寧夏彭陽縣水窖集雨模式及節(jié)灌效益分析

杜玉斌

(寧夏回族自治區(qū)彭陽縣水務(wù)局,寧夏 彭陽756500)

隨著全球人口持續(xù)增長(zhǎng),人類對(duì)水資源的需求不斷擴(kuò)大,世界上許多國(guó)家正面臨水資源危機(jī)。我國(guó)水資源人均占有量不足2 200 m3,僅為世界平均水平的1/4,是世界上少有的貧水國(guó)之一。彭陽縣位于寧夏南部山區(qū),屬溫帶半干旱氣候區(qū),受自然條件和經(jīng)濟(jì)條件的限制,很難修建大型的骨干水源工程,水資源的貧乏,長(zhǎng)期制約著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。水窖因其工程規(guī)模小、投資省、實(shí)施方便等特點(diǎn)而成為這一地區(qū)調(diào)節(jié)雨水時(shí)空分布不均的主要設(shè)施,提高了干旱山區(qū)群眾抗御自然災(zāi)害的能力,實(shí)現(xiàn)了“秋水春用、安苗補(bǔ)灌”的目標(biāo),集雨節(jié)灌工程經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。

1 水窖施工

彭陽縣已有近千年的修建膠泥防滲水窖的歷史,只是限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和材料,沒有形成一定的規(guī)模,對(duì)雨水的利用僅限于解決人畜飲水,利用效率也很低,因此,并沒有產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[2]。從1995年開始,彭陽縣把水窖、集水場(chǎng)建設(shè)作為利用天然降雨、解決農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉和農(nóng)村飲水的根本措施來抓,先后建成水窖5.48萬眼,集水場(chǎng)1.15萬處,水窖類型有混凝土拱蓋碗窖、磚拱蓋碗窖、水泥沙漿薄壁瓶形窖、膠泥球形窖、窯窖。

混凝土拱蓋碗窖(圖1)和磚拱蓋碗窖(圖2)具有施工簡(jiǎn)便,開挖安全,結(jié)構(gòu)優(yōu)化,使用耐久,容積大(40 m3～50 m3),能有效凈化貯存水質(zhì),儲(chǔ)水渾濁度低[3]等優(yōu)點(diǎn),在當(dāng)?shù)仄毡橥茝V應(yīng)用。其施工方法:選擇集水條件好,土質(zhì)密實(shí)的地方,作為沉砂池和水窖地址;根據(jù)施工圖放線,開挖蓋碗形窖冠土模;采用磚砌筑(或C15澆注混凝土)12 cm厚薄壁窖冠,灑水養(yǎng)護(hù)3 d后,在窖冠上回填土并夯實(shí);按設(shè)計(jì)圖紙開挖窖體;窖壁砂漿防滲體與窖體結(jié)合,施工方法之一:從窖底開始,每升高1 m開挖10 cm×10 cm圈帶一道,用混凝土回填;施工方法之二:從窖底開始,每升高50 cm打間距50 cm、直徑5 cm、深8 cm的梅花狀麻眼,用混凝土回填;在窖壁上分3次抹面3 cm厚水泥砂漿(第1次用1∶3.5水泥砂漿抹面1 cm厚,第2次用1∶3水泥砂漿抹面1 cm厚,第3次用1∶2.5水泥砂漿抹面1 cm厚),窖底用紅膠泥回填20 cm～30 cm;最后用素水泥漿在窖壁刷1～3次,灑水養(yǎng)護(hù)7 d后方可蓄水。在水窖進(jìn)水管入口處設(shè)沉砂池,池底為矩形,長(zhǎng)2 m～3 m,寬 1 m～2 m,深1 m～1.5 m。單眼水窖工程量、材料用量見表1。

圖1 40m3混凝土拱蓋蓄水窯結(jié)構(gòu)圖

圖2 50m3磚拱蓋蓄水窯結(jié)構(gòu)圖

2 集雨模式

根據(jù)多年集雨工程建設(shè)的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn),結(jié)合彭陽縣自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn),有3種集雨利用技術(shù)模式比較成熟,集雨模式示意圖見圖3。

表1 單眼水窖工程量及材料用量表

2.1 天然坡面集雨、攔沿渠導(dǎo)引、水窖蓄水模式

坡面是天然的集雨面,在坡面中部或坡腳處,修建徑流攔蓄渠道,攔截降雨徑流,并將徑流輸送到水窖集中儲(chǔ)存,發(fā)展集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)[4]。根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè),在采用“88542”(開挖深80 cm、寬80 cm的水平溝,筑高50 cm、頂寬40 cm的外埂,回填后面寬2m)隔坡水平溝治理、修建水平溝等高耕作和開挖魚鱗坑等綜合措施,人工草地坡面集流效率在5%～10%,人工林地的坡面集流效率在6%～10%,坡耕地、退耕草地集流效率在10%～20%,天然草地坡面集流效率在8%～11%,天然林地坡面集流效率在6%～11%。

