疏松介质在土地开垦、农业以及城市消耗中 用于存储水和输送水的集成水利循环系统中的使用 概述
水对于生命是珍贵的，并且随着世界人口不断的增长，食物生产的需求量增大，水越来越珍贵。沙漠无法耕种是因为缺水。从经济角度出发，即使在世界上多水的地区也应该保护水资源。最普通的水利系统是用于存储水的蓄水池表面系统和用于输送水的通道。在干旱的国家中建造了地下蓄水池和地下水渠的地下水利系统。本发明是一种利用自然和人造蓄水层存储和输送地下水的系统。
通过对自然排水系统的改造能够建立集成的水利循环系统。这样一种循环系统可存储足够的水以将沙漠转变成人类居住的绿洲或者为城市供水。也可通过建造由一种可疏松的介质(诸如沙、砾石或塑料)充填的蓄水槽和输水通道来建立集成的水利循环系统。发明背景
一种用于水流动的水利循环系统与一种用于电子流动(导电)的电路是类似的。所述水利循环系统包括流阻装置、流容器和导水通道的多种配置。一个水利循环系统中的所述流阻装置具有能够阻碍地下水流动的各种形式，诸如能够使地下水缓慢流动或完全阻止水流动的狭窄区域、水闸、水坝或者其它构造形式。所述流容器是各种自然或人造蓄水池，水存储在其中，并且可通过隔离的方式使排水量或泄露量降至最小。所述导水通道是用于地面水流动地明渠(河流)、用于地下水流动的地下水渠(地下河)或者在一种疏松和可渗水的介质中的沟渠化的水流路径(地下水)。
目前建造水利循环系统(诸如灌溉系统)的一个主要缺点是，在蓄水池中蓄水的过程中以及在明渠中输水的过程中由于蒸发而损失大量的水。另外，当将水供给到用于植物生长的土壤中时由于蒸发而损失大量的水，在农业利用中由于蒸发而损失大量的水将会使土壤酸化。直接使水蒸发的水利循环系统与一个没有绝缘的电路是类似的。为了改变这种状况以及减少或者完全防止由于蒸发而损失大量的水，地下蓄水池和地下水渠的地下水利系统被建造。例如，在中东、中国西北部以及南美洲的干旱地区，已经建造了这样的系统。在一个较小的范围内，管道网络已经被发明并且水被直接供给到植物生长所需的区域，或者为了其它目的，在输水过程中使水的损失达到最小。
地下蓄水池和地下水渠的地下水利系统以及管道系统的建立是昂贵的。本发明提出了另一种系统，被称为集成的水利循环系统(IHC)，其中的蓄水池和输水通道都由一种疏松介质(诸如沙、砾石或塑料)充填，从而使水在一种疏松介质中存储和输送。所述IHC可建造在多水区域和干旱区域中。本发明的本质在于，
1a)建造一个用于在一种疏松介质中存储水的设施；
1b)扩大一个自然系统(诸如河谷河流)的所述疏松介质的蓄水能力；
2)在水的存储、输送以及消耗过程中利用或者建造各种能够防止由于蒸发而损失大量水的隔热装置，包括在用于地下水流的水利循环系统的建造中利用一个疏松介质层作为隔热装置。
通过这种对地下水流路径的新设计能够使水的供给和需求保持平衡以及可利用达西定律调节水的流量。在疏松介质中输水
水成岩以及疏松碎屑或多或少是疏松的，但是诸如花岗岩或片岩的结晶岩事实上是不疏松的。疏松的片岩、沉积物和土壤的疏松率可达到40％。在矿物颗粒之间存在孔隙并且地下水存储在这样的孔隙中。
地下水面是地下水的所谓饱和(潜水层的)区域和未饱和(渗流的)区域之间的分隔面。在所述地下水面下方饱和区域的一种疏松介质中的孔隙完全被水充填。未饱和区域的一种疏松介质中的孔隙部分被水充填并且部分被空气充填。饱和区域的疏松介质中的水可被排到蓄水池中或者从一个水井中被泵出。
水成岩以及疏松土料或多或少是可渗水的，但是诸如花岗岩或片岩的结晶岩事实上是不渗水的。一种疏松介质的渗透性是孔隙尺寸的一个函数，在碎屑沉积中的所述孔隙尺寸与碎屑的颗粒尺寸是相关的。粗沙和砾石的渗透性是很好的，所测得的渗透率大约为数百或数千达西。疏松性与所述粗碎屑类似的泥和细粘土的渗透性不是很好，它们的渗透率的数量级较小。这种差异可导致使用这样通常的表达方式：蓄水层是作为地下水流动主要输水通道的沙或砾石层，滞水层是粘土、泥、页岩层或者其它阻碍地下水流动的不渗水岩层。
