淺議山區(qū)小水窖工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與應(yīng)用

盛 東 胡春艷 徐義軍 羅利順

（湖南省水利水電科學(xué)研究所 長沙市 410007）

1 概述

水是制約山區(qū)生產(chǎn)、生活發(fā)展的關(guān)鍵因素。山區(qū)生產(chǎn)條件除了交通不便、地塊零散、土壤瘠薄以外，主要是缺水，小水窖工程可集蓄水與科學(xué)用水為一體，做到“小水大用，一水多用”，是解決山區(qū)生產(chǎn)和生活用水的有效措施。

小水窖是指在地表以下人工構(gòu)筑的蓄水設(shè)施，其作用是儲(chǔ)蓄天然降雨或通過引水管（溝）將溝溪、泉水等輸送到窖中蓄存，供山區(qū)人畜飲水或抗旱灌溉。它具有以下特點(diǎn)：

（1）集雨存水，調(diào)節(jié)時(shí)空分布。水窖能把自然降雨所形成的地表徑流集蓄于地下窖內(nèi)，在無其他水源及干旱的冬、春季節(jié)保證人畜飲用。

（2）由于水窖把雨水集中存儲(chǔ)于地面以下，加上封頂加蓋，周壁襯砌抹面等特殊處理，所以水窖不易被污染、不易蒸發(fā)、不滲漏、不受氣溫的影響、不易變質(zhì)，最大限度地發(fā)揮集雨存水的利用效能，保證群眾能夠飲用干凈衛(wèi)生的水。

（3）水窖結(jié)構(gòu)簡單，易修易成。修建水窖有挖基、襯砌、抹面、封頂、建集雨場等簡單工藝，技術(shù)難度不大，取材容易，每口窖工程量不大，施工期短。

（4）水窖管理方便，使用時(shí)間長。每年除定期清洗沉淀池、過濾料、水窖外，不需要其它管理措施及費(fèi)用開支，并且水窖建成后使用年限較長，一般可用20年以上。

小水窖主要作用是供給干旱山區(qū)及丘陵缺水地區(qū)農(nóng)村人畜飲水安全，解決生活和庭院經(jīng)濟(jì)用水。修建小水池小水窖的最終目的是要保證：“有水裝，能裝水，易排灌，有效益”12字原則。因此，質(zhì)量是根本，如何保證質(zhì)量，除了上述的要十分注重選址外，還應(yīng)實(shí)施規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括：根據(jù)地質(zhì)和地形，能方則方，能圓則圓，容積大小，用石，用沙，混凝土的配合比，施工技術(shù)，安全等若干方面做到統(tǒng)一思想、統(tǒng)一組織、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一質(zhì)量，達(dá)到規(guī)范、美觀、牢固的要求。除此之外，在施工過程中還要加強(qiáng)督導(dǎo)和指導(dǎo)，切實(shí)確保工程質(zhì)量。

2 小水窖工程規(guī)劃原則與內(nèi)容

2.1 規(guī)劃原則

小水窖工程規(guī)劃的基本原則有：

（1）小水窖工程規(guī)劃要照顧當(dāng)前利益，又要考慮長遠(yuǎn)利益，統(tǒng)一規(guī)劃，分期實(shí)施；應(yīng)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)，與農(nóng)民致富相結(jié)合，與水土保持及節(jié)水灌溉等項(xiàng)目規(guī)劃緊密結(jié)合。

（2）小水窖工程規(guī)劃應(yīng)符合當(dāng)?shù)厮Y源條件，適度而有效地利用當(dāng)?shù)赜晁Y源，做到合理布局、集中成片、綜合利用。

（3）小水窖工程規(guī)劃的類型、規(guī)模、數(shù)量應(yīng)根據(jù)規(guī)劃區(qū)的氣象條件、地形、土質(zhì)狀況、農(nóng)作物需水量、人畜飲用水量確定，防止浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)。

（4）小水窖工程選址要具備集水容易、占地少、地質(zhì)條件好、安全可靠、蓄用與管理方便等條件。工程的布設(shè)要能最有效地?cái)r蓄坡面徑流，能充分利用泉水等其他補(bǔ)充水源。池、窖址應(yīng)避開填方及滑坡體，水資源易污染地區(qū)。位于公路兩旁的蓄水設(shè)施應(yīng)符合交通部門排水、綠化、養(yǎng)護(hù)等規(guī)定。

2.2 規(guī)劃內(nèi)容

（1）基本資料收集：水文氣象資料、地形、土質(zhì)資料、集雨面的類型及數(shù)量、農(nóng)作物種類及面積、土壤資料以及當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)狀況、建筑材料、道路交通、能源供應(yīng)、農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、現(xiàn)有水資源開展利用狀況等。

（2）對(duì)本地區(qū)缺水狀況、雨水利用的必要性和可行性、規(guī)劃的目標(biāo)與任務(wù)、工程布局和規(guī)模、工程分布形式、工程量與資金估算、分期實(shí)施計(jì)劃、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和環(huán)境影響等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（3）規(guī)劃目標(biāo)及任務(wù)應(yīng)盡量滿足灌溉、生活用水需要。其發(fā)展的速度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)狀況合理確定。

