【水土保持】如何幫助山區地下水脈暢通
六和緣 2015-07-06
指導/陳永陵    編輯撰文/楊俊朗

地下水脈暢通的重要性

  • 台灣山區如果可以發現千年健康原始林,就證明此山區千年沒有發生山崩、土石流;如果可以發現數百年健康原始林,則證明此山區數百年沒有發生山崩、土石流。健康原始林能夠存活下來,表示得經過每年5~6個颱風,以及每200年一次與莫拉克颱風同等級的超級豪大雨考驗。健康原始森林是由地表多樣原生草本植物和原生灌木、喬木形成多層次、複雜天然防護傘,可以有效攔截天上掉下來的雨水,減少雨水直接衝擊地表腐植質與土壤的力道,保護地表層眾多生命。地表多樣原生草本植物和原生灌木、喬木,同時會形成多元、多層次、複雜地下根系與眾多生命居住的地下城鎮,讓地下水優游滯留時間延長、舒緩地表水逕流、拉長湧泉出水延續時間,滋養湧泉周遭生命,也利益地下城鎮眾多生命,例如:微生物、螞蟻、蚯蚓、馬陸、八色鳥、蟬、螃蟹、老鼠等。
  • 六和緣所在海岸山脈在日治時期尚存大面積原始林,所以可以直接接引原始林湧泉水灌溉水稻梯田。千年原始林根系可深達地下二、三十公尺,百年原始林根系則可深達地下一、二十公尺,原始森林的存在就證明地下水脈暢通無礙。後來原始林大量被砍伐,老樹死亡後地下數十公尺深的根系全部腐爛,地下水脈也因此而堵塞、湧泉水枯竭。除草劑、石化農藥、石化肥料,則讓原本居住在地表層的眾多微生物與昆蟲逃離或死亡,導致表土硬化、雨水根本無法下滲變成地下水。所以六和緣生態園區在進行復育前就是雨水沖刷嚴重、土石橫流的災區。
  • 地下水脈枯竭後,當上方地表下雨載重量增加,空掉的地下水層容易因為承受不住重量而下陷,類似超抽地下水所引起地層下陷,進而誘發整個山壁滑動。所以,如何讓枯竭的地下城鎮恢復生機、地下水脈恢復滿水,是山區避免山崩、土石流的重要因素之一。
  • 日本研究團隊來台灣勘查莫拉克颱風重災區,為什麼高雄小林村上方的獻肚山會發生超過1000公尺高度大面積崩塌?!研究團隊提出「深層崩塌」的原因說明,指出莫拉克颱風帶來大量雨水經由縫隙注入獻肚山,但是地下水無法向下宣洩反而一直向上累積,導致地下水累積處土壤液化承受不住上方壓力,進而整片山脈向下滑動。
  • 中橫梨山賓館因為山脈滑動變成危樓已經修業數十年,直到投資經費讓地下水脈暢通,才於這兩年重新開業服務遊客。(六和緣提此案例並非鼓勵大家到梨山賓館住宿。)

八八風災荖濃溪上游崩塌情形,楊圳益攝影。
  • 地球暖化已經導致極端氣候常態性出現,要不發生限水、缺水危機,就是發生高強度急降雨,六和緣觀察到海岸山脈部分原始林因為無法適合這種大旱大雨的氣候而受傷、崩塌。然而六和緣生態園區用心經營15年來沒有發生崩塌、土石流,可以證明人為正確、適度介入協助地下水脈順暢,可以幫助森林與眾多生命度過極端氣候的衝擊。
  • 災難時常發生是在出乎意料的情況下:有時候我們覺得平地應該很安全,然而經過整地看來一片平坦,原本土地條件怎樣我們也不知道,種上了草皮也看不出異樣,就容易輕忽。與其事後後悔不如及早準備防範,雖然不保證一定無災無難,卻能確實降低災害發生的傷害。下面第一段影片是美國地層塌陷的實際案例;第二段是天然岩層地下水脈的情況提供參考。


 

六和緣山區的地下水脈復育案例

一、雨水分流

地下水脈堵塞的土地,絕大部分降雨都變成地表逕流,所以復育初期要將地表逕流分流,避免地表逕流集中,以分散地表逕流的衝擊力道。影片為2004年颱風過後所攝,六和緣雨水分流的情形。


 

二、設置滯洪池(本文簡稱:圓池)

  • 圓池的目的:匯集上方分流而來的地表雨水並下滲成地下水,減少地表逕流量。(照片一)

照片一、圓池的水泥涵管接引來自後方的地表雨水進入圓池。
  • 圓池的構造:
  1. 圓池底部:先清除受石化、重金屬汙染的土壤,以低汙染原石(溪石)鋪底1.5公尺,讓匯集進來的雨水可以順利下滲變成地下水。(照片二)
  2. 圓池外牆:以直徑50~70公分原石堆成圓池圍牆,圍牆內側以水泥填滿原石間縫隙,以免池水經由原石間縫隙外洩。(照片三)
  3. 溢流口:保留池水溢流口,引導溢流水往安全方向宣洩。溢流口水平高度是圓池外牆最低點。(照片四)
 