与电流遵循欧姆定律一样，在地下水面下方的地下水流动也遵循达西定律。
欧姆定律为
I=E/R (1)
其中I是电流，E是电势，以及R是电阻。
达西定律为
Q=k(dh/dl) (2)
其中k是疏松介质的渗透率，dh是水在疏松介质中的高度差，dl是流动路径的长度，以及Q是水的流量。
一个饱和区域中的水分子处于一定水位(E=dh/dl)下的情况与电子处于一定电势(E)的情况类似：压力差(或高度差)越大，移动的势能越大。水流的流阻(R=1/k)与渗透率相反：沉积层或岩层的渗透性越好，对水流的阻力越小。
调整等式(2)并且利用E替换(dh/dl),E是水位，以及利用R替换1/k，R是水流的流阻，我们可以看到与等式(1)类似的等式(2)。
Q=E/R (2)
换言之，建立一个水利循环系统或集成的水利循环系统与建立一个集成电路(IC)是类似的。可以利用水位和流阻的变化系统地调节水的流量。
在一种疏松介质用作一种输水通道时，可建造充填沙或充填砾石的通道：在调节两个位置之间的水位时，高度差(dh)是固定的，但是可通过改变所述流动路径的长度(dl)来减小水位以使流速达到最小化。两种水利循环系统，即“蠕虫状”和“蜂窝状”(paleodyctin)的水利循环系统可利用它们不同的几何形态来控制两个位置之间的高度差。在存储水过程中的隔热以及输送水过程中的“超导性”
在储存电能时，必须考虑绝缘；漏电的电池几乎没有市场价值。在存储水的过程中，很少考虑使蓄水池隔热。在开放式蓄水池中的水暴露在风中和太阳下，这样，即使蒸发作用未达到最大，也会促进水的蒸发。
在输送电能时，使电阻最小化以降低能量损耗；研究超导性是为了找到一种能够在输送电能过程中以最小的电能损耗传导电能的材料。在输送水时，几乎没有考虑水的损耗或者在输送过程中的“超导性”。
由于水是比较低廉的，因此没有进行太多的水资源保护。对于干旱地区的人口以及在多水地区中的城市过剩人口，水消耗的价值将不再被忽略。本发明的目的是在水的输送和存储的过程中使由于蒸发而消耗的水量达到最小。
本发明利用了另一种物理原理，即水在一个部分饱和的区域中流动是一个不同于水在一个饱和区域中流动的物理过程。
在靠近地表的土壤或沉积层中的水通常在白天由于地面受热而被蒸发。在热的地区蒸发得最厉害，在风化的沙漠中蒸发是最严重的。太阳能使土壤或沉积层的孔隙中的水变暖，风使干燥的空气移动，这阻止湿度处于饱和状态。由于蒸发而损失水，因此如果被蒸发的水没有被下面的水补充，在土壤或沉积层中的孔隙将完全被空气充填。
在饱和区域中的水不会按照达西定律因水位在所述地下水面的上方而上升，这是因为所述地下水面是由在一个饱和区域中的地下水移动至最大高度的表面所限定的。在所述地下水面上方的未饱和区域中的水不会按照达西定律移动；在所述未饱和区域中疏松介质的孔隙内的水将按照毛细压力法则移动。
在土壤或沉积层是由粘土或者非常细小的淤泥构成的情况下，所述矿物颗粒之间的孔隙直径非常非常小；小于几个微米。在土壤或沉积层中的小连接孔起到与弯曲的毛细管类似的作用。所述“弯曲的毛细管”的毛细作用力将水从所述地下水面下方的一个深度处向上吸，这与水被吸入到一个毛细管中的情况类似。所述沉积层或土壤颗粒越细，毛细管越小，毛细压力越大，从而使从所述地下水面下方向上吸的水越高。
地下水暴露于空气中会因蒸发作用而损耗。在雨后湿的地面干得快，这是因为靠近地表的孔隙中的水易于蒸发。在水由于蒸发作用而受到损耗后，在所述未饱和区域中靠近地表的沉积层颗粒层用作一种隔热装置。接着水在毛细压力作用下向上被吸入到所述未饱和区域中，水在未饱和区域中被加热和蒸发。在毛细压力很小或者没有的情况下，水不能向着地面方向向上移动。
