View source for 天然地面集水區與開闊水域之水庫

__NOTOC__ <small-title />
[[Image:ground ctch icon.png|right|80px]]
[[Image:LinedPond.JPG|thumb|right|200px|有鋪設內層的自然水塘，衣索比亞。照片來源： [http://www.ideorg.org/GetInvolved/Media.aspx iDE.]]]

大型的開闊水塘有利於貯存雨水。天然窪地（盆地）也以相似的方法貯存雨水，差別是天然窪地無經設計及修改。本篇所提及的水塘種類包含經開鑿而成或利用天然地勢所形成。此外，大部份都有堤防圍繞著部份的水塘來留住池水（堤防的建材可從開鑿工作挖掘而來）。水塘在不同國家有不同的名字，但通常包含「johads」和「hafirs」。這些水庫也可形成於現存的季節性水道或溪谷水壩（本質上同攔沙壩/防砂壩）。水庫補給含水層的能力可高可低－例如建造水塘的目的為增加地下水的補給。水塘十分適用於貯存多用途的地表水（例：灌溉、餵養家畜），此外也可用於補給地下水。水塘也可鋪設不透水內層。

===適宜條件===
* 水塘基部需為不透水，例如：無縫岩石或黏土，以節省成本及不需再額外鋪設不透水內層。 
* 降低開鑿 – 使用天然或人造地質元素，例如：可使用道路建設中或斜面地基的土坑。 
* 尋找會引發高度逕流的高強度降雨區域－如此一來，水會充滿水塘而非入滲至土壤中。 
* 在大的流域中建造5至10公頃之小型水庫－其溢洪道如設計優良，將不會帶來任何問題，水庫內的水也會很快地填滿。在此情況下，選址的位置應取決於是否鄰近於任何村莊、地形的幾何或有無通道。水文學可應用於設計大於15公頃之大型水庫。然而一般來說，特別是在建造有季節性水道的溪谷水壩時，不要在大於400公頃 (1,000公畝)的集水區內建造低於10,000立方公尺的小型水庫。不然過度溢出的水量會逐漸侵蝕溢洪道。
* 如在畜牧區，可將水塘建在下完雨即立刻被使用於放牧之區域。如此一來，可在雨水滲流及蒸發之前先取得最大的水量來補給用水需求，減少其他資源的滲流及蒸發量。例如：砂壩可留供牧場在後來的旱季使用。


{| border="1" cellpadding="5" cellspacing="0" align="center"
|-
! width="50%" style="background:#efefef;" | 優點
! style="background:#f0f8ff;" | 缺點
|-
| valign="top" | - 就算直接利用水塘的水源，水塘還是會補給地下水，並也補給水塘周邊的水井，所以水塘乾涸了之後還有水可使用。 <br>
| valign="top" | - 十分容易淤塞。因在集水區域內無植被覆蓋，強烈降雨及高度逕流量會導致土壤流失，使得清淤工作非常花費金錢及時間。 <br>
- 維持水壩需社區自治體的共同努力，但單是社區自治組織的力量不夠強大。 <br>
- 因蒸發及滲流組合率高，水塘內的水會很快地蒸發。例：在印度大約四至六個月。 <br>
- 傳染媒介可在開闊水域中生長。 <br>
- 微生物水及化學水的水質不適宜直接飲用。 <br>
- 建設成本高。
|}


===應對環境改變的適應力===
====乾旱====
'''乾旱產生的影響''':  乾涸快，特別是在無鋪設不透水內層的水塘；以及無法提供動物足夠水源。<br>
'''這些影響的潛在原因''': 降雨量小；高蒸發率；水塘基部及水壩滲流率高；貯存容量不足，無法滿足需求－由於泥沙沉積量大和建造水塘的施工複雜，因而造成水塘淤積。<br> 
'''加強WASH(水、公共衛生及衛生保健)系統的適應性''': 減少蒸發及滲流；實施正確的施工方法；減少水塘淤積以獲得更多容量；推廣水塘私有制從而使清淤更容易；增進低成本長期貸款，使農民可以實現技術復制；採用分期建設，直到容量足以滿足人們對水的需求。

關於治理乾旱的更多內容: [[Resilient WASH systems in drought-prone areas|易旱地區具有適應力的WASH系統。]].