照片二、圓池底部以圓石鋪底,讓雨水可以順利下滲。
照片三、外牆掏空處導致附近圓石位移。

照片四、陳永陵腳採滯洪池外牆已經部分掏空,陳永陵身旁較低外牆水管放置處為滯洪池溢流口。
  • 圓池內外種樹:讓樹木可以往下扎根,幫助形成地下水通道,有效下滲池水。並以水管滴灌方式補充圓池內樹木水分,讓樹木在枯水期有水可用,加快樹木成長速度。(照片五、六)
 
照片五、圓池內外長滿多元、多層次草本與木本植物有助地下水脈暢通,長期水源挹注有助樹木順利成長。
照片六、一年至少供應八個月的水源,加速滯洪池內樹木成長。
  • 盡力保護溢流口下方樹木健康生存,避免遭受除草劑、石化產品汙染而爛根死亡,可以協助連通上下層地下水脈,確保圓池內的雨水順利下滲。(照片七)

照片七、圓池下方的近百年大葉楠需要特別保護,確保大葉楠根系聯通地下水脈。
  • 圓池外牆原石沖刷位移的可能原因:池水溢流量太大超出溢流口範圍,進而沖刷、掏空溢流口附近土石近一公尺深、寬60公分。此情況若不改善,掏空範圍繼續擴大,恐破壞圓池外牆結構穩定性。(照片三、四)
  • 補強、改善圓池外牆原石沖刷位移的方法:
  1. 首先將大型、中型原石依序填進掏空處。
  2. 接著在大型、中型原石空隙塞入低汙染大型枯枝、落葉、腐植植,以吸引旁邊樹木根系前往掏空處生長,填補掏空處空間。(照片八)
  3. 在掏空處旁種植樹種。六和緣剛開始種植構樹,經過六年,構樹自然死亡,接著種植紅刺蔥,並在紅刺蔥外圍空曠處種植茄苳、七里香、芒果、血桐等多年生樹種準備接替紅刺蔥的角色。(照片九)
  4. 塞入原石空隙的枯枝、落葉會隨著時間腐化變成樹木養分,所以得不定期補充枯枝、落葉,以吸引旁邊樹木根系持續前往掏空處生長。
 
照片八、於掏空處適時補充腐植質吸引旁邊樹木根系前來補位。
照片九、在照片後方的空曠地種植樹木,讓樹木根系填補外牆掏空處。
  • 六和緣設置兩個圓池,估計每次颱風期間房舍後方圓池可以吸納200噸雨水。

三、挖掘地下水井串聯不同地下水層

  • 六和緣建設初期為了取得水源,在圓池溢流口下方約20公尺處挖掘一個深25公尺、直徑85公分水井,發現此水井涵蓋3個地下水層,於是由內到外分別以6英吋不鏽鋼水管、小圓石層、水泥涵管、小圓石層填入水井,有助3個地下水層彼此連通,讓上層地下水順利向下流動;此地下水井可以彌補千年老樹地下根系的作用。(照片十)

照片十、2015年6月中旬,颱風季節尚未來臨,圓池下方馬路旁的水井已經滿至1.2公尺的高度,顯示下方不鏽鋼水管已流入水井聯通的第三層水脈。
  • 依六和緣觀察,當颱風帶來雨量超過500公厘,經此水井注入地下水脈的湧泉水量至少100噸。
  • 當降雨量足夠時,第三層地下水脈補滿後,第三層地下水脈下方表面邊坡會有湧泉,湧泉下方樹林因此受益而生長旺盛。六和緣已經發現水井下方15公尺及30公尺處兩處自然湧泉。
  • 當降雨量足夠時,第三層地下水脈補滿後,地下水會回補到第二層甚至第一層地下水脈,對第二層、第一層地下水脈附近的生命助益良多。
  • 依六和緣經驗,空掉的地下水脈需要多年颱風帶來豪雨慢慢填入地下水脈,無法一蹴可及。1999年六和緣剛設立時,自然湧泉只會發生在颱風大雨後,或者連續下3次降雨量超過60公厘;六和緣用心修復山林15年後,2015年自然湧泉出水延續時間已經至少較1999年多出10倍。(照片十一)