进行一系列野外研究和室内实验以研究所述未饱和区域的隔热效果以及作为隔热装置的各种类型沉积层防止因蒸发而使水损耗的效果。实验表明，在一米深度处的沉积层中所损耗的水量减小到在地面所损耗的水量的百分之几。在所述未饱和区域是厚度大于一米的沙层或砾石层的情况下，由于蒸发而损耗的水量非常小，这是因为在地下水面下方的沙层或砾石层中的水不会被向上吸以补充在所述未饱和区域中被蒸发的水。在由粘土或淤泥构成的未饱和区域中由于蒸发而损耗的水量较多，较强的毛细作用力有效地从深层区域将水向上吸以补充在地面由于蒸发而损耗的水。
研究结果表明，如果利用具有一定厚度的隔热层覆盖一个含水的疏松介质，那么在所述介质中由于蒸发而损耗的水量会降至最小，所述具有一定厚度的隔热层通常是厚度小于1米且没有从下方区域向上吸水的毛细能力的碎屑层。换言之，水可被存储在一种充填体积为40％的疏松介质中并且被一个粗沙层或砾石层隔热。
可利用一种疏松材料覆盖层改变在一个蓄水池中由于蒸发而损耗水量的观点已由S.A.Jack(US 4039451)提出。Jack提出，在一种含水的疏松介质上方的一个上层岩石碎屑可加速废水的蒸发。本发明利用了这样的事实，即，上层岩石碎屑可被快速加热，以致于废水也可被快速加热，从而加速了废水的蒸发。在利用一种疏松介质隔热层(诸如在一种含水储存层上方的一个岩石碎屑层)时，该隔热层的厚度必须是这样的，即，使所述疏松介质存储层中水位(即地下水面)足够深以致于在所述存储层中的水不被加热。在所述“岩石碎屑层”中没有毛细作用力将防止水上升至一个较浅的深度，水在这里会被加热和快速蒸发。我们的发明目的与Jack的目的相反：利用一个上层的岩石碎屑不是为了增大蒸发的水量而是为了使蒸发的水量达到最小！发明详述
利用在疏松介质中的水遵循达西定律流动的知识以及我们所发现的粗碎屑可用作能够防止含水疏松介质中由于蒸发而损耗水的隔热层的事实，本发明提出：
(1)一种将一个自然排水系统改造成一个用于存储水和输送水的集成水利循环系统的方法；
(2)一种建造用于开垦荒地和农业的灌溉设施的方法；
(3)一种建造用于城市消耗的储存水设施的方法。
我们建议将水存储在一个粗沉积层(诸如沙层、砾石层或其它粗碎屑层)中，而不是将水储存在蓄水池或水塔中。河谷河流沉积层作为一个在疏松介质中的自然储存水和输送水的设施
除了暴露于空气中因蒸发而使水受到损耗外，当水流到海洋中时在自然中由于地表径流而出现水的损耗。泉水和雨水将流到洼地中。水在地面流动时以河流的形式被排出。在一个充填有沉积层的河谷中的地下水面处于与河流表面相同的水平位置。在一个河流被深深地切成一个河谷的情况下，水面在下面若干米处。这样，流沙和砾石的疏松介质被空气充填。可利用拦阻水流来调整这种情况，从而大大增加河流的蓄水量。
使由于地表径流而损耗的水量最小化的通常措施是建造水坝以使水能够存储在蓄水池中。这种措施的缺点有两个方面：(1)建造高的水坝所需的工程费用高；(2)扩大了蓄水池中暴露在外的水面，从而增强了蒸发效果。
本发明利用水可被存储在一个疏松介质中的原理。建造小的蓄水结构或者在河流的区段之间建造分隔结构的费用比建造高的水坝的费用低很多。另外，水以一种疏松介质中的地下水的形式被存储以使因蒸发而损耗的水量接近零。
由于疏松碎屑具有40％的渗透率，水被储存在所述疏松碎屑的40％的孔隙中。因此，特别是在干旱地区，蓄水无需一个蓄水池，而是利用横跨一条河流建造的一个分隔装置后面的疏松碎屑部分。流沙和砾石是一种自然的蓄水装置，可根据地下水流的达西定律来调节地下水面。所述河流沉积层的未饱和区域足够厚以提供有效的隔热效果，但是不能过厚以致于不能存储足够的水。当地下水进入到需要供水地区中用于城市消耗或者干旱地区中用于灌溉的井或者水塔中时，水可在它所具有的势能作用下流动。