===建造工程、營運及維護===
'''對於水泥的建議''':  錯誤地混合及使用水泥是造成建築物及內壁裂縫（例如：水庫、壩、水道、井）的常見原因。首先，混合水泥使用純淨的材料是很重要的，如乾淨的水及沙石。各項材料需充分混合。其次，混合的水量能少則少：混凝土或水泥只需能混合即可，寧可乾一點也不要變成液體。再者，在固化過程中，水泥或混凝土需一直保持濕潤至少一個星期。期間能以塑膠、大型的葉子或其他材料覆蓋，及時常灑水保持潮濕。 

'''具體建議''':
當社區一起計畫並建造水塘，水的用戶組以同種族或同是女性為最佳，如此能保持計畫的持續性。

====測量水塘====
[[Image:SmallNaturalPond.JPG|thumb|right|200px|用途為收集雨水的小型自然水塘。<br> 照片來源： [http://ruralradio.cta.int/RainwaterHarvesting.htm CTA Rural Radio Packs.]]]
根據以下參考，水塘尺寸（即水壩高度）可由對水的需求量、蒸發及滲流損失、關鍵時期的長短、以及平均徑流量來決定：
* 測定需水量（R 公升/日） 
* 估測水庫面積（A 平方公分)，蒸發及滲流損失（E 毫米/日）以及每天損失容積（A x E 公升/日） 
* 估測當「逕流量少於水需求量及損失量（T 日）」，以及「使用水庫內的水以達到水的需求量」，當中兩者的關鍵期長度 
* 估測在關鍵期的平均來水量（Q 公升/日） 
* 計算所需的有效儲存空間（S 公升）＝（R + AxE – Q）x T 
* 選址應以考察來估算水庫面積（A 平方公尺）用以瞭解一般水位（D）– 這能使水庫容量大於所要求的貯水量（S）以達到安全距離。 
* 水壩的高度為D加1公尺（為了保持溢流水位及安全距離）

