Difference between revisions of "沙坝"

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肯尼亚基图伊的沙坝建造。图片来源：M. Hoogmoed.

沙坝是一种建造简便、成本低、维护工作量少且易复制再造的雨水收集技术。沙坝为家庭及农场提供清洁的当地用水，适用于全球的半干旱地区。

在降雨量极不稳定的地区，通常砂质河床上会有季节性水流临时流经。这些地区只在雨后才有短时大量的径流，而大量的沙会在这一时段被带到下游。在流动过程中，一些沙会被阻挡在上游突出的岩石处，于是，天然水中的这些沙子便形成砂石含水层。沙坝技术由此应运而生，重现这种集水机制，扩大现有的砂石含水层规模。

天然集水的区域通常汇集了清洁的饮用水，但数量有限，很快便会耗尽。而沙坝对砂质河床进行了人工改进，能补给、储存更多水，以供备用。用混凝土、黏土或石材在河道的一些特定处建造水坝，为的是能在洪水期间留住沙子；这样便创造了额外的地下水储备，在旱季得以利用。

如果选址准确适宜，沙坝中可用的总水量至少有6000立方米。

沙坝项目不仅提高了水的可供性，也有利于社区的社交和经济。当地人会获得培训，参与建设和维护沙坝，并管理财务和自然资源。

适宜条件

洪水期间的沙坝。图片来源：RAIN Foundation.

沙坝可因家庭、社区甚至市政用途建造使用。有些沙坝通过渗渠、排水井和泵站与市政水管系统连接。

然而，选定建坝的最佳位置需要专业知识的投入，确保项目能适应当地社区的实地条件和社会环境。在每一个集水区设立一位工匠领队来进行选址或可提高成功率。从实际出发，选址必须适宜建造沙坝，能提供安全的饮用水，也能利用沙子的沉积增加水的供给。首先，必须判定河流是否适宜；第二，必须选择河床的最佳区段；随后，确定最佳选址。

通常而言，沙坝需要建在丘陵地带中的砂质河床上。河床最好有不透水的基岩，上面铺有粗砂。河流需是季节性的，但必须有基本流量。要判断河流是否符合上述条件，可以观察生长在河边的植被种类。河流不能太宽（最宽25米），两边需要有较高的河堤。

请确保把沙坝建在河水会流经坝体的区域，两边河堤要等高，高度要足够（坝高+洪水水位+10%），且不要把沙坝建在河流弯道附近。

以下选址能防止漏水：

• 要有非渗透性的基岩或黏土，而非有裂缝的石头。一个实用的判断指征是，在旱季是否有先前就存在的地下水流，并且，在河床上是否有较大的岩石和卵石。选址时需要特别留意，因为在这些情况下，沙坝下方可能会出现渗漏。
• 选址在基层上，而非在沙中的黏土透镜体上。
• 要在确定的河堤间，若河堤任一边有旧河床，则需确保旧河床不会使沙坝边缘有地下水存在。

要选择斜度适宜留住沙子而不是淤泥的地方建坝。水流速度至少要达到每秒0.45米才会留下较少淤泥，因此，这样的区域就需要斜坡角度适宜——若太平便会有太多小颗粒和淤泥。坡度越平，河床便越宽，而建沙坝必须要25米以下的河宽。据说最佳的斜度是在0.125%至4%之间；虽然也可以高于4%的值，但会造成沙储备量减少。若想要确定粒径分布，沙子分析是一种较简易的实地检测方法，或者可以通过孔隙率和单位出水量测试来推断沙子可能的类型。中粒砂可以最好地平衡孔隙率和单位出水量，因此是最需要的类型。

如果河流较窄，并有阻挡地下水的天然屏障，这样的选址因沙量已达最多，能降低建坝成本。要找到这样的屏障，可以通过观察雨后积水在勺状孔中的位置，或通过探针、螺旋钻和浅探井，或空气压缩机钻孔等方法。

避免在上游河堤有盐岩（呈白色和粉红色）的区域选址，否则会使水中含盐。

在同一条河上建坝要有秩序，以避免所有人过度使用同一水源，造成可能的生态破坏。而坝间距太近则会使各自影响的区域重叠，会造成水位普遍升高，而可供使用的总水量降低。对每一区域而言，水量更为重要，因此最好设立最小坝间距（以往，肯尼亚的最小坝间距为700米，坝每边350米是影响区域，但需视不同地点而定）。

