西峰黃土區(qū)庭院雨水徑流調(diào)蓄利用經(jīng)濟效益評價研究

常文哲，王志雄，段景峰

(黃河水利委員會 西峰水土保持科學(xué)試驗站，甘肅 慶陽745000)

通過大幅度提高雨水利用時空調(diào)控性，庭院雨水徑流調(diào)蓄措施不僅能有效解決農(nóng)村人畜飲水、果園灌溉和發(fā)展生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟水源，而且能有效保護(hù)水土資源、改善農(nóng)村生活條件、提高農(nóng)村景觀質(zhì)量。近年來，在水資源緊缺地區(qū)，充分高效、經(jīng)濟合理地調(diào)蓄利用庭院雨水徑流受到人們的重視和關(guān)注，但是在相關(guān)研究中技術(shù)集成較多、評價分析較少，難以為不同類型區(qū)雨水收集利用模式的優(yōu)化發(fā)展提供支撐和依據(jù)。為此，黃河水利科學(xué)研究院“西峰黃土區(qū)雨水徑流調(diào)蓄利用效應(yīng)評價研究”項目組選擇在黃河生態(tài)工程硯瓦川項目建設(shè)的寥坳、南廟和樊浩3個具有代表性的雨水調(diào)蓄利用示范村，以調(diào)查和監(jiān)測的方式，對不同調(diào)蓄利用模式下雨水徑流對農(nóng)戶經(jīng)濟活動的貢獻(xiàn)率進(jìn)行了研究。

1 基本概況

項目組選擇的南廟、廖坳和樊浩3個雨水調(diào)蓄利用示范村地處甘肅慶陽西峰黃土區(qū)，為隴東黃土高塬溝壑區(qū)的典型代表。當(dāng)?shù)囟嗄昶骄邓?60 mm，7—9月為豐水季，降雨量約占年降水量的70%，多以大雨、暴雨形式出現(xiàn)，能形成較大的雨水徑流，這樣的降雨特點使得庭院雨水徑流調(diào)蓄利用具有了可行性。

南廟村有680戶2 780人，人口密度230人/km2，以果業(yè)為優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)有果園農(nóng)戶390戶，按照庭院硬化-集雨-水窖蓄水-果園滴灌系統(tǒng)模式和庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚養(yǎng)畜-沼氣池-果園滴灌系統(tǒng)模式，設(shè)有以單個農(nóng)戶為樣本的獨立徑流高效利用示范戶18戶。廖坳村有247戶1 127人，人口密度136人/km2，以養(yǎng)畜和果業(yè)生產(chǎn)為優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，按照庭院硬化-集雨-水窖蓄水-果園灌溉模式和庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚養(yǎng)畜模式，設(shè)有以單個農(nóng)戶為樣本的獨立徑流利用示范戶10戶。樊浩村有206戶927人，人口密度168人/km2，以養(yǎng)畜為優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，按照庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚養(yǎng)畜-沼氣模式，設(shè)有以單個農(nóng)戶為樣本的獨立徑流利用示范戶30戶。根據(jù)農(nóng)戶農(nóng)業(yè)收入狀況，按照好、中、差3個水平，在各示范村分別選定5戶示范戶進(jìn)行監(jiān)測，其中收入好的1戶、中等的3戶、差的1戶。監(jiān)測戶基本情況見表1。

2 材料與方法

降水量資料采用距離各村最近的董志、胡同趙和元馬3個雨量站的資料，采用自記雨量計和雨量筒同時量測。自來水消耗量數(shù)據(jù)來自自來水系統(tǒng)中各戶水表讀數(shù)，每月月初和月末各觀測1次。機井水消耗量按照拉水桶子的容積和取水次數(shù)計算。每次降雨前后采用鋼卷尺量取水深，根據(jù)水窖直徑計算水窖雨水收集量。果園次灌水量根據(jù)潛水泵流量(3 m3/h)和灌水時間計算。農(nóng)戶生活用水量和養(yǎng)畜用水量根據(jù)取水桶(15 L)和取水次數(shù)計算。當(dāng)?shù)剞r(nóng)村水資源緊缺，農(nóng)民節(jié)水意識較強，洗菜、洗臉、洗衣和清潔用水等一般都會二次利用，用于養(yǎng)畜或庭院果樹澆灌，該部分計入生活用水后不再計入灌溉用水或養(yǎng)畜用水。本試驗于2010年布設(shè)，2011年開始監(jiān)測。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測戶雨水集蓄量分析