====建造水塘====
迦納研究建議，新水壩應在修建前解決土地所有權的問題。私人擁有的小規模水壩則在參與建造及維護過程中較容易成功。 
* 因選址位置、設計不當、缺乏設計、粗糙的建築技術及缺乏維護，使得小水壩較大水壩容易建造失敗。在蘇丹的某一例子顯示，破裂的水壩堤防歸咎於嚴重低估逕流量，以及整體的設計不良。因此合適的設計、建築及維護非常重要。以下提供高度在3公尺內、水保存於堤防內的山坡擋水壩指南。（超過3公尺高的水壩則有其他指南）
# 壩牆建材需為不透水。因裂縫會導致破損及滲漏，黏土含量需高至裂縫無法產生（最少55％）。也需避免使用以下之建材：有機材料，包括表層土及帶有地下莖及石頭的表層土、腐敗材料、雲母含量高之材料、有裂痕的黏土、煅燒黏土、細沙、片岩與頁岩，以及高濃度含鈉土壤。水壩的破損通常是造成建構失敗的主因，且能以滲流率提高、受污染的滲水、在堤防上或附近的排水口以及水中的漩渦中觀察得知。
# 水壩需有個最低為2.5公尺寬的截水牆以將壩體鎖進底土地基。 
# 除去表土，因其含有機物質。 
# 水壩建材需堆疊成100-200毫米深，在含水量最佳時利用滾筒、車輛或是動物將其壓密（建材不能濕至捲成管狀時破裂，夠濕潤卻不能沾黏在捲筒上）。 
# 在建造過程中，在原先所設計的高度之上再增加10%的高度，以填補完工後的沈陷量。 
# 上游坡度比應為1：3，下游坡度為1：2.5。 
# 水壩應做防止漫頂的設計。水位需低於壩頂1公尺，例：一座3公尺高的水壩的通常水位（簡稱D）應為2公尺高，預留0.5公分（溢洪道的高度）以防淹水，外加0.5公分的安全距離，以防風及浪引起的水位升高，從而沖蝕破壞壩頂。 
# 壩頂中心應比其他地方高10%，呈凸形，因此發生災難性漫頂時，水能由两邊溢出，維修工作則能減少。 
# 壩頂寬度最少需為3公尺。大於3公尺之水壩，寬度至少需大於4公尺。從壩頂的下游坡至上游坡度需為1：50。
# 水壩堤防的上下游都需被保護。以覆蓋表層土及種植易生長的草（如：偃麥草、肺筋草及狼尾草）來對抗侵蝕。在乾旱及半乾旱地區這些若無灌溉即不長草之地，建議使用600毫米以下之級配碎石取而代之覆蓋在壩堤上。 
# 保護上游坡：將一根漂浮的木材固定在距離水壩兩公尺的地方即可（十年需更換一次）。上游坡的石頭或柴排也可降低侵蝕。也極為推薦用600毫米或以下的級配碎石來保護上游坡。
# 岩石堤趾排水層有助於收集滲流水（土壩無可避免滲流）– 此排水層建至三分之一壩高，且使用一層級配泥沙/砂礫層將水壩建材及岩石堤趾分開（以避免黏土粒子被沖刷掉）。 
# 溢洪道排水口需夠穩固以抵抗侵蝕（請參照選址章節）。溢洪道能以水泥製成，而草皮溢洪道則是低成本的選擇。如草皮無法好好生長，可以由級配碎石代替。水速不能超過2.5米/秒。 溢洪道入口寬度根據洪水流而有所不同，但最小寬度需為5.5公尺。溢洪道需遠離破瓦殘礫，因過去曾出現過漫頂的事故。 
# 溢洪水道需防止水壩的構造被侵蝕，理想上應鋪有不透水內層，及以內壁引導水流向正確的方向。草已足夠作為鋪設內層的材料－將短的多年生草本植物（如狼尾草）種植在等高線上，間隔30公分，可抗侵蝕。建造間隔2公尺的矮石牆亦可作為階梯來減緩洪水。有內層的溢洪水道尾端需有道截水牆鎖進底土或岩石，以預防削弱水道。溢洪道邊坡應為1：33。
* 藉助公牛開鑿是最便宜的方式。
* 分期建設對於想建造個人水塘的使用者是可行的方法。可藉著每至旱季，水塘依過去的紀錄加深至容量足以滿足需水量來達成。對於有著護土牆的山坡黨水壩，牆高及厚度皆需依照條件設計。
* 許多用來貯存水的小型水庫皆擁有很高的滲流率（多達24毫米/日），這些資訊對於水庫設計十分重要。然而在設計計算過程中，滲流量常因其量化困難而被漠視。一個測量水庫底部滲流率的田野方法已被開發來用於輔助設計。但大體上較好的設計為，測量水塘多出的滲流量損失。滲流量可用以下方法來減少：
# 以黏土覆蓋水塘基部，再以車輛及動物將其壓密。額外的粉狀蟻丘及萊姆據說可讓此內層更加堅固。
# 在過去，大型的開闊水庫均使用天然及人工鋪設的不透水內層，但此方法十分昂貴，加上內層材質易為家畜及紫外線輻射所破壞，使得清淤活動更加困難。

====取水及水處理====
使用抽水機或水管直接抽取水，為從岩石表面或在水壩後貯水的開闊集水區取水的最佳方式。抽取過程應避免打亂平靜的水，以降低往後需做的水處理。
* 直接取水是第一種做法：經由裝置在堤岸上的泵（小又效率高的電動泵或手壓泵），以漂浮的排水入口降低沉積物的進入。第二種做法為：以一條水管及濾器穿過水壩至下游出水管。但此方法有潛在削弱壩牆的問題。此外，以管輸送岩石時，管子需小心地從外固定在錨柱上。
* 雖有預防措施來降低混濁度（排淤泥管，抽取方法），水還是無可避免混濁及污染，需處理。 
* 如使用直接取水法，則鼓勵使用家用水處理－因其清除水中污染物的效率高。 
* 開闊水域因有過多的營養物而易滋生藍綠菌，雨季初則是藍綠菌繁殖最容易的季節。藍綠菌對人體有害，能引發一些輕微的不適如頭痛；或使肝功能產生致命的惡化進而演變成肝癌。然而因缺少專門知識及有效的檢測計畫，藍綠菌的影響在開發中國家被嚴重被忽視。開闊水域有使藍綠菌繁衍茂盛的傾象，因此水泥生物沙濾器（Concrete Biosand Filter）是非常好的選擇，因其可消除藍綠菌的毒素。 
* 有其他更適合移動族群的技術（如：陽光消毒法或是陶瓷罐濾器，憑混濁程度而定）。 