建坝适宜条件也与其它因素相关，如：气候，有无卵石，同时也必须具体分析河床倾斜度来判定选址是否合适。并且，虽然实地条件可通过人为来改善，但水质必须达到可以饮用的级别（不能含盐太多，不能受污染，等）。

顺应环境变化

干旱

干旱效应：会干涸；出水量低。
潜在的因果关系：降雨量的减少会降低砂石含水层的补充。人口和用水需求增加；砂石含水层的大小，如，有限的沙量；坝后积聚了太多淤泥；井深入地下水位的深度不够；选址不当，引发水坝泄漏。
提高水、环境卫生与个人卫生系统的适应力：选址和建造符合要求；分阶段建坝以减少淤泥；在上游流域运用土地和水源保护技术；将抽水井或取水管道挖得更深。

点击链接了解应对干旱的更多详情：易旱地区中，具有适应力的WASH（水、环境卫生与个人卫生）系统.

洪水

由于洪水会导致数百吨水量冲过坝墙，流至溢洪平台，因此沙坝需要精心维护，及时修理。洪水也可能溢出并侵蚀翼墙，甚至在大雨时溢出河堤。决定选址处的坝高和溢洪道高度时，非常重要的是：水坝竣工后，水位与洪水高潮线要低于河堤高度；或是洪水不会导致水坝上下游产生问题。如果洪水位比河堤高，则不建议建坝。

建造、运作与维护

沙坝横截面
图片来源：荷兰水利工程。
点击图片查看详情。

人们正在挖取沟渠。 来源：RAIN (n.y.)

首先，需挖取沟渠，用桩子标记沟渠地点。随后，深挖沟渠，将土壤置于下游。也可以挖到基岩处。然后，需要检查风化带和裂缝。圆形杆子沿沟渠垂直放置，用以加固。之后，铺设地基。地基由两层夹着带刺铁丝网的水泥构成。一旦地基铺设完成，沟渠由砖石或灰浆和岩石碎块填满。随后，可建造翼墙和最终的坝墙。最后，粉刷建筑物上任何裸露的部分。

建造沙坝（以及翼墙）

对于水泥的总体建议：建筑物和内里产生裂缝（如，水槽、坝体、排水沟、井）的普遍原因是由于水泥混合和施用不当。首先，只用纯净的原料（干净的水、沙、石头），这一点至关重要。原料必须充分混合。第二，混合时需要的水量极小：混凝土或水泥的湿度要恰到好处，不稀且较干。第三，在固化过程中，水泥或混凝土至少一周都必须保持水分。在固化过程中，建筑物应该由塑料、大树叶或其它材料加以覆盖，并定期保持水分。

具体建议

建造中的沙坝。索马里兰。 Eric Fewster, BushProof / Caritas

竣工的沙坝。索马里兰。 Eric Fewster, BushProof / Caritas

• 时间安排很重要：建坝需在旱季进行，且勿太临近雨季，以避免沟渠被水填满或坝体被冲走。
• 建坝方法由水坝类型和地质类型来决定。在梯级地形上建造沙坝能提升总储水量和效率，并将渗流损失降至最低。混凝土、砌石（最便宜、最简单）和砌砖建成的水坝虽然需要技术娴熟的工人来建造，但会更坚固，使用寿命也更长。
• 通常，沙坝要建在岩层上，但在没有岩石而只有黏土的情况下，只要地基能嵌进黏土层，且坝墙不超出原有沙层0.5米，沙坝仍能运行；否则在洪水期间，坝体有倾覆的危险。
• 坝体需嵌入河堤，或建造翼墙来防止沙坝边缘侵蚀。建造翼墙的情况下，较好的方法是先从翼墙开始建造，然后向中心动工。如果不先建造翼墙，社群的建造热情会在翼墙竣工前就下降，而翼墙对沙坝的正常运作来说至关重要。翼墙的长度随河堤的特性而定：松散的河堤，7米；硬质的土壤，5米；硬质且不透水的土壤或岩石则不需要翼墙。在上游河堤种植象草可以控制侵蚀，并在洪水中修正河道。
• 在每次洪水来临前建造的坝墙高度不能超过当季洪水里粗砂至中粒砂的堆积速率，否则会出现积水成池和泥沙沉积，这将降低单位出水量且增加毛细管作用，而导致位于上游的井取水率有限且更多水分蒸发流失。从1.3米深的水坝观察发现，当更精细的物质成分（小于等于0.063毫米）增多，单位出水量会显著降低。堆积速率及相应的坝墙高度根据具体位置而定，且需要在第一次洪水来临后得出堆积速率，从而对每一位置的坝墙高度进行调整。根据以往工程的经验来看，每一阶段的坝墙高度差不多在0.3米至1米之间。随着洪水消退，由于速率下降，总是会出现一些泥沙沉积；这一点被用来限制最终沙量中的泥沙沉积。
• 在混凝土中的大石块底部建造防护板（消力池），防止下游的侵蚀问题。防护板尺寸需要设计，但不一定要和下游有裸露石块的区域尺寸相同。
• 在流域的上游，由于粗粒物质通常有限，且基流很小或没有基流（基流=有助于地表径流的地下水流，只要降雨停止，淤泥/黏土仍可被冲走，而不会直接沉入沙床），因而建议沙坝始终分阶段建造。也建议在几年中分阶段建设，这也更有益于沙坝委员会的运作。将它们建在溢洪道中，作为第一阶段的一部分及翼墙建造的一部分。