3 小水窖工程規(guī)模確定

水窖容量依據(jù)缺水時(shí)間、用水人口、用水定額等參數(shù)共同確定。湖南降水量一般集中在汛期，因此水窖的窖容確定關(guān)鍵是處理汛期降水，盡可能滿足間雨期的需要。依照《農(nóng)村人畜飲水工程建設(shè)項(xiàng)目管理辦法》的規(guī)定，即每人每日供水（40～60）L，大牲畜每頭每日供水（20～50）L。連續(xù) 70天不不雨，能保證吃上清潔水。經(jīng)測算，一家4口人，用水50 L/d；一頭牛，一頭豬，各用水20 L/d；最大間雨期70天，則年需水86 400 L；按滿足最大間雨期用水量蓄水，則水窖設(shè)計(jì)容積為14 m3。

（1）水窖容積公式為

式中V——水窖容積（m3）；

N——用水人口數(shù)（人）；

I——用水定額（m3/人·d）；

T——連續(xù)缺水時(shí)間（d）。

（2）水窖規(guī)格的確定。微型水窖規(guī)格可以按5m3、10 m3、15 m3、20 m3、30 m3容量進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。

（3）集流場面積的確定。由于人畜飲水小水窖對(duì)水質(zhì)要求高，在設(shè)計(jì)中采用人工集流場，其主要作用是收集雨水，同時(shí)可兼作農(nóng)戶曬壩。其公式為：

式中F——集雨面積（m2）；

η——蒸發(fā)、集流等造成的降雨損失系數(shù)，綜合分析取值η=0.3；

P——年降雨量，取值依據(jù)實(shí)際情況確定。

4 小水窖工程結(jié)構(gòu)形式選擇

4.1 窖址選擇

依農(nóng)戶自己承包的溝坡地、果園、林場地勢，選在位置較高并且可利用路、壩、裸巖、頁巖、荒坡形成雨水徑流的地點(diǎn)，建成后實(shí)現(xiàn)“居高臨下”用水。沒有上述條件的平地，需要考慮一處（20 m2～100 m2）以上面積的坡，鋪上塑料布也可滿足蓄水要求。

4.2 設(shè)計(jì)思路

小水窖工程結(jié)構(gòu)形式需要依據(jù)地形地貌、地質(zhì)土壤條件以及工程規(guī)模等要求來確定。為使水窖水質(zhì)得到保障，通常應(yīng)將水窖設(shè)計(jì)成深埋于土體的、密封的、帶集雨坪的圓柱體或方體水池，其優(yōu)點(diǎn)是：

（1）水窖埋于土體，近似于一個(gè)微型地下水儲(chǔ)存系統(tǒng)，對(duì)水質(zhì)有利。

（2）水窖不易遭人為破壞，經(jīng)久耐用。

（3）水窖密封，污染物不會(huì)落入窖內(nèi)，且由于密閉不透光，水體內(nèi)微生物不易生存繁衍。

（4）采用人工集雨坪集流，可使降雨進(jìn)入水窖前免受污染。設(shè)計(jì)重點(diǎn)是通過對(duì)水質(zhì)的控制，使水窖能得以有效地使用，并且便于維修。

4.3 技術(shù)要求

小水窖工程由窖體、窖口、窖蓋、集水場、截流渠、兩級(jí)沉沙池、進(jìn)水口、出水口、截門、防凍井、輸水管等部分組成。總體要求“全地下、不蒸發(fā)、不漏水、-15℃內(nèi)不結(jié)冰”。

小水窖的具體技術(shù)要求如下：

（1）水窖深度：以窖頂?shù)陀趦鰧訛闇?zhǔn)，距地面0.5 m深，如果蓄水2 m深，應(yīng)開挖（2.8～3.0）m深的基礎(chǔ)。

（2）水窖基礎(chǔ)要求：窖底全挖到巖石層或原始土層，防止蓄水后造成雨水滲透沉裂。

（3）水窖形狀：為方便窖基開挖、漿砌施工和縮短頂板橫徑長度，增加承壓力，窖體應(yīng)設(shè)計(jì)為橢圓型。

（4）砌體要求：蓄水15日以內(nèi)可干砌窖體，砌好后用水泥沙漿勾縫，抹兩層水泥沙漿找平，然后刷1遍水泥漿，再抹1遍，連續(xù)刷抹4遍。蓄水30日以上的水窖，砌體要用1∶4水泥沙漿砌石，以免因砌體承壓不夠，裂縫漏水，窖體抹面防水同上。漿砌順序應(yīng)是先砌墻、后砌底，底要用碎石砌好后灌注水泥沙漿，也可用水泥、石子、沙子混凝土直接澆筑，厚度（15～20）cm，待墻體全部砌體完成后統(tǒng)一抹面，形成一體。在窖體砌筑時(shí)，窖內(nèi)墻體頂部兩側(cè)各留一個(gè)寬30 cm、高10 cm的進(jìn)水口，同時(shí)安好鐵紗網(wǎng)用以攔截雜草，在距水窖底10 cm左右的外墻埋好輸水管。