3.1.1 降水量統(tǒng)計

南廟、廖坳、樊浩分別采用董志、胡同趙、元馬雨量站資料，2011—2013年各雨量站降水量資料見表2。相比多年平均降水量，3個示范村2011、2013年降水量偏多、2012年降水量偏少，7—9月降雨量占年降水量的57.3%～68.1%，春季降水量少、土壤墑情差，通過硬化庭院收集雨水，用集蓄水結(jié)合自來水進(jìn)行果園灌溉，基本能滿足果樹用水需求，人畜用水也能得到保障。

表1 監(jiān)測戶基本情況

表2 2011—2013年董志、胡同趙、元馬雨量站降水量資料 mm

3.1.2 雨水集流場組成及面積

根據(jù)各監(jiān)測戶雨水集流場面積統(tǒng)計(表3)，在庭院集水面積中，混凝土庭院占總面積的62.1%，隨著農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，混凝土庭院越來越普遍，已成為一種主要的庭院處理方式；屋頂面積占總面積的37.9%，其中機瓦面積占總面積的32.5%，是庭院雨水集流場的重要組成部分。

表3 監(jiān)測戶可集水面積統(tǒng)計 m2

3.1.3 雨水集流場徑流系數(shù)確定

根據(jù)西峰水土保持科學(xué)試驗站“黃土高塬溝壑區(qū)水資源調(diào)控利用技術(shù)研究”[1]和“黃土高塬溝壑區(qū)集雨節(jié)水灌溉技術(shù)”[2]成果，確定雨水集流場的徑流系數(shù)分別為混凝土0.80、機瓦0.50、缸瓦0.85、石棉瓦0.75。

3.1.4 雨水可集蓄量計算

經(jīng)計算，監(jiān)測戶2011—2013年平均可集水量見表4。

3.2 監(jiān)測戶用水量統(tǒng)計分析

經(jīng)統(tǒng)計，監(jiān)測戶2011—2013年平均用水量及來源見表5。在總用水量2 614.1 m3/a中，自來水(機井水)用量、集蓄水用量分別為513.2、2 100.9 m3/a，占總用水量的19.6%和80.4%，說明集蓄水是監(jiān)測戶果園灌溉、養(yǎng)畜和洗涮用水的主要水源，尤其是廖坳集蓄水用量1 138.2 m3/a，占到其總用水量的94.7%。上述結(jié)果說明在干旱區(qū)特別是自來水管網(wǎng)不能覆蓋且沒有灌溉水源地的落后地區(qū)，發(fā)展徑流集蓄對農(nóng)戶發(fā)展果園和畜牧業(yè)有著重要作用。

表4 監(jiān)測戶2011—2013年平均可集水量 m3/a

表5 監(jiān)測戶2011—2013年平均用水量及來源

3.3 監(jiān)測戶耗水量及去向分析

3.3.1 集蓄雨水消耗量及去向

監(jiān)測戶2011—2013年平均集蓄雨水消耗量及去向統(tǒng)計見表6。南廟監(jiān)測戶總集蓄水量為657.6 m3/a，其中果園灌溉平均用水量為521.6 m3/a，占總集蓄水量的79.3%；養(yǎng)畜平均用量為136.0 m3/a，占總集蓄水量的20.7%。廖坳監(jiān)測戶總集蓄水量為1 138.2 m3/a，其中果園灌溉用水量最多，占總集蓄水量的67.5%；養(yǎng)畜用水量和生活用水量分別占總集蓄水量的25.8%和6.7%。樊浩監(jiān)測戶總集蓄水量為305.1 m3/a，養(yǎng)畜用水量和生活用水量分別占總集蓄水量的80.0%和20.0%。