2.2 道路路面集雨節(jié)灌利用模式

道路是可以充分利用的人工集水場(chǎng),建立以道路路面集雨、攔引渠導(dǎo)引、水窖蓄水模式,通過沿路布設(shè)的渠道集中攔蓄降雨徑流,將徑流輸送到沉砂池,再進(jìn)入到水窖,發(fā)展集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)。道路網(wǎng)絡(luò)集水已成為集雨節(jié)灌的重要技術(shù)措施,在道路一側(cè),沿道路修建徑流導(dǎo)引渠,攔引路面集水,并在道路兩側(cè)布置串式水窖,將導(dǎo)引渠攔截的路面徑流輸送至水窖,可規(guī)模發(fā)展集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)。經(jīng)試驗(yàn)觀測(cè),瀝青路面集流效率在70%左右,土路面集流效率30%～40%,沙礫石路面在20%～35%。

2.3 庭院屋面(人工集水場(chǎng))集雨節(jié)灌利用模式

建立以庭院、屋面及人工集水場(chǎng)為主要集雨場(chǎng),庭院經(jīng)濟(jì)節(jié)水灌溉的技術(shù)集成模式,蓄水設(shè)施主要為水窖,集水場(chǎng)形式主要有混凝土集水面,碾壓土場(chǎng)院集水面,瓦屋面、土工布、玻璃纖維布、塑膜集水面,固化劑集水場(chǎng)等。

根據(jù)對(duì)這3種不同模式集雨水窖水質(zhì)取樣分析,庭院屋面(人工集水場(chǎng))集雨模式,水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為最好,且水質(zhì)各單項(xiàng)指標(biāo)值均達(dá)到或優(yōu)于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);天然坡面和道路路面在集雨過程中攜帶了各種面源污染物,水質(zhì)中SS、微生物、有機(jī)物等污染物較多[5,6]。

3 工程投資

3.1 水窖建設(shè)投資分析

彭陽縣境內(nèi)石料加工廠較少,石子成本和拉運(yùn)費(fèi)均較高,群眾建水窖多選擇當(dāng)?shù)貦C(jī)磚,建磚拱蓋碗窖,因此,水窖投資以50 m3磚拱蓋碗窖為例計(jì)算,單眼水窖投資1 592.4元,各項(xiàng)費(fèi)用計(jì)算見表2。

圖3 不同模式集雨節(jié)灌示意圖

表2 50 m3磚拱蓋碗窖投資表

3.2 集水場(chǎng)建設(shè)投資分析

彭陽縣修建的各類水窖容積多為50 m3,降雨量按400 mm計(jì),設(shè)計(jì)水窖復(fù)蓄指數(shù)1.5,單眼水窖需要配套不同類型材料集水場(chǎng)面積、投資見表3。

3.3 集雨節(jié)灌工程投資分析

集雨節(jié)灌工程建設(shè)主要包括集雨工程、導(dǎo)引工程、蓄水工程、提水工程、節(jié)灌工程等[7]。在彭陽縣由于地形破碎,集雨規(guī)模較小,集雨工程主要以人工集水場(chǎng)和部分天然坡面集雨為主,根據(jù)集水區(qū)域的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)能力,選擇不同類型的人工集水面;建設(shè)的導(dǎo)引工程主要有小型攔引渠道、輸水渠道和管道;蓄水工程主要有水窖;提水設(shè)備以小型潛水泵、離心泵、手壓泵、柴油泵、汽油泵提水。節(jié)灌工程主要有田間灌溉所需的節(jié)灌設(shè)備和節(jié)灌設(shè)施兩部分,目前田間節(jié)灌主要以覆膜小管澆灌、坐水種、溫棚滴灌、微噴灌等節(jié)灌方式為主。在本次工程投資分析中,集水工程以各類人工集水面為主,其投資分析見表3;蓄水工程以50 m3磚拱蓋碗窖為主;路面、坡面集雨工程配套攔引渠道和輸水渠道等導(dǎo)引工程,瓦屋面集雨工程配套輸水管道;蓄水工程中有水窖者均配備小型柴油泵或汽油泵1臺(tái),Φ 25 mm塑料軟管50 m,集雨節(jié)灌工程建設(shè)投資分析見表4。

表3 年集水75 m3需不同類型材料集水場(chǎng)面積及造價(jià)

3.4 集雨節(jié)灌工程運(yùn)行費(fèi)分析

工程運(yùn)行費(fèi)主要包括管理費(fèi)用、維修費(fèi)用、提水灌溉動(dòng)力費(fèi)用、工程折舊費(fèi)用(水窖、集水場(chǎng)按 30 a折舊,小型柴油泵、汽油泵、輸水軟管按5 a折舊)。水窖儲(chǔ)水工程年補(bǔ)灌3次,每次灌水150 m3/hm2,年灌溉定額450 m3/hm2。管理費(fèi)用主要為管理人員工資,維修費(fèi)用主要為易損設(shè)備的維修費(fèi)用,田間種植均采用覆膜栽培,使用地膜150 kg/hm2,單價(jià)10元/kg,各類工程的運(yùn)行費(fèi)分析詳見表5。

