution is far more even than in the swale in figure 4.1

4.3 – Keyline mound infiltration
(green) in a small rain event
Despite the obvious benefits, one downside I see to this approach is that the gutters on the sides of the tree mounds have a relatively small water holding capacity. If the landscape has dried out significantly, for instance during a long drought, it’s highly possible that the soils will become hydrophobic, and therefore there will be little water infiltrating as it travels along the gutters. During a large rain event, which occasionally come during the summer when moisture is most needed, due to the small capacity of the gutters, only a small amount of water will be held and given time to infiltrate. The rest will spill over the mound and down the ridge (figure 4.4). This would particularly be the case where there is a large catchment above as in the example used.

4.4 – Keyline mound overflow
during a large rain event
(Note: At this point, I should mention that despite Darren’s mounds being smaller than Geoff’s swales, he places one for every line of trees, meaning that water infiltrates right at the base of each tree. Also, in the widescale forestry example of figure 4.2, the pasture in between the rows has been ripped using a keyline plow, which further increases the infiltration capacity. Similarly, when water does spill, it is in the best place possible – right up on the ridge where the water will fan out and have further opportunity to infiltrate)
簡單的比較分析
Geoff等高線續水 
–可以將大部份的水都囤積在景觀線之上,但在景觀水分佈不太均勻
Darren崚線續水
–土壤水分分佈更均勻,但無法大面積持有和滲透雨水。
等高線蓄水
5.1 – Side section view of a bulldozer
building a keyline swale
With the benefits of each in mind, I came up with a hybrid, which you could call a keyline-swale.
It’s built just like a swale, set out on contour, except that the base of the swale isn’t level, rather it slopes from the valley out towards the ridges.
To build the keyline-swale, pegs are set out on contour. Starting at the ridge, a mark is made on each peg, rising at 1 in 500 towards the valleys. This is the guide for the blade depth (figure 5.1).

5.2 Side section of a keyline swale
during a small rain event
During a small rainfall event (figures 5.2 & 5.3), water is directed along the trench from the valleys to the ridges, where it infiltrates in a very similar pattern to Darren’s keyline mound.




5.3 – Keyline swale (dark blue)
infiltrating during a small rain event
During a large event, the water would fill up along the length like Geoff’s large swale, however the water depth wouldn’t be constant. One possible benefit of having a greater depth of water out on the ridges is that there will be more pressure here, causing water to infiltrate at a faster rate than it will in the valleys (5.4 5.5). As the water level drops, it will of course infiltrate the remaining water on the ridge.


5.4 – Keyline swale full
If this was a temperate climate where large rainfall events are rare, on this landscape I would go for a keyline swale at the very top of the property, and then use Darren’s keyline mounds parallel to this down the slope. This means you’ll get the benefits of water being infiltrated at the base of each of the tree rows (by the mounds), hydration of the ridgelines, while also capturing any large flows that enter the property, infiltrating them right at the top of the slope.


5.5 – 等高線蓄水 (深藍線)
infiltrating during a large rain event






















譯註1: 中國的哈尼梯田更是驚人,古人說山有多高,水就有多高,為何要蓋雪山隧道?一個不可逆的生態浩劫

譯註2: 根據統計數據,台灣年平均降雨量有2千多毫米,是世界平均值的3倍之多,但因為降雨時間與­空間的分布不均,因此台灣雖然雨水多,但卻是名列世界第18個缺水的國家,因此在未來­氣候變遷的影響下,水資源愈來愈珍貴,充分利用、留住雨水就相當重要。其實雨水回收的概念相當簡單,不需要耗費太大的成本,­只需要經過簡單的過濾和管線的配合,家家戶戶其實都能有一個雨水的小水庫,在豪雨來襲­水庫源水濁度過高、或是地震中斷自來水供應時,就能有雨水的戰備用水。
期待已久的雨天終於到來,台灣雖然年平均降雨量屬於多雨的國家,但降雨時間與空間分布­的不均,讓台灣始終是缺水國家之一,如何留住這珍貴的雨水,是台灣未來面對氣候變遷不­得不面對的課題。