表6 監(jiān)測戶2011—2013年平均集蓄雨水消耗及去向統(tǒng)計 m3/a

3.3.2 自來水(機井水)消耗量及去向

根據(jù)監(jiān)測戶2011—2013年平均自來水(機井水)消耗量及去向統(tǒng)計，南廟自來水總消耗量為374.2 m3/a，其中果園灌溉用水量為222.7 m3/a，占全部自來水用量的59.5%；生活用水量為151.5 m3/a，占全部自來水用量的40.5%(表7)。廖坳和樊浩機井水年總消耗量分別為63.1和75.9 m3/a，全部用于生活用水。

表7 2011—2013年南廟監(jiān)測戶自來水(機井水)年平均消耗量及去向統(tǒng)計 m3/a

3.4 監(jiān)測戶經(jīng)濟效益分析與評價

監(jiān)測戶2011—2013年平均經(jīng)濟收入見表8。南廟監(jiān)測戶經(jīng)濟效益最高，為4.02萬元/a，廖坳和樊浩則分別為3.36萬和1.67萬元/a；南廟和廖坳監(jiān)測戶的主要經(jīng)濟收入來自果園產(chǎn)出，分別占其總收入的79.0%和67.6%，樊浩為純養(yǎng)畜戶，平均收入相對較低。上述結(jié)果表明，在目前市場條件和有水源保障的前提下，當(dāng)?shù)匾詰魹閱卧募彝ソ?jīng)濟果園收益高于養(yǎng)畜。

3.5 監(jiān)測戶技術(shù)經(jīng)濟效益分析與評價

2011—2013年監(jiān)測戶平均技術(shù)經(jīng)濟效益分析結(jié)果見表9。3個示范村平均集蓄水效益為352.15元/m3，其中南廟為544.80元/m3，遠(yuǎn)高于樊浩的297.61元/m3和廖坳的214.04元/m3，這主要得益于南廟監(jiān)測戶把果園建設(shè)和養(yǎng)豬有機結(jié)合起來，并采用了果園滴灌技術(shù)提高水的利用率，應(yīng)該重點推廣；養(yǎng)畜耗水量遠(yuǎn)小于果園耗水量，樊浩的庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚養(yǎng)畜-沼氣模式適合在水源緊缺的區(qū)域推廣；廖坳的平均集蓄水效益最低，是因為廖坳監(jiān)測戶果園灌溉采用了渠灌和漫灌，水的有效利用率較低；南廟和廖坳監(jiān)測戶的人均純收入分別為1.40萬、1.11萬元，均高于所在地西峰區(qū)農(nóng)業(yè)人口人均收入0.95萬元，樊浩監(jiān)測戶的人均純收入為0.45萬元，是所在寧縣農(nóng)業(yè)人口人均收入0.23萬元的近2倍，說明徑流利用能夠提高農(nóng)民收入，3個示范村的徑流利用模式均能不同程度地促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，尤其是采用滴灌等節(jié)水措施后經(jīng)濟效益更高。

表8 監(jiān)測戶2011—2013年平均經(jīng)濟效益分析 萬元/a

4 結(jié) 語

分析研究表明，在西峰黃土區(qū)開展庭院雨水徑流調(diào)蓄利用能夠促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，結(jié)合滴灌等節(jié)水措施可以大幅度提高雨水資源在經(jīng)濟活動中的貢獻(xiàn)率。在硯瓦川項目區(qū)提出并實施的 “庭院硬化-集雨-水窖蓄水-果園滴灌系統(tǒng)模式和庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚養(yǎng)畜-沼氣池-果園滴灌系統(tǒng)模式”適合在塬區(qū)重點推廣，“庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚養(yǎng)畜-沼氣模式”適合在以山坡地為主的養(yǎng)殖區(qū)重點推廣。

表9 監(jiān)測戶2011—2013年平均技術(shù)經(jīng)濟效益分析

[參考文獻(xiàn)]

[1] 趙安成,李懷有,宋孝玉,等.黃土高塬溝壑區(qū)水資源調(diào)控利用技術(shù)研究[M].鄭州:黃河水利出版社,2006:38-59.

[2] 李懷有,趙安成,郭永樂.黃土高塬溝壑區(qū)集雨節(jié)水灌溉技術(shù)[M].鄭州:黃河水利出版社,2002:7-12.