雨水和城市再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉若干問(wèn)題的探討

何婷婷　王靜　史志鵬

摘要 從再生水的處理標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)輸、對(duì)作物土壤和地下水的影響、雨水的收集方法、處理工藝和灌溉設(shè)施的選擇等9個(gè)方面，對(duì)雨水和城市再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的若干問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)闡述，為今后雨水和城市再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的深入研究提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 雨水；再生水；農(nóng)業(yè)；灌溉

中圖分類號(hào) S275.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）19-235-02

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，水資源的供需矛盾日益尖銳。我國(guó)淡水資源的人均占有量不足世界平均水平的1/4，而在很多地區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉用水量幾乎占整個(gè)淡水資源的90%以上，成為名副其實(shí)的用水大戶。如何緩解水資源危機(jī)，保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康持續(xù)發(fā)展就顯得尤為重要。近年來(lái)，不少學(xué)者開(kāi)始研究雨水和城市再生水在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用，并取得了一定的成就。如師榮光等認(rèn)為，城市再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉時(shí)的控制指標(biāo)有11項(xiàng)一般化學(xué)指標(biāo)、5項(xiàng)毒理學(xué)指標(biāo)和2項(xiàng)衛(wèi)生指標(biāo)[1-2]；王會(huì)肖等研究了目前再生水農(nóng)業(yè)利用的現(xiàn)狀和研究進(jìn)展，指出再生水灌溉對(duì)土壤和作物的影響[3]；有學(xué)者詳細(xì)闡述了近年來(lái)世界上和我國(guó)各省關(guān)于雨水集蓄利用的狀況，并利用GIS軟件提出了丘陵山區(qū)雨水利用的三大模式[4-7]；胡正軍研究了雨水在高校道路綠地灌溉中的應(yīng)用[8]；有學(xué)者研究了雨水和自來(lái)水的不同處理對(duì)高羊茅草生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)雨水灌溉因?yàn)樗瑺I(yíng)養(yǎng)成分較多。因此相對(duì)于自來(lái)水來(lái)說(shuō)，雨水灌溉對(duì)植物的生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用[9-10]，證實(shí)了雨水灌溉的可行性和優(yōu)越性。雖然雨水和城市再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉有一定的可行性，也在一定程度上緩解了水資源不足的矛盾，但是其發(fā)展應(yīng)用中仍然存在一定的問(wèn)題。

1 城市再生水的處理標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一

城市再生水指的是城市中的生活污水和工業(yè)廢水經(jīng)過(guò)處理以后用于其他非飲用的水源。如果要將這種再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉就必須要有相應(yīng)控制指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，也就是處理到什么程度才可以用于農(nóng)業(yè)灌溉。目前，國(guó)際上認(rèn)可的再生水控制指標(biāo)主要有11項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)、5項(xiàng)毒理學(xué)指標(biāo)和2項(xiàng)衛(wèi)生指標(biāo)[1]。一般化學(xué)指標(biāo)的限值見(jiàn)表1。毒理性指標(biāo)包括總汞、總鎘、總砷、鉻、鉛，最大限值分別為≤0.001、≤0.01、≤0.05、≤0.1、≤0.2 mg/L。另外，還應(yīng)該考慮其他選擇控制項(xiàng)目的限值，如鈹、鈷、氟化物、鐵、錳、鉬、鋅、硼、釩、氯化物、硫化物、氰化物、三氯乙醛、丙烯醛、甲醛、苯等。衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)包括類大腸菌群數(shù)、蛔蟲卵數(shù)，最大限值分別為≤10 000、≤2個(gè)/L。但是，不同的農(nóng)作物對(duì)于水質(zhì)的敏感程度不同，如果按照最敏感的作物對(duì)水質(zhì)的要求進(jìn)行污水處理，勢(shì)必會(huì)增加污水處理廠的負(fù)擔(dān)，也不經(jīng)濟(jì)；但是如果按照大多數(shù)的作物對(duì)水質(zhì)的要求進(jìn)行污水處理，那么有些作物就不適合再生水灌溉。另外，不同地區(qū)同一種作物由于土壤和氣候環(huán)境的不同，對(duì)水質(zhì)的敏感程度也可能不一樣，建議根據(jù)當(dāng)?shù)刈魑锏姆N植情況和其他農(nóng)業(yè)氣象條件，制定適宜當(dāng)?shù)氐脑偕幚順?biāo)準(zhǔn)。

2 城市再生水的運(yùn)輸困難

2010年，全國(guó)污廢水排放量達(dá)617億m3，如果能將這部分水全部經(jīng)過(guò)處理后用于農(nóng)業(yè)灌溉，將是一筆巨大的資源，同時(shí)對(duì)于緩解農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水的不足有著重要的意義。然而城市污廢水必須經(jīng)過(guò)統(tǒng)一集中的處理以后才能回用于農(nóng)業(yè)灌溉，如何將處理后的城市污廢水運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)的農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)，是一項(xiàng)艱巨的課題。如果將處理后的污廢水合并到市政管道中后再運(yùn)輸?shù)较鄳?yīng)灌區(qū)，然后再并入當(dāng)?shù)毓喔认到y(tǒng)，那么當(dāng)?shù)氐墓喔人淳蜔o(wú)法分級(jí)對(duì)不同作物進(jìn)行灌溉，因?yàn)橛行┞短焓卟撕蜕哳惒贿m合污水灌溉；如果通過(guò)單獨(dú)設(shè)立的管道將處理后的污廢水運(yùn)輸?shù)焦鄥^(qū)的相應(yīng)灌溉點(diǎn)，那么從投資成本上考慮又是否經(jīng)濟(jì)呢？因此，應(yīng)該通過(guò)詳細(xì)的比較論證后，確定一個(gè)合適的污廢水運(yùn)輸方式。

3 多余雨水的收集方法難以統(tǒng)一

目前，在丘陵山區(qū)，一般是采用集雨場(chǎng)和蓄水設(shè)施相結(jié)合的方式進(jìn)行雨水的收集，比如可以采用庭院、屋面、道路、山坡等作為天然的集雨場(chǎng)，也可以在蓄水池周圍修建一定面積的人工集雨場(chǎng)進(jìn)行集雨，蓄水設(shè)施可以是水窖、蓄水塘壩和水庫(kù)；在城市，一般是單獨(dú)收集屋面雨水、綠地雨水和道路雨水，雨水收集后主要是凈化后用于城市綠化灌溉和其他生活雜水，也可以經(jīng)過(guò)滲透回補(bǔ)地下水。但是這些收集方法和工藝各有特點(diǎn)，很難統(tǒng)一。另外，雖然丘陵區(qū)的雨水比較容易收集，但是我國(guó)仍然有大面積的平原地區(qū)，這些地區(qū)雖然總的降雨量很充沛，然而由于降雨時(shí)空分布不均勻，近年來(lái)冬春季節(jié)的干旱也時(shí)有發(fā)生，而有關(guān)這些地區(qū)的雨水蓄集利用模式研究較少。

4 多余雨水的儲(chǔ)存容積難以確定

雨水收集后必須先儲(chǔ)存起來(lái)，目前雨水儲(chǔ)存設(shè)施主要有水窖、蓄水塘壩和水庫(kù)。在丘陵山區(qū)，水窖主要是以零散的家庭式水窖和較小規(guī)模的田間水窖為主，這些水窖大多容積較小，收集的雨水量有限，作物的灌溉保證率只有40%左右，如何根據(jù)集雨場(chǎng)和當(dāng)年設(shè)計(jì)降雨量的大小合理選擇水窖的容積，以及較大容積水窖的施工工藝如何優(yōu)化等是今后研究的重點(diǎn)。如果采用蓄水塘壩和水庫(kù)進(jìn)行蓄水，那么也應(yīng)該考慮水庫(kù)的容積，既要滿足水庫(kù)充分蓄集雨水的需要，也要保證水庫(kù)在汛期的安全。在丘陵山區(qū)常見(jiàn)的水窖模型見(jiàn)圖1。

5 雨水的處理工藝不細(xì)化

目前雨水的常規(guī)處理工藝見(jiàn)圖2。在丘陵山區(qū)，由于天然集雨場(chǎng)收集的雨水?dāng)y帶大量的泥土，因此雨水的水質(zhì)較差，必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的沉淀和過(guò)濾才可以用于灌溉。另外，在進(jìn)行灌溉時(shí)，也應(yīng)該根據(jù)水源的含泥含沙量選擇適宜的灌溉方式，以免泥沙堵塞灌水器。因此，不同地區(qū)進(jìn)行雨水收集時(shí)，應(yīng)該根據(jù)具體條件，在雨水的常規(guī)處理工藝上進(jìn)行細(xì)化和優(yōu)化，尋找適合當(dāng)?shù)氐挠晁幚砉に嚒?/p>

6 雨水灌溉設(shè)施的選擇

在丘陵山區(qū)，雨水收集到蓄水池后如何選擇適當(dāng)?shù)墓喔仍O(shè)施也需要斟酌。目前較多采用的是通過(guò)水泵將水抽上來(lái)進(jìn)行灌溉，在丘陵山區(qū)建議采用泵房的井首下臥式，這種方式減少了水流過(guò)程中的局部水頭損失，并且占地少、節(jié)省材料、防水防盜，而且施工管理方便。井首下臥的泵房剖面圖見(jiàn)圖3。

7 灌溉區(qū)和灌溉作物的選擇

采用再生水灌溉的灌區(qū)，應(yīng)當(dāng)離當(dāng)?shù)鼐用竦木幼^(qū)200 m以上，并且應(yīng)該設(shè)有相應(yīng)的衛(wèi)生防護(hù)設(shè)施，防止再生水污染當(dāng)?shù)厮炊巩?dāng)?shù)爻霈F(xiàn)水傳染性疾病。利用再生水進(jìn)行灌溉時(shí)，應(yīng)該對(duì)灌溉作物進(jìn)行選擇，一般來(lái)說(shuō)，露天蔬菜和生蔬類產(chǎn)品是不適合用再生水進(jìn)行灌溉的。另外，如果當(dāng)?shù)赜