如水庫在靠近城市的環境，或在逕流地區附近有精深的農業技術，水源的多樣化能提供除了直接飲水之外別的選擇。加強控管及限制使用違法的物質也有所幫助。
* 以微生物水及化學水的品質，不能接受直接飲用。
# 從污染土地上及人畜共通取水處逕流下來的水帶有很多細菌。 
# 當逕流從農業區輸入時，殺蟲劑及肥料可能會隨之進入水塘及沉積物－這些物質中，有些對水棲環境及人體健康有害。在象牙海岸做的測試顯示，從種菜田地逕流至水塘的水，混合除蟲菊精類的程度驚人。缺乏資訊及警覺，加上鬆散的法規，許多不同的化學物質可能都已被用於農業活動中。 

要以減少營養物質進入水庫來降低風險的方法有許多種－例如，可將富含營養物質的水源在流入水庫前，在逕流區內用於復興植被。

====維護====
淤塞是造成水塘及水壩失敗的最大風險。最重要的是，盡可能防止淤泥積塞以降低清淤的需求，及持有清淤裝置和可行的體制安排。
# 在溢流區域維持良好的、以當地植被做成的覆蓋物，可以防止淤塞形成。肯亞基圖伊郡的Kambiti農場是個很好的例子：已損壞的土地可重新被處置，開放式水壩也因放牧處理而無淤塞狀況；在等高線上種植樹木草皮也有助益。
# 如果入流渠道輪廓分明，淤泥排水管可嘗試以坦尚尼亞之Charco水壩的運作方式來減少積塞量。在此情況下，排在入流渠道上的石頭可形成迷你水壩，而多年生草本植物可在迷你水壩之間生長，以降低水流速度而促進沈澱。
# 在某些階段清淤是極有必要的。與通常在DCM（乾旱週期管理）恢復階段時使用的方法相比，或許還有更多可持續的途徑；因DCM階段通常都是由非政府組織支付費用且少有團體願意為此努力。雖然藉著動物來清淤似乎為一個可行、有用的方法，但還是需以「以糧換工」或「以現金換工」來刺激社區改良他們的水塘。較佳的清淤方式為，只訓練幾種動物來工作以達到減少損壞裝備的目的；但農夫們不太頃向於讓自己的動物在別人土地上工作。這即牽涉到，缺少所有權的社區方案是造成WASH方案不斷失敗的原因，而需要創新的方法來創造所有權及設備管理。因土地所有者在維護和清淤時有既得利益，使得體制彈性的清淤方法有利於促進水塘在私人土地上的發展。長遠來看，可減少非政府組織的干涉。

====其他考量====
* 高蒸發率根據氣候的不同，在某些開闊水域是很常見的。估算的蒸發量極有可能高於真實情形－例如，陸上蒸發皿會從其側邊及底部接收多餘的能量，使得蒸發皿測量法常超過水庫蒸發量。即使如此，因蒸發而損失的水量還是相當地多。以下方法可降低蒸發量：
# 挖深水壩以得到更大的體積與面積比。坦尚尼亞的Charco水壩以其半球形的設計達成此目的。潛在的問題是，在加深深度上需要更多的投資。從蘇丹挖掘水庫的經驗中發現，以糧換工的行為顯示出水壩越深，食物配給量越高。
# 在水塘附近種植樹木可用來防風，由此降低蒸發量。
* 在旱季建造水塘。
* 魚群可捕食蚊子的幼蟲，也提供營養物質。泥鰍是個好選擇，因為它們可在乾旱期間存活於水塘底部的淤泥裡。
* 在南非的經驗中，取得經濟資源能促使農夫實施建造水塘，是十分重要的因素。

===花費===
* '''高成本建設－蘇丹:''' 蘇丹水庫「hafir」 80公尺 x 60公尺 x 3公尺深（14,400立方公尺）400個受益人花費美金8,000元。水庫hafir在三個月內完工，有190個挖掘工人，不以糧換工但花費都在於工具及裝置水池入口和排水口。