（5）防凍井：在水窖預(yù)留的輸水管外，挖溝并安裝截門，在截門處挖1 m見方的立井，用石塊干砌即可，外墻培土防凍，立井上面加蓋加鎖，保護(hù)啟用。

（6）窖頂：可以加鋼筋直接灌筑拱型窖頂，也可以加鋼筋打（12～15）cm 厚的預(yù)制板蓋頂，留好（0.8～1.0）m 見方的窖口，蓋板的縫隙要抹嚴(yán)。窖頂養(yǎng)護(hù)堅(jiān)固后砌窖口，高度 （50～60）cm，在漿砌時(shí)做預(yù)埋鐵或水泥蓋固定安裝鐵環(huán)。最好按設(shè)計(jì)窖口安裝窖蓋，同時(shí)加鎖。

（7）截流渠、集水場、沉沙池、截流渠：以水窖外沿為準(zhǔn)，向相反方向設(shè)計(jì)“V”字型截流渠，長度按蓄1 m。水渠長（2～3）m 計(jì)算，拉線開基，截流渠規(guī)格為寬（30～40）cm，高20 cm，用石塊砌，水泥沙漿抹好表面。沉沙池第一個(gè)沉沙池設(shè)在距水窖（2～3）m的截流渠中間，規(guī)格為長1 m、寬0.8 m、深0.6 m，挖基礎(chǔ)后用水泥沙漿塊石砌好抹面。為了緩水并沉積泥沙，池內(nèi)砌三道曲型隔墻，高（0.4～0.5）m。第二沉沙池設(shè)在水泥截流渠與土渠接合處，規(guī)格為：長0.8m，寬0.6 m，用石塊干砌抹面即可。集水場在截流渠上方，按每蓄1 m3，水設(shè)計(jì)（1.5～2）m集水場計(jì)算。開挖15 cm深的基礎(chǔ)，依設(shè)計(jì)面積清挖雜草灌木，再用碎石水泥沙漿灌注后抹面，或用混凝土鋪筑，厚度10cm左右，集水場可考慮利用道路、裸巖、頁巖、荒坡等容易形成雨水徑流的地點(diǎn)。

（8）安裝輸水管道：依水窖容水量與使用面積、用途，設(shè)計(jì)管道走向與長度，用聚丙稀塑料管鋪設(shè)，配用滴灌用出水管，每（10～15）m安裝一個(gè)出水口或噴頭，管道深埋（60～70）cm，管道應(yīng)保持1 m以上落差。管道尾部要建一個(gè)放水池，入冬前將管道內(nèi)積水放盡，防止管道凍裂。地上可利用出水噴頭進(jìn)行管灌或滴灌。

（9）與機(jī)井配套的人畜飲水水窖也可采取以上要求，農(nóng)戶居住在溝坡上的也應(yīng)選在高處，以利于自己埋設(shè)地下引水管道，即保證人畜用水時(shí)不用安泵提水，又方便庭院經(jīng)濟(jì)用水，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行窖口加蓋加鎖，以保證人身安全。

（10）完全是土基礎(chǔ)的水窖，可采用模具全窖體混凝土灌注形成一個(gè)整體后內(nèi)抹面3～4次。

5 典型設(shè)計(jì)實(shí)例

湘西某試點(diǎn)山區(qū)有一農(nóng)戶，全家共4人，牛一頭，豬一頭，該區(qū)年均降雨量800 mm，需進(jìn)行山區(qū)蓄水工程設(shè)計(jì)。

（1）水窖容積公式為：

式中V——水窖容積（m3）；

N為用水人口數(shù)（人）；

I——用水定額 （m3/人·d），在某試點(diǎn)取值為4人（實(shí)施時(shí)以實(shí)際人口數(shù)為準(zhǔn)）；I為用水定額，依據(jù)國家規(guī)范結(jié)合實(shí)際取值為 40L/（人·d）；

T——連續(xù)缺水時(shí)間，在某試點(diǎn)取值120天（取值根據(jù)實(shí)際缺水時(shí)段確定）。

理論計(jì)算得：

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮再加畜禽用水6 000 L，得:

（2）水窖規(guī)格的確定。

采用圓柱體形式，水窖半徑取值1.5 m較為理想，水窖有效盛水深度取值4 m。可參照30 m3容積的典型小水窖設(shè)計(jì)。見附圖。

附圖 豎井式圓弧小水窖設(shè)計(jì)示意圖（30 m3）

（3）集雨坪面積的確定。由于人畜飲水小水窖對(duì)水質(zhì)要求高，在設(shè)計(jì)中采用人工集雨坪，其主要作用是收集雨水，同時(shí)可兼作農(nóng)戶曬坪。P=800 mm，綜合分析取值。代入式（2）、式（3）得 F 為 37.9 m2。

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