留言

這個網誌中的熱門文章

燈籠果

燈籠果 燈籠果屬於醋栗科茶蔍屬多年生灌木。株叢高1.2 米左右,果子是一個套着燈籠型莢子的小圓果,比拇指大一點,里面有很多小籽。未成熟時味極酸,成熟後呈黄綠色,完全成熟後呈紫紅色,非常甜,可以用來烤果餅,做果醬。燈籠果花朵燈籠果原產祕魯和智利,但是並不是什麼重要得產品。當地人隨便吃一點,偶爾也在菜市場看到。但是被廣泛的引入各熱帶和亞熱帶地區,所有番茄可以存活的地方都可以種。果醬和罐頭是居民的常用品,也經常出口。中部非洲國家,如加蓬,也有小型果園。 一、燈籠果的生育週期 1、發芽期:從種子吸水萌動到真葉露心為發芽階段,由播種到種子萌芽長出土,達到80%以上,大約需要7~15天。 2、幼苗期:苗出齊後,有80%的植株達到三片真葉,即第一個花萼形成前約20~30天。此期主要是根、莖、葉的生長時期,在生產上要採取良好的措施,培育生長發育健壯的幼苗,為高產、優質、豐產打下良好的基礎。 3、開花期:從開第一朵花開始到最後開的一朵花所持續的天數,為開花日數。最早開的第一朵花達5%的植株為開花始期,以月、日表示,植株最後開的花,而漿果又能在霜前充分成熟的日期為終花期。 4、結果期:結果期分為始期和終期。結果始期,即有5%的植株落花後,坐住果的日期。結果終期,即是終花期的花坐住果的日期。   5、成熟期:漿果成熟期,可分為始熟期和終熟期。始熟期,即有5%的植株第一個果成熟的日期。終熟期即最後充分成熟漿果的日期。燈籠果是由下向上陸續開花結果成熟的。第一個花果實膨大生長,第2~4朵花相繼現蕾、開花和結果。 二、燈籠果對環境條件的要求:   1、溫度:燈籠果性喜溫,不耐霜凍。種子發芽以30℃左右發芽迅速;幼苗生長期20~25℃、夜間不低於17℃適宜生長;開花結果期白天以20~25℃、夜間不低於15℃為宜,否則易引起落花落果。氣溫10℃以下植株停止生長。0℃以下植株受凍。經調查看,幼苗耐低溫能力不成熟,所以露地生殖時期不能過早,而必須在晚霜過後方可栽植。   2、光照:燈籠果對光照要求比較敏感,需要充足的光照。在3000~4000米燭光範圍內,生長發育協調,果實品質優良。光照不足時,植株徒長而細弱,產量下降,漿果著色差,品味不佳。因此,在生產上必須注意種植密度的合理性和打尖、抹芽、整枝的必要性。   3、水分:燈籠果需水較多,尤其在漿果開始成熟前期,枝葉和果實同時生長,需水較多,當漿果大量...