取水

沙坝竣工后，必须建一个取水出口，用于饮水、农业等用途。用手挖勺洞是最简单的方法，但水容易受污染。有盖浅井，无论带不带有手动泵或拉绳泵，都可以更好地保护水资源。也可以建造带有龙头的出水管来取水。在某些沙坝设计中，水管能运用重力输送水资源经过坝墙。据称，由于入水口堵塞或出水口龙头损坏，以及可能引起坝墙松动，因而取水管运作不良。而直接抽水的地方，污染的风险会增加。在这种情况下，应该提倡家庭用水的处理（如，太阳能消毒）。

运用勺洞法从河床取地下水。肯尼亚基图伊区。来源： HOOGMOED (2007).

在肯尼亚基图伊，男子使用手动泵从沙坝附近封闭的井里取水。来源：RAIN (Editor) (n.y.)

维护

如果及时维护，所需的维护成本并不会很高。然而，沙坝若是出现小故障，也能导致整座沙坝遭到毁坏。因此需要定期检查沙坝有无裂缝和损坏。尤其是在洪水过后，以及极端气温变化之下，沙坝很可能产生裂缝。这些裂缝需由熟练的石匠进行修复，越及时越好。在旱季，如果水库是满的，已提高的沙坝则需再提升到最高50厘米的范围内。

而且，出水口和上游河床需要定期清理，确保沙坝不会堵塞。淤泥、石块和动物死尸等需要定期清除。这也能帮助防止水污染。井中的水质需要间或由专家进行检查。

一般可以由沙坝系统使用者、管理员或看守人来实施维护工作。较大的修补工作可能需要技术娴熟的工人来进行，通常可找当地的工匠。在某些情况下，大规模的修补也会需要非技术工人（如，修补已提高过的故障沙坝，或渗漏的地下水坝）。可以由沙坝使用者提供劳动力（有或没有薪酬），或雇佣其他人来修补。 使用人可能需要成立一个当地委员会来管理沙坝问题，诸如，控制或监督用水，防止水污染，运行与维护的实施与财政管理，以及监测还剩余多少储水可供使用（可能需要安装压强计或用螺旋钻钻孔，以便管理员或看守人判断剩余水量，并决定是否有必要采用定量配给制）。适当的管理也可帮助防止社会矛盾。沙坝现场的运行与维护任务可以指派给住在附近或在附近务农的人。如果使用人在沙坝或附近取水，此管理人也可以负责水的分配，并加入监督工作。这个人需要权力明晰，并由所有使用人同意。

为了确保建造、运行和维护的每一阶段都能成功进行，当地社区也需要接受培训，以便于管理、维护沙坝。促进流域层面的规划和管理，从而不同的群体可以享有同一水源的既得利益。他们可以开始改善土壤/水源的保护、提升粮食生产并促进健康。先前的水坝委员会倾向于在竣工后停止实效工作。用更多时间来建造沙坝，如，3个阶段跨越3年之久，这样能有足够的时间让处于流域区的水坝协会去建立组织，开始运作。