*  '''不同的規模－肯亞:''' 規模從20肯亞先令/立方公尺（0.27 美金）的一個以公牛協助建造的5000立方公尺的峽谷壩，到100肯亞先令/立方公尺（1.37 美金），擁有100立方公尺貯存容量的水庫都有。

===實地經驗===

'''水塘私有權及清淤'''<br>
以下列國家以往的經驗來說，印度支持私有制，因此提供土地以建造水塘 「johad」補給鄰近地下水的農人應為最大受益者，但村民也能獲利。在索馬里蘭成功的例子則是一個私有的水塘「balli」，擁有者販售水給村莊裡的人－雖然好似剝削，但卻是其中一個現在年年還持續運轉的水塘。玻利維雅也證明了此論點，農場池塘為了居民而建造，但卻產生了許多所有權及維護的問題。反之，私人擁有制被證實是個較好的做法。在辛巴威使用水壩的居民認為，因其投資報酬率實在太低，就連對村莊致力奉獻的村民都很難持續推動水壩維修工作。

例子：肯亞的基圖伊郡在1979年顯示，59座開放水壩裡有43座已淤塞或損壞。

'''公牛犁地清淤'''

以公牛犁地及剷除淤塞水塘的方法，在阿地斯阿貝巴的牧場區域是既便宜又可實行的。畜牧族群應直接證實此方法既有益、又適當。

從1967年開始，西非花在水塘及水壩建設上的金額估計已達五千萬美元。但大多數的水塘及水壩都因嚴重淤塞而遭致丟棄。在衣索比亞，每座水塘的淤塞率在南方牧場估計每年1,000至2,400立方公尺。當地的畜牧族群以手清淤，每年的挖掘量無法超過15到20立方公尺。

根據國際非洲牲畜中心（ILCA），以公牛犁地及挖勺的方法建造小至中型的水塘，以及維持或擴大現有的水塘是可實施的。在一次的實驗中，ILCA研究員使用了五個衣索比亞製造、有著0.2立方公尺容量的金屬勾杓（成本美金150元/個），以及當地設計的六個簡單、以公牛協助的「Matesha」犁。

公牛平均每天工作五個小時，兩隻同行工作；每天兩對公牛輪流工作。公牛們每天的食物是兩公斤的麥麩及含油種子糕「noug」的混合物，及放牧七小時。餵食濃縮飼料是必須的，因為乾旱已導致草地驟減。每隻公牛依照慣例三天洗一次澡。七個水塘的淤泥在81天內清理完畢。所有清除掉的淤泥共佔了3,254立方公尺。一對牛每天挖掉的淤泥量平均有62擔，共13立方公尺。 以勾杓清淤的成本，每個立方公尺共花美金0.3至0.4元。至於使用起重機，每立方公尺則花費約美金2至3元。

===指南、影片及連結===
* [http://www.smallreservoirs.org/ 小型水庫工具包] 由Marc Andreini、Tonya Schuetz以及Larry Harrington編輯。小型水庫方案。題目包含：干預計畫、儲存量及水文學、生態系統及人類健康、機構及經濟。

* [http://ruralradio.cta.int/RainwaterHarvesting.htm CTA: Rural Radio Packs]。 關於雨水收集技術的面談內容mp3欓以及文字記錄檔。

* [http://www.ideorg.org/OurTechnologies/WaterStorageSystems.aspx IDE]。 給不同的雨水收集方法提供如塑膠內層或圓桶之類的材料。供應非洲、亞洲及拉丁美洲。

* [http://www.waterforaridland.com/Books/Book4water%20from%20small%20damspdf.pdf 小水壩裡的水：給技術人員、農夫以及其他人員做就地調查、設計、估量成本、施工以及維護小水壩的指南]。 Erik Nissen-Petersen 獻給丹麥國際開發署（Danida），2006。

===感謝===
* CARE Nederland, Desk Study: [[Resilient WASH systems in drought-prone areas|Resilient WASH系統在易乾旱區域的適應強力]]。 October 2010.

* [http://www.bebuffered.com/downloads/profit-from-storage-reprint-2013_digitalvs.pdf •	貯藏的利益：3R的價值]。 RAIN, et al.