照片十一、2015年6月中旬,颱風季節尚未來臨,圓池下方馬路旁的邊坡已經有少量湧泉出現。
  • 考量下游地下水脈可納受程度,再逐步適度加大上游雨水入注量,可以避免下游地下水脈向上回堵,導致回堵區土壤液化,進而土石滑動、崩塌。六和緣在復育前兩年觀察,一英吋白鐵管注入地下水脈的水量最大可達一天12噸,建議先觀察下方湧泉出水量大於上方進水量,同時下方湧泉附近周遭草本、木本植物皆生長旺盛、健康,再採小水量、多點分散式逐步加大地下水補注設施。
  • 依六和緣經驗,受石化、重金屬汙染的土地,最少須用心修復18年,地下水重金屬含量降低後才適合飲用。若可暫時取得原始林水源替代更佳,等待受傷山脈一步步復育後產生自然湧泉,自然湧泉夠用還可以和附近有需要的土地與生命分享。
  • 依六和緣經驗,受傷土地若沒有發生崩塌,只需連通兩層地下水脈。挖掘深度大概只需15公尺,水井內側較不容易崩塌,因此可以不必使用水泥涵管;此時建議使用直徑45公分鑽頭打井挖掘取代直徑85公分水井以節省經費。
  • 每個地區的地下水脈分布狀況皆不相同,水井深度依當地實際情況而定即可,只要連通三層地下水脈即可有效紓解暴雨產生的地表逕流。當地下水井挖掘超過三層地下水脈,容易在挖掘過程發生水井內側土石崩落現象,建議可以用不銹鋼板銲成水井最外圈護牆,千萬不可使用汽油桶、油漆桶或黑油桶,以免石化、重金屬汙染土壤與地下水。
  • 園區附近的公共道路雨水溝需以水泥覆蓋兩側與底部,避免圓區外受汙染的雨水入滲園區地下水脈。(照片十二)

照片十二、將位於園區外的公共雨水溝底部及兩側以水泥覆蓋,避免園區外重金屬、石化污染物經由雨水溝滲入園區地下水脈。

四、瞻前也顧後-多元多層次森林的重要性

  • 人工滯洪池與人工地下水井僅是協助地下水脈暢通的部分功臣;隨著滯洪池上方森林越來越多元健康,原本會進入滯洪池的水量部分提早在上方森林就下滲成地下水,滯洪池池水溢流的機會因此減少。
  • 六和緣地下水井下方是沒有開發、崩塌的國有森林,也可有效讓水井下方地下水脈順利繼續往下流動。
  • 樹木根系形狀通常與樹冠形狀相似,樹木根系通常可粗分為硬性與韌性兩種。硬性根系樹木適合在乾旱、岩石較多環境開疆闢土,例如:九芎、櫸木等。韌性根系樹木則適合左右延展、形成密密麻麻網狀根系,例如:茄苳、樟樹、桑樹、血桐、苦楝等。復育發生山崩、土石流後的土地,需要硬性與韌性根系樹木互補、互生,才能讓地下水脈暢通(硬性),同時避免地下水沖刷地下土石(韌性)。這就是六合緣堅持復育多元森林的重要原因,而【保留自然下種樹苗】、【高密度多樣植林】是形成多元健康森林的重要方法。
  • 六和緣觀察到因為使用除草劑或者怪手大面積開挖的70度陡坡,缺乏草本植物生長,相思樹根也因此裸露,相思樹幹很容易被颱風折斷。照顧如此嚴峻的受傷土地,需要投入更多的心力,原生草本植物、原生灌木和喬木的種植密度要更高,腐植質補充量與補充頻率也要加大。詳細方法,請參閱【六和緣如何照顧受石化、重金屬汙染的土地變成健康的森林】一文【收集極低汙染腐植質與樹苗】段落。
  • 六和緣觀察到在受傷土地復育初期,雨水溝長出的草本植物會被雨水沖走,但是經過3~5年草本植物越來越密集、厚實,已經形成保護地表土壤的防護罩就不會被雨水沖走。(照片十三)地表多樣原生草本植物可以在地下30~40公分處形成層層疊疊的網狀地下根系,讓雨水順利入滲腐植質與土壤層,同時讓地下水迂迴流動範圍擴大,地下水流動速度因此減緩,有效避免地下水快速沖蝕地下土壤。
  • 六和緣的經驗,在沒有喬灌木的裸露地復育種植樹苗時,需刻意保留樹苗周圍原生草本植物(例如:藥草、野菜等),只需適時剪短草本植物高度,讓樹苗樹冠高度可以超出四周草本植物順利吸收陽光與露水。這種與多樣原生草本植物共生的樹苗,可以在地下30~40公分處形成層層疊疊的互助網狀根系,比較容易度過颱風的考驗而存活下來。(照片十四)
 
照片十三、雨水溝兩側厚實的草本植被有助於水土保持需小心保留。
照片十四、在尚缺乏喬灌木生長的土地種樹(鐵杵左方為人為種植的茄苳樹樹苗),刻意保留在樹苗周遭自然長出的草本植物,可以協助茄苳樹苗順利度過颱風侵襲。

 
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