Brikke和Bredero在其著作社区供水与公共卫生中的技术选择与运行维护：规划师与项目工作者参考资料 中，推荐下列图表中的运行与维护工作：

预计使用寿命

沙坝的使用寿命由两方面来决定：第一，使用的建材；第二，建坝和维护的专业知识。肯尼亚基图伊的水坝耗资7500美元，使用寿命至少为50年。

成本

建坝主要是由当地社区实施的。成本主要取决于当地能否提供水泥、石工技术和专业监管。

引进成本：

• 建材：US$ 5,500
• 其它成本：US$ 500
• 劳动力： - 技术工：US$ 2,500 - 非技术工： 900人工日 -

维护成本：

• 运行与维护：每年5天

在肯尼亚，沙坝的花销非常低廉，产出2844立方米的水需要3260美元，即每立方米的储水需1.15美元。

沙坝第一年的运作成本效益比为1:12。

实地经验

在肯尼亚，基图伊、马查科斯和桑布鲁地区使用了沙坝，并取得了良好的成效。其它有相似干燥环境的国家，例如，美国、泰国、埃塞俄比亚和纳米比亚，也以多种多样的形式使用沙坝。

肯尼亚的基图伊地区： SASOL基金会自1995年起已建造了超过500座水坝。这些水坝是运用当地可供的材料建造的，并且，部分（40%）由当地社区出资。社区也参与沙坝的建造和维护。为了在建坝期间提供帮助，并在竣工后进行维护，若干个沙地管理组由此建立。

水坝不仅能提供稳定的饮用水源，也能带来更深远的社会和经济利益。它们能为经济作物及其它农村商业活动提供灌溉，也为邻近村庄的工业活动提供自来水。而且，由于水坝数量众多，大区域的地下水位升高，因此促进了生态复兴。

埃塞俄比亚的波拉纳地区： 这里的社区依靠农业和畜牧业为生，但供水不稳定，因而非常受限。2007年，几个非政府组织建成了7座沙坝和10个地表径流池。这样的水利组合能为这里的10个社区提供可靠的水源。这一项目也会在将来扩展到埃塞俄比亚的其它地区。

Akvo RSR项目

利用了沙坝的项目有：

RSR Project 393 Dawa Eresa地下水与沙坝项目	RSR Project 404 对雨水收集的可行性研究	RSR Project 674 Wateroogst: Konso Woreda/Eshimale

指南、视频与链接

• 指南：沙坝实施实用指南。RAIN（雨水收集实施组织）。
• 指南：埃塞俄比亚沙坝指南：沙坝选址、设计与建造的实用方法。结合沙坝与其它雨水收集建筑物的工具。ERHA（埃塞俄比亚雨水收集协会）与 RAIN Foundation（RAIN基金会）。
• 指南：洪水泛滥前：在气候变化下应对洪水. 如何应对气候变化造成的洪水。International Rivers Network（国际河流组织）。
• 指南：沙坝：在干旱及半干旱土地上可行的雨水收集技术. Practical action（实际行动）。
• 文档：沙坝常见问题解答. 由Excellent/ASDF（卓越/非洲沙坝基金会）提供，由Dabane Trust（达班信托）贡献。

视频

链接

• Excellent（卓越基金会）：沙坝先锋.
• ACACIA Water（金合欢水资源）. 金合欢水资源公司的优势在于对地下水领域的专业掌握，同时也能从宏观角度审视问题，也与其它实践领域相联系。因此，我们常在多学科的环境下工作，接触广泛多样的专业知识。
• IAH（国际水文地质学家协会）. IAH-MAR（国际水文地质学家协会含水层补给管理专业委员会）是一个旨在提供信息的论坛。委员会提供国际地下水社区内管理和改善含水层补给工作的相关信息，也是在可持续管理世界地下水资源方面至关重要的工具。

鸣谢

• CARE Nederland,初步研究：易旱地区中，具有适应力的WASH（水、环境卫生与个人卫生）系统. 2010年10月.
• Brikke, François, 与Bredero, Maarten. 社区供水与公共卫生中的技术选择与运行维护：规划师与项目工作者参考资料 或(其它链接). World Health Organization（世界卫生组织）和 IRC Water and Sanitation Centre（IRC水与卫生中心）.瑞士日内瓦 2003.
• Maddrell S 与 Neal I, 沙坝：实用指南, Excellent Development（卓越发展），伦敦. 2012.
• Jacob H. Stern, Ph.D 与 Alvera Stern, Ed.D, et al. 运用沙坝收集水资源. ECHO Technical Note（ECHO技术说明）. 2011