表4 集雨節(jié)灌工程建設(shè)投資分析(單位:元)

3.5 集雨節(jié)灌工程經(jīng)濟(jì)效益分析

各類集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)種植均實(shí)行覆膜栽培。在增產(chǎn)增效計(jì)算中,田間微集雨種植按膜側(cè)小麥計(jì),其它均按地膜玉米與地膜葵花增產(chǎn)平均值計(jì)。增效計(jì)算中,小麥1.2元/kg、玉米0.9元/kg、葵花2.4元/kg,各類集雨節(jié)灌工程投資經(jīng)濟(jì)效益分析詳見表6。

表5 集雨節(jié)灌工程年運(yùn)行費(fèi)用分析表(單位:元)

表6 集雨節(jié)灌工程投資經(jīng)濟(jì)效益分析

4 運(yùn)行管理

水窖集雨節(jié)灌工程多為農(nóng)民自建自用,大多數(shù)群眾在集雨方面都管理的比較到位,但用水發(fā)展節(jié)灌需要強(qiáng)化管理。

4.1 培訓(xùn)農(nóng)民

一是組織受益農(nóng)戶采取現(xiàn)場(chǎng)觀摩、實(shí)地操作、農(nóng)民相互交流經(jīng)驗(yàn)等形式,進(jìn)行作物種植、管理、病蟲害防治技術(shù)培訓(xùn),節(jié)水灌溉設(shè)備使用操作培訓(xùn),集水場(chǎng)集水效果觀摩,旱地龍使用效果觀摩;二是種植對(duì)比作物,進(jìn)行效益對(duì)比。三是培養(yǎng)土專家,留下一支永不離開的技術(shù)隊(duì)伍。

4.2 建立技術(shù)輔導(dǎo)站

建立縣、鄉(xiāng)、村三級(jí)技術(shù)輔導(dǎo)站,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、集水場(chǎng)及水窖建設(shè)、窖灌設(shè)備設(shè)施使用管理等技術(shù),實(shí)施全方位的指導(dǎo)和服務(wù),解決生產(chǎn)實(shí)際中的具體問題,免除農(nóng)民的后顧之憂。

4.3 示范引導(dǎo)

對(duì)水窖、集水場(chǎng)、噴灌、滴灌等設(shè)施管理的好,作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整明顯的農(nóng)戶進(jìn)行重點(diǎn)扶持,通過典型戶的培育,引導(dǎo)廣大群眾發(fā)展集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè),增加農(nóng)民收入。

5 結(jié) 論

通過分析,集雨節(jié)灌工程雖然單位面積投資較高,但其日常管理費(fèi)用較低,各種集雨節(jié)灌模式工程投資效益費(fèi)用比都大于1.2,具有較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。雨水積蓄利用技術(shù)可以有效緩解缺水地區(qū)水資源短缺的問題,并且經(jīng)濟(jì)上可行,具有較大的開發(fā)潛力。建設(shè)集雨節(jié)灌工程是解決彭陽縣乃至干旱山區(qū)分散居住群眾生產(chǎn)用水的根本措施,要提高集雨節(jié)灌工程效益,關(guān)鍵是引導(dǎo)群眾種植具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值和地方特色的優(yōu)勢(shì)作物。集雨節(jié)灌技術(shù)在干旱地區(qū)具有廣闊的發(fā)展前景,是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)支撐,蓄積雨水、發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)在干旱地區(qū)具有重大的戰(zhàn)略和社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。

[1]吳普特主編.中國(guó)西北地區(qū)水資源開發(fā)戰(zhàn)略與利用技術(shù)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001:280-288,311-315.

[2]侯燕軍,陳軍鋒,鄭秀清.雨水集蓄利用技術(shù)——水窖在秦安縣的應(yīng)用與發(fā)展[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,37(1),77-79.

[3]張仕華,朱德蘭,高建恩,等.混凝土薄殼球形水窖結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào),2009,37(9):214-218.

[4]劉學(xué)軍.寧南山區(qū)集雨節(jié)灌工程效益分析[J].寧夏農(nóng)林科技,2003,(6):57-59.

[5]趙文君,等.不同材質(zhì)水窖貯存雨水水質(zhì)變化特征[J].水土保持學(xué)報(bào),2010,24(1):20-23,44.

[6]張國(guó)珍,高建恩,許秀泉,等.黃土塬地區(qū)集雨窖水水源地優(yōu)選[J].生態(tài)學(xué)雜志,2010,29(4):752-753.

[7]吳普特,黃占斌.人工匯集雨水利用技術(shù)研究[M].鄭州:黃河水利出版社,2002:127-135.