在一个储存装置或输送管道中的水可以地下渗漏的方式损耗，这是因为所述地下水面可在地面下方的相当深的位置处。在沙漠上的降水通常透过一个未饱和区域以在一定深度处补充地下水。在地下水面比较深的区域中的集成水利循环系统必须利用各种目前专利装置在一定深度处进行隔离以防止渗漏。利用诸如河流的自然排水系统的优点是所述河流沉积层通常在位于一个渗透性较差的岩层底部上方。
涉及河床中水的仅有专利是J09047605和J08260553。前者披露了一项关于将水引入到一个埋在河底中容器的发明，其中鱼可在所述容器中生长。后者披露了一种能够防止土壤因缺少地下水而被污染的装置。没有发明涉及本申请所披露的用于存储水和输送水的河流利用方法。用于荒地开垦和农业的灌溉设施的建造
用于输送水的管道通常是按照明渠流动的Chazy′s等式设计的灌溉渠。所述流动是由重力驱动的，并且在输送过程中由于蒸发而损耗的水较多。在一种疏松介质中输送地下水具有两个优点：(1)可使水在一种密封的疏松介质中在水源处的水压头作用下向上流动；以及(2)在输送过程中使由于蒸发而损耗的水量降至最小。
在建造输送水的管道以使水在水源处的水压头作用下流动时，一个向上倾斜的通道能够在其上侧被密封以节省一个明渠中的将水向上泵送的能量。所述密封材料可以是颗粒非常细小的沉积层、石头或水泥板或者其它材料。同时这种密封层还用作防止由于蒸发而损耗水的隔热装置。
在疏松介质中以一种地下水的方式流动的水流是比较慢的。必须利用达西定律计算一种输送的稳定状态以便能够将足够的水从水源供给到另一端使用。用于城市消耗的储存水设施的建造
可使用除了沙和砾石外的装置以使土壤中由于蒸发而损耗的水量最小化，即在一种含水疏松介质的上部铺设另一种疏松介质或者石板、水泥和/或其它隔热材料。可建造由一种疏松介质(诸如沙、砾石或塑料)充填的槽以存储每天所用的雨水。
一种用于家庭消耗的自给自足式蓄水池特别适用于还未与城市供水系统相连的农村地区。沙或砾石的蓄水能力是沉积层容积的40％。例如，充填沙的容积为250立方米或者在面积为12.5米×20米的区域中一个深度为1米的沙坑在降雨时可储存100立方米的水。在降雨不是很少的情况下，或者每一周或者两周补充存储的水的情况下，所述疏松介质可以是一种介质或颗粒较粗的沙，蓄水量足以供一个或多个家庭的普通消耗。这样一种小沙坑可被一层疏松介质、一个天井、一个花园草坪等覆盖。可选择来自屋顶或周围地表部分的雨水供给到由一种疏松介质充填的“蓄水池”中。
在一种疏松介质中存储的水可通过在实施例中所述的管道排放到一个井中以供给花园中的园艺使用以及家中的日用消耗，水从所述井被输送。对于城市消耗，建筑师所设计的“蓄水层”的尺寸应该能够在降雨时存储足以供给城市消耗的水。缺水时可从该城市购买。
诸如工厂、学校、商用建筑的大型建筑用地可建造由一种由疏松介质充填的大型蓄水池以供园艺使用和日用消耗。例如，充填沙的容积为25000立方米或者在面积为125米×200米的区域中一个深度为1米的沙坑在降雨时可储存10000立方米的水。这样一个大沙坑可被挖掘并且被一个足球场、一个庭院、一个停车场等所覆盖。可选择来自屋顶或周围地表部分的雨水供给到所述由沙充填的“蓄水池”中。来自所述蓄水池的水可被供给到一个输水管道以用于园艺。
一个运动场或其它绿地应该被一种疏松的地下层所覆盖的方案已经获得专利(GB2001512、FR2682410、FR2604737、EP770735、WO9307345/FR2682410、DE2727956/GB2001512、P-30480/PT-71556、US3685298)。所有这些专利方法强调了利用疏松介质不是用于一种防漏蓄水设施而是用于排水。另外，它们没有考虑到利用一种没有毛细作用力的疏松介质作为所述蓄水设施的一个隔热装置。
