化解西北地区水资源短缺的技术体系

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：通过经济、合理、安全、高效的防渗材料和现代技术的应用，对集流面进行人工防渗处理，以提高集流面的集流效率，进行天然降水的收集利用，是雨水集蓄利用的关键技术之一。表11-1各种防渗材料在不同降水量情况下全年集流效率资料来源：雨水集蓄利用技术与实践，2001。雨水汇集蓄存，其目的是为了利用；而充分高效、经济合理地利用雨水是保证整个雨水集蓄利用技术体系取得最大效益的关键一环。

广义的雨水集蓄利用是指经过一定的人为措施，对自然界中的雨水径流进行干预，使其就地入渗或汇集蓄存并加以利用，狭义的则指将汇流面上的雨水径流汇集在蓄水设施中再进行利用。雨水集蓄利用中强调了对正常水文循环的人为干预，如前所述的主动利用和被动利用就属于雨水集蓄利用的范畴。雨水集蓄利用技术的内容主要包括雨水收集技术、雨水储存技术、雨水净化技术和雨水灌溉技术四部分。

（1）雨水汇集技术。雨水汇集是指利用天然或人工修筑的汇流面，汇集雨水形成的地表径流以备高效利用。利用庭院屋顶、场院、路面及一些城市建筑物（如体育场）收集雨水具有投资少、集流效率高等优点，因此受到人们的普遍关注。屋顶庭院雨水汇集主要解决干旱半干旱山区、石灰岩地区、淡水缺乏的岛屿、高氟水地区和苦咸水地区人畜饮水问题。

在干旱半干旱地区，人工修筑集流面汇集雨水进行作物补灌是提高粮食产量和农业持续发展的重要举措。在生产实践上，采取混凝土、塑料薄膜、水泥土夯实、三七灰土夯实、原土夯实等措施对集流面进行处理，提高了雨水的收集效率，但不同材料处理的集流效率不同，据《甘肃省干旱半干旱地区雨水集蓄利用技术指南》，柏油路面为70%，原土翻夯路面为23%，混凝土硬化集流面为75%。目前人工修筑的集流面仅用于庭院或试验区，尚未广泛使用。通过经济、合理、安全、高效的防渗材料和现代技术的应用，对集流面进行人工防渗处理，以提高集流面的集流效率，进行天然降水的收集利用，是雨水集蓄利用的关键技术之一。通过科学的现代试验手段，测试各种防渗材料在不同的天然降水情况下，所能达到的集流效率，是雨水收集技术的关键。

集流效率与集流面材料性质、降雨特性以及集流面前期含水量有关，同时集流面的坡度对集流效率也有一定影响，施工质量对集流效率的影响也比较明显。不同集流面防渗材料在不同降水量情况下全年集流效率见表11-1。

表11-1　各种防渗材料在不同降水量情况下全年集流效率

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资料来源：雨水集蓄利用技术与实践，2001。

（2）雨水储存技术。雨水储存是雨水集蓄利用系统的中间环节，是指将汇流面汇集的雨水通过导流渠（管）引入蓄水设施贮存，等到需水时再从蓄水设施取水的过程。我国北方干旱半干旱地区使用较多的蓄水设施有水窖、塘坝、涝池等。水窖主要用于人畜饮水和部分农田补灌，水窖建筑容易，使用方便，蓄存的水质基本不受污染，渗漏蒸发少，目前较多采用。另外，蓄水池、瓷缸、水泥罐等也普遍使用。在一些来水量大的沟道或土地利用程度低的低洼地，修筑塘坝涝池蓄水，兼有沉沙调洪的作用。蓄水设施还包括引水渠、沉沙池、滤网等配套设施以导引雨水径流和保护改善水质。

雨水储存技术主要反映在雨水储存工程的建设上。传统的雨水储存方法大部分采用红胶泥土窖，其缺点是开挖量大，对土壤结构的适应性较差，渗漏严重，易破损。随着雨水集蓄利用技术的发展和可利用集流面材料范围的不断扩大，蓄水工程的类型也在不断地变化，蓄水窖、蓄水池、涝池和塘坝等都被用来储存雨水，传统的土窖逐步被新型材料建造的水窖所取代。水窖的结构形式视各地土质情况而定，归纳起来，主要有圆柱形、球形、瓶形、烧杯形、窑形；按防渗材料可分为红黏土防渗、混凝土防渗，砂浆抹面防渗及膜料防渗四种形式。(www.chuimin.cn)

