山丘區(qū)雨水集蓄工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

□董崇偉（偃師市水利局）

1 雨水集蓄工程系統(tǒng)的組成

所謂雨水集蓄工程是指在干旱半干旱及其他嚴(yán)重缺水地區(qū)，將規(guī)劃區(qū)內(nèi)及周圍的降雨進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)，以便作為該地區(qū)水源加以有效利用的一種微型水利工程。它有投資小、見效快、適合家庭經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。雨水集蓄工程系統(tǒng)一般由集流設(shè)施、凈化設(shè)施、存儲(chǔ)設(shè)施、提取設(shè)施、節(jié)水灌溉設(shè)施5部分組成。

2 工程模式及適用條件

根據(jù)集流系統(tǒng)各部分的功能及作用不同，雨水集蓄工程一般按集流、存儲(chǔ)、節(jié)灌及綜合等方式分類。

由于雨水集蓄工程的特點(diǎn)是積蓄雨水，這里按集流方式將集流模式分為自然集流場(chǎng)模式、人工集流場(chǎng)模式及人工及天然相結(jié)合集流場(chǎng)模式。

2.1 自然集流場(chǎng)模式

主要是利用天然或其它已形成的集流效率高，滲透系數(shù)小，適宜就地集流的自然集流面集流。如東南沿海的海島、石灰?guī)r溶地區(qū)的局部地方及村莊、房舍、庭院、道路等可作為集流面集流。

2.2 人工集流場(chǎng)模式

在不適宜直接利用作為集流場(chǎng)的地方如需集流就必須修建人工集流場(chǎng)。如在華北、西北黃土高原丘陵山區(qū)需要集流雨水進(jìn)行節(jié)水灌溉的田間等。

人工集流常用的集流防滲材料有混凝土、瓦（水泥瓦、機(jī)瓦、青瓦）、塑料薄膜、襯砌片（塊）石、天然坡面夯實(shí)土等。常用集流材料在不同降雨量及降水保證率條件下的集流效率也是不同的。見表1。

近來，相關(guān)科研單位也正對(duì)一些價(jià)格便宜、集流效率較高的新材料如：HEC土壤固化劑、復(fù)合型石油瀝青玻璃布油氈、機(jī)制防滲布等材料的集流性能進(jìn)行試驗(yàn)。初步結(jié)果表明，效果良好。

2.3 自然與人工相結(jié)合集流模式

表1 集流材料的集流效率表

在一些地區(qū)，由于自然形成的集流場(chǎng)集流規(guī)模有限，需修建人工集流場(chǎng)作為補(bǔ)充，形成人工與自然相結(jié)合的集流場(chǎng)。這種模式適宜在解決人畜飲水、發(fā)展庭院經(jīng)濟(jì)的農(nóng)村地區(qū)發(fā)展。其集雨工程工藝流程主要為在屋頂（庭院或其它人工集流場(chǎng)）通過下水道收集降水，經(jīng)過濾池、儲(chǔ)水池（或由提水管到高位水池），供給生活及其他用水，通過送水管經(jīng)過水處理器供給飲用水。

在一些地方的鄉(xiāng)村，為充分利用村舍的屋頂、庭院、路面、谷場(chǎng)等硬化面集流雨水，將全村統(tǒng)一規(guī)劃，戶戶連通形成統(tǒng)一系統(tǒng)以提高集流的規(guī)模效益。

3 雨水集蓄工程單項(xiàng)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.1 集流場(chǎng)單位投資

3.1.1 集流規(guī)模

不同的用水需求，在不同條件下（降雨量、集流材料等）所要求的集流面積不同。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，洛陽市在雨水集蓄工程中常用的硬路面、二（三）合土、水泥土面、塑料膜等幾種材料中，集水面積相同情況下，塑料膜的集水量最大，其次分別為水泥土面、二（三）合土、硬路面。故在相同的條件下，集流材料對(duì)集水量影響很大。

3.1.2 集流面單位造價(jià)估算

不同的集流材料，造價(jià)差別較大。常用的混凝土集流面厚4cm，選用C20混凝土現(xiàn)澆。根據(jù)洛陽市2013年下半年人工、材料價(jià)格和當(dāng)?shù)貙?shí)驗(yàn)資料，C20混凝土預(yù)算單價(jià)380元/m2左右，；砂石料7m3合280元，混凝土集流面單位造價(jià)共需材料費(fèi)660元（不含土方人工費(fèi)）。其它地區(qū)材料單價(jià)各異需自行核算。

目前常用的集流材料有混凝土、水泥瓦、黑塑料膜，根據(jù)實(shí)際情況測(cè)算，以上3種主要材料參考單價(jià)分別為6.60元/m2、6.50元 /m2、1.20元 /m2。

3.2 水窖造價(jià)

根據(jù)建造水窖的容積與投資的關(guān)系對(duì)比分析，水窖容積越大，造價(jià)越高，混凝土窖一般造價(jià)比其它較高。相對(duì)講水泥沙漿抹面，造價(jià)較底。對(duì)于水泥沙漿抹面，當(dāng)窖容＞30m3時(shí)，單位容積造價(jià)明顯提高。

3.3 節(jié)灌設(shè)施投資

由于雨水集蓄工程的特點(diǎn)，其配套灌溉設(shè)施一般以微灌為主（多為滴灌或微噴）。根據(jù)歷年來偃師市半山丘陵區(qū)不同微灌工程模式單位投資情況，利用高位配水池自壓滴灌系統(tǒng)每公頃投資9000元，采用水泵提水發(fā)展滴灌每公頃投資高達(dá)16500元。系統(tǒng)包括首部樞紐和水過濾器、施肥罐、田間地埋輸水管網(wǎng)、地面滴灌毛管。