蔬菜對溫度日照條件的要求

蔬菜對溫度日照條件的要求 全日照  8個小時日照 瓜類、茄果類、豆類、山藥、豆薯(地瓜)。番茄、黃瓜、茄子、辣椒等喜溫中、強光性 蔬菜夏秋季生產,玉米、青椒、西瓜、南瓜、西紅柿、茄子、芝麻、向日葵類。 其次是根莖類,如:馬鈴薯、甜菜、胡蘿蔔、白蘿蔔、甘藷、山藥等等。至少需半日照,才能生長,芋頭雖喜歡全日照,但比其他蔬菜耐蔭。  需要中等光照大白菜、甘藍、芥菜、蒜、洋蔥。  長日性蔬菜白菜、甘藍、芥菜、蘿蔔、胡蘿蔔、芹菜、菠菜、萵苣、蠶豆、豌豆、大蔥、洋蔥。 短日性蔬菜豇豆、扁豆、莧菜、空心菜。          中光性蔬菜黃瓜、番茄、茄子、辣椒、菜豆 菜豆 菜豆喜溫暖,不耐高溫和霜凍。菜豆種子發芽的適溫為20-30℃;在40℃以上的高溫和10℃以下的低溫,種子不易發芽。幼苗生長適宜氣溫為18-25℃。花芽分化的適宜氣溫為20-25℃,過高或過低溫度易出現發育不完全的花蕾、落花。 菜豆對光照強度的要求較高。在適宜溫度條件下,光照充足則植株生長健壯,莖的節間短而分枝多,開花結莢比較多,而且有利於根部對磷肥的吸收。當光照強度減弱時,植株易徒長,莖的節間長,分枝少,葉質薄,而且開花結莢數少,易落花落莢。 菜豆根系強大,能耐一定程度乾旱,但喜中度濕潤土壤條件,要求水分供應適中,不耐澇。生長期適宜土壤濕度為田間最大持水量的60%-70%,空氣相對濕度以80%為宜。開花結莢期對水分最敏感,此期土壤乾旱對開花結莢有不良影響,開花數、結莢數及莢內種子數減少。土壤水分過大時,下部葉片黃化,早脫落。空氣濕度過大會引起徒長、結莢不良。 菜豆具有深根性和根瘤菌,對土壤的要求不甚嚴格,但仍以土層深厚肥沃、排水良好的輕砂壤土或粘質壤土為好。土壤過於粘重、低溫、排水和通氣不良則生長不良,炭疽病重。菜豆喜中性至微酸性土壤,適宜的土壤pH為5-7.0,其中以州6.2-6.8最適宜。菜豆最忌連作,生產中應實行2-3年輪作。 菜豆生育過程中,主要吸收鉀和氮較多,還要吸收一定量的磷和鈣,才能良好發育。結莢期吸收磷鉀量較大。磷鉀肥對菜豆植株的生長發育、根瘤菌的發育、花芽分化、開花結莢和種子的發育等均有影響。缺乏磷肥,菜豆嫩莢和種子的品質和產量就會降低。缺鈣,幼葉葉片捲曲,葉緣失綠和生長點死亡。缺硼,則根係不發達,影響根瘤菌固氮,使花和...

連通管原理與應用

英 文版, English version   中 文版, Chinese version 西班牙文版, Espanol version  連通管基本原理 1. 連通管原理指的是,在一般開放的空間中,幾個液體容器的底部都相通的裝置,而若任一容器內注入液體,則當液體靜止時,各容器的液面必在同一水平面。 2. 兩 端的大氣壓力一樣,但管內兩端的水受重力作用而各自下墜,下墜瞬間,在圓弧頂部拉出一個真空,因真空而有壓力差,此時兩端的大氣壓 力再次從兩端將兩管的水壓回,但壓回的力量是大氣壓力減去管內的水壓(F=(Patm-PH2O)*A),而長管內的水比短管內的水還要重,所以壓回的力 量是短管的壓力大於長管的壓力,所 以,虹吸管內的水就會不斷的由短管端流入而由長管端流出。   3. 如果我們用兩根連通管,所以效率會變成兩倍。 4. 如果用兩根連通管,但是其中一個連接抽水馬達 , 此時 一根連通管是抽水,所以另一根把水送回 , 大氣壓力將兩管的水平衡,所 以,一個馬達可以有兩倍的動力 , 水就會不斷的循環。 問題1:請比較上連通管與下連通管的差異? 問題2:請問雙連通管時,管徑與高度差的關係?   簡易潮汐開關  (外部連通管)  1. 由於水持續進入水箱,水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。(潮汐開關內的底部是連通的)。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到外部的開口端。 2. 一旦水上升到內部的開口端,它變成一個密封空間。由於水繼續上升,在水箱內水位繼續上升,但速度變慢。同時,水箱內水壓漸大。 3. 由於水位接近高水位線,壓力在開關內鐘將水位上升到臨界,造成部份水會先進入管道。 (同時會將管道上端部份空氣帶出,因為空氣在管內流動,也是噪音最大的時候) 4. 由於水在水箱到達高水位線後,體積空氣被迫壓縮管道,並透過虹吸作用,排出的空氣壓力後,進而開始大量排水。 (一旦開始大量排水,也是聲音最小的時候) 5 .水會一直流出,直到水位低到讓潮汐開關吸入空氣。然後,潮汐開關回歸起始位置。 6. 由於水持續進入水箱,水在水箱和潮汐開關內以同樣的速度上升。(潮汐開關內的底部是連通的)。虹吸管是通到外部的。水會持續上升到內部的開口端。  可以參考以下的...