（3）雨水净化技术。降落于地表的雨滴本身带有空气中的一些尘埃及大气污染物，再加上一般地区集流面没有适当的卫生防护设施，使得汇集于蓄水设施中的雨水水质较差。据对甘肃中部干旱半干旱地区6个县的水窖水质调查分析，发现水质均达不到我国通用的GB5749—85《生活饮用水卫生标准》，因而应加强这方面的工作。饮用水水质的主要保护措施有：降雨前清扫集流面，设置沉沙池、滤网，蓄水窖加盖，定期清洗水窖等。在采取保护措施的同时，应对蓄存的雨水净化。在我国饮用雨水的地区，一般家庭较多使用的有明矾、漂白粉、熟石灰等，但是某些常用的化学物质如漂白粉可与水中有机物反应，生成不利于人畜的副产物如三卤甲烷，因此，雨水净化技术还有待于进一步研究。利用城市建筑物收集的雨水由于工业污染（如汽车尾气、化工厂排放物），水质较差，但贮存一段时间后，经过雨水的自然净化，水质可满足一些工业生产和环境用水标准。

雨水净化技术是指集蓄的雨水水质处理和净化技术。对于不同用途的窖水，分别采取不同的水质处理和净化措施。用于生活用水的窖水，除加强平时的环境卫生管理和进行集流面的定期清扫、沉淀池的定期清理外，在水窖中投入一定量的“漂白粉”和“灭疫皇”进行灭菌消毒。当水比较浑浊时，投放一定量的明矾，同时坚持将水煮沸后饮用；用于作物灌溉的窖水，一般不进行消毒处理，当采用先进的节水灌溉技术，如采用喷、滴灌技术进行作物灌溉时，在水窖出水管上安装一定规格的网式过滤器除去水中杂质即可。

（4）集蓄雨水的利用技术。雨水汇集蓄存，其目的是为了利用；而充分高效、经济合理地利用雨水是保证整个雨水集蓄利用技术体系取得最大效益的关键一环。

甘肃利用雨水解决人畜饮水的典型工程称之为“121工程”，即利用农户自家庭院的屋面和院内硬化面（约100m2）收集雨水，建造2眼水窖（约60m3）在雨季收集雨水，缺水时饮用，窖深一般为4～6m，提水设施有手压泵，或直接用水桶吊用。此工程大都采用混凝土建造，其使用年限、集流效率、防渗性能都远比传统水窖经久耐用，性能要好。

水是农业生产的命脉，在干旱半干旱地区，降雨量少且分布不均匀及降雨期与作物生长需水关键期错位，作物产量长期低而不稳。通过对这些地区农业自然生产潜力的分析发现，水分亏缺限制了其他因子作用的发挥，是“箍桶效应”中的短板，如果解除水分胁迫，初级生产力可以达到目前的4～5倍。在这些地区，降雨多集中在6～9月，若将多余的雨水径流收集起来缓解春旱、夏初旱，将大大提高作物产量，实际上就是二重“箍桶效应”中的截长补短。从时空上调节雨水分配，使水分供给与作物需水期相吻合，这就是集雨农业的出发点。另据研究，作物在中等水分亏缺条件下，有利于WUE（水分利用率）的提高；而且在作物发育的某一阶段施加一定的水分胁迫，有利于作物抗旱和品质的改善，这从作物水分生理上为集雨农业灌溉提供了依据。此外，集雨农业中的补灌必须用节水灌溉方式（微喷灌、滴灌、渗灌、点浇、穴灌等）并与农业节水措施（覆盖、松耕等）相结合，有条件的地方应使用设施农业。

雨水灌溉技术是针对干旱地区水资源总量不足的客观实际，而采用的一种非充分灌溉（限额灌溉）技术。由于雨水灌溉技术的前提是非充分灌溉，所以说，雨水灌溉技术的关键是分析当地天然降水的时空分布规律，按照各种作物不同生长期需水量大小，选择作物生长需水关键期和缺水严重期进行补充灌溉或称之为有限灌溉，达到充分和高效利用雨水的目的。目前采用的主要灌溉方法有点浇点种、坐水种、地膜穴灌、膜上膜下灌、滴灌及微型喷灌等。针对不同的作物，采取不同的灌溉方法、灌溉次数和灌溉定额。

在城市雨水利用和地下水补灌方面，可以利用城市路面及一些建筑物表面集蓄的雨水可用于城市消防、厕所冲洗、城市绿化草坪灌溉；水质经处理后，可用于一些工业如木材加工。将城市建筑物及平原地区的雨水直接拦蓄入渗或通过一定的渗漏过滤装置，回灌地下水，可补充地下水量兼有防洪作用。

化解西北地区水资源短缺的技术体系

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