3.4 年運(yùn)行費(fèi)

年運(yùn)行費(fèi)包括雨水集蓄工程設(shè)施在正常運(yùn)行期間每年需要支出的經(jīng)常性費(fèi)用，包括燃料動(dòng)力費(fèi)、工資等。也稱直接年運(yùn)行費(fèi)。雨水集蓄工程解決山丘區(qū)人飲和生活用水的年運(yùn)行費(fèi)主要為集流設(shè)施、儲(chǔ)水設(shè)施、凈化設(shè)施、輸水設(shè)施的日常維護(hù)費(fèi)用，無其它運(yùn)行費(fèi)。

利用雨水集蓄發(fā)展的灌溉工程，不同灌溉模式年運(yùn)行費(fèi)不同。以高位配水池自壓和水泵提水兩種形式對(duì)比分析。根據(jù)洛陽市實(shí)際情況，山丘區(qū)糧食作物種植按一年兩季，高位配水池自壓滴灌系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)僅考慮人工管理費(fèi)約1200元/hm2，而水泵提水滴灌系統(tǒng)除人工管理費(fèi)外，還應(yīng)計(jì)算電費(fèi)約2100元/hm2。由于滴灌的工程技術(shù)特點(diǎn)，除以上運(yùn)行費(fèi)用外，每?jī)赡赀€需更新地面滴灌管一次，每公頃次需增加滴灌管購(gòu)置費(fèi)3000～3300元左右。山丘區(qū)發(fā)展滴灌后，根據(jù)糧食作物全生育期灌溉需水量要求，高效配水池滴灌系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)為2700～2850元/hm2；水泵提水滴灌系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)為4800～4950元/hm2。

4 雨水集蓄工程灌溉工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

4.1 社會(huì)效益

推廣雨水集蓄工程是促進(jìn)山丘區(qū)農(nóng)村兩個(gè)文明建設(shè)的“幸福之泉”，工程雖然蓄水量有限，但通過發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)，解決了作物生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的用水問題，是有效緩解山丘區(qū)旱情、抗旱減災(zāi)的重要手段，改善了山丘區(qū)農(nóng)村生產(chǎn)生活條件，提高了山區(qū)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，農(nóng)民收入大幅度增加，是發(fā)展山丘區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)，積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)的有效手段，有力地推動(dòng)了山丘區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展。經(jīng)濟(jì)效益

4.2 增產(chǎn)增收效益

山丘區(qū)采用雨水集蓄的工程形式主要有水泵提水滴灌、高位配水池滴灌、配水池蔬菜滲灌、管道坐水種等。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，山丘區(qū)糧食作物實(shí)施滴灌工程，公頃均可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)20%以上。玉米實(shí)施滴灌后公頃均增產(chǎn)1650kg，增產(chǎn)效益1980元；小麥實(shí)施滴灌后公頃均增產(chǎn)1350kg，增產(chǎn)效益1485元，則年均增產(chǎn)效益3465元/hm2，年可增產(chǎn)糧食3000 kg（小麥、玉米價(jià)格按2013年第四季度市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算）。

由此可以看出，山丘區(qū)發(fā)展雨水集蓄灌溉工程，采用高位配水池滴灌系統(tǒng)相比水泵提水滴灌系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。同時(shí)，采用滴灌的灌溉水較為均勻，使土壤不板結(jié)，水分緩慢均勻地滲入土壤，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)能起到保持作用，保持土質(zhì)松軟，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)十分有利，澆水和施肥可同時(shí)進(jìn)行，且施肥均勻。

4.3 節(jié)水效益

山丘區(qū)現(xiàn)有水源單一且固定，新建水源工程成本較高，充分利用天然降水，建設(shè)雨水集蓄工程和配套的滴灌系統(tǒng)，緩解了山丘區(qū)水資源緊缺的問題，大幅提高了山丘區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，結(jié)束了山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“望天收”的歷史。

滴灌的工程特性決定了其灌溉精度，據(jù)測(cè)算，滴灌比大水漫灌節(jié)水70%，糧食作物實(shí)施滴灌后年公頃均用水量?jī)H為375 m3左右，比滴灌工程實(shí)施前節(jié)水825m3。

4.4 節(jié)地效益和省工效益

與土渠灌溉比較，微灌工程可節(jié)省土地約5%～7%。微灌工程能夠適應(yīng)各種地形，無須平整土地，不用修田，且灌溉中節(jié)省了人工。

4.5 雨水集蓄工程的生態(tài)效益

山丘區(qū)雨水集蓄工程攔蓄了一定的降雨徑流，減弱了徑流對(duì)下游農(nóng)田、道路等建筑物和設(shè)施的沖刷，有效的減輕了山區(qū)水土流失現(xiàn)象，緩解和調(diào)節(jié)了暴雨洪水，減輕了洪峰水量對(duì)河流、水庫安全的壓力，對(duì)改善山丘區(qū)的生態(tài)環(huán)境起到了積極作用。

發(fā)展雨水集蓄工程，不僅緩解了山區(qū)水源緊缺和群眾吃水困難問題，同時(shí)還改善了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，使山區(qū)群眾應(yīng)對(duì)干旱的能力大大提高；促進(jìn)了山丘區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快了山丘區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐，幫助因嚴(yán)重缺水而致貧的農(nóng)民盡快擺脫貧窮和落后；是實(shí)現(xiàn)山區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的有效措施。