根据本申请所述的实施例可以理想的方式设计出一个循环系统以便利用一种浅的人造蓄水层直接为一个果园、一个田地或者一个花园中的植物和蔬菜生长供水。对于这样一种系统，不仅节省了一部分水的花费，建造将水输送到田地、绿地、果园或花园的一个系统还将节省农业生产所用的劳动力费用或者维持大型建筑的环境美化。附图简述
图1是一种水利循环系统的所谓蠕虫状网络。它适用于地面倾斜的情况下。这种通道网络与开垦的田地类似。用于输送水的疏松介质通道是前后翻转的，以致于在该通道中地下水流动倾斜度在一个比较陡峭的斜坡上保持得较小。
图2是一种水利循环系统的所谓蜂窝状网络。它适用于地面是平的情况下。这种通道网络为蜂窝状。这种疏松介质通道能够使在该网络中流动的地下水的倾斜度在一个比较平的地面上最大化。实施例描述(1)建造用于存储水的横跨河谷的分隔设施
河谷比一个河流通道宽许多。所述河谷被疏松的碎屑、占大部分的沙和砾石覆盖。流动的水被限制在狭窄的通道中。所述河谷沉积层的地下水面处于与通道中水位相同的水平位置。在一个河谷被比较深地切割的情况下，所述河谷沉积层的大部分位于水面上方。这样，存储在河谷的沙和砾石中的水比较少。
在横跨所述河谷建造一个堤坝的情况下，如在高地势区域中用于防洪经常做的那样阻拦水流。所述疏松碎屑充填到所述堤坝后面的边缘，并且所述碎屑的孔隙被水充填。这样建造用于防洪的堤坝可起到与水坝相同的作用以将水存储在堤坝后面。在利用一种排水系统突破所述堤坝以促进河流的表面流动的情况下，所述堤坝后面的所述疏松介质中的地下水位相应地降低，这样削弱了蓄水能力。所建造的用于提高河流沉积层的蓄水能力的所述堤坝应该建造到一个能够利用所述疏松介质使蓄水能力最大化的高度。
为了提高水流的势能用于发电，建造高的水坝以提高在水坝后面和前面的水位高度差。建造水坝的费用是非常高的。在一个IHC中建造横跨河谷的堤坝或分隔装置的目的是在疏松介质中存储水而不是发电。无需建造高的水坝，并且可大大地节省建造费用。事实上，所述分隔装置无需象一个水坝一样坚强地锚固在低斜度河谷的底部上。所述分隔装置起到使所述河谷沉积层中的地下水面升高的作用，从而增强了在所述堤坝后面的沉积层的蓄水能力。因此，所述堤坝的工程设计应该特别适合当地的环境。
可在一个河谷的整个长度上建造一个或多个堤坝。可利用具有粗砾石的管道打断所述分隔装置以使水能够从在一个堤坝后面的一段河流蓄水部分流到一个堤坝前面的蓄水部分。堤坝的高度是根据所需蓄水容积来设计的。所述河流沉积层的总蓄水能力是根据下面因素估算的：即，(1)水消耗的需求；(2)在河谷中的河流沉积层的厚度；(3)最大降水量；(4)降水的频率以及多少。
对于较大的蓄水量需要较高的堤坝，特别是在非常干旱以及洪水多发的地区。首先选择的是能够节省成本的较低的堤坝或分隔装置。
由于罕见的雷暴所带来的降水不可能完全存储在一个堤坝后面的一个蓄水部分中。需要建造在紧急情况下用于排除多余洪水的泄洪道，用于水资源保护和防止对建造的系统遭到破坏。
在起伏较大并且降雨较多的地区(诸如台湾)中，可设计能够满足城市消耗和农村灌溉需要的系统。可建造一个水塔，在河谷沉积层中的地下水可具有足以流入所述水塔中的水位，从所述水塔供给到城市使用。对于农村使用，可设计一个具有碎屑充填通道的灌溉系统，如在后面所描述的。(2)在半干旱和干旱地区中的灌溉过程中的水资源保护
利用灌溉将沙漠变成绿洲的努力会受到可利用降水的限制。不仅一个类似以色列的干旱地区，甚至象中国这样的多水国家也使用大于90％的降水进行灌溉。用于灌溉的水会因蒸发作用而大量损耗，实际被植物吸收的水量与总的灌溉水量相比是较少的。
沙漠中自然具有其水道，诸如地下河。例如，莫哈韦河是干涸的，但是水以沉积层河流中地下水的形式从莫哈韦沙漠的一部分流到另一部分。在缺水的干旱地区以及明渠中因蒸发而损耗的水量很大的地区，灌溉渠不应建造成明渠，而是使灌溉渠中充满粗沙/或砾石以使因蒸发而损耗的水量达到最小。应该减小流量，当然应该根据达西定律按照需求估算所需的流量。
需要灌溉的果园可位于斜坡上或者非常平的地面上。对于两种不同的环境使用两种不同形式灌溉网络，即蠕虫状和蜂窝状网络。这两种设计需要利用所述灌溉网络提供水流的流量，所述流量既不能太快也不能太慢。在疏松介质中移动的水遵循达西定律。
蠕虫状网络是根据一种在泥中爬行的一种动物命名的。所述蠕虫状网络如图1中所示。为了建造一种蠕虫状网络，以前后平行于地表轮廓的方式挖掘充填有一种疏松介质的通道，与开垦田地类似。以这种方式设置的流动路径非常长以使水利系统的倾斜度足够小，从而使水稳定地流过所述网络。用于灌溉的水在一端供给，该端比另一端高许多。果树或者坚果树的树丛种植在所述通道之间的分隔部分中。水供给到所述通道中的沙内，从那里利用土壤的毛细作用流到树根。利用前后的移动路径，水如估算的那样缓慢地流动以使水达到适于植物生长的最佳利用状态。
蜂窝状网络是根据一种在泥中爬行的一种动物命名的。所述蜂窝状网络如图2中所示。为了建造一种蜂窝状网络，在一个平地中挖掘充填有一种疏松介质的六边形通道。用于灌溉的水在一端供给，为了稳定流动，根据达西定律的一种估算，该端比另一端高少许。果树或者坚果树种植在所述六边形的中部。水供给到所述通道中的沙内，从那里利用土壤的毛细作用流到树根。在一个平地上通过所述蜂窝状网络的水如估算的那样快速流动以使水达到适于植物生长的最佳利用状态。
所述未饱和区域的厚度，即，在充填沙的通道中的水位可被调节以使由于蒸发而损耗的水量达到最小。当树是大树并且根部较深时，在所述通道中的地下水面可被调整到明显位于地面下方的位置，从而使相当厚的未饱和区域阻止水损耗。当树是新种植的并且根部不太深时，所述通道中的地下水面必须靠近地面，即使可能因蒸发而损耗较多的水时也是这样。如果需要减少在所述通道之间的土壤中因蒸发而损耗的水量，那么可在树之间设置一个薄的粗碎屑层。还可成袋地设置沙或砾石以便即使当不再需要分隔的时候也可使用。
在降雨时，水可在所述网络的沙通道中溢出。过剩的雨水可被引到蓄水部分，以后用于灌溉。使用一种自然的沙沉积层进行存储过剩的降水，而不是利用蓄水池。所述沙沉积层可以是在河流中的沉积层或者是人造的充填碎屑的蓄水装置。(3)在环境美化中的节省水和劳动的费用
在诸如北美洲和欧洲的多水国家中，降水多用于家中的草坪和可种植蔬菜的花园或者在田地中耕种。水的临时存储设施能够充分利用每年的降水。
上述在疏松介质中存储水的蓄水池可建造在草坪、运动场、露台、停车场等的下面，并且可通过水利循环系统将水输送到一个位于草坪下方的系统蓄水层中或者输送到一个花园、一个果园或者蔬菜或庄稼地中。
所述循环系统包括用于输送的主于线和用于分配的分配通道。在植物生长在整个一片区域中时，诸如在一个草坪中种植草，可在一个y厘米厚的土壤层下方建造一个x厘米厚的蓄水层。在种植成排的蔬菜或树时，所述循环系统可以是一种蜂窝状系统或蠕虫状系统，如图1和图2中所示。
对于设置适合的水压以将水从“蓄水池”输送到所述蓄水层(例如，在一个草坪下方)或者输送到一个管道系统(例如，输送到一个流床)。所述系统可在底部密封以使所述蓄水层和/或管道始终处于水饱和状态。采用这样一个系统，植物始终可以得到水，无需对这种植物进行浇水。这样不仅能够节省水的费用，而且能够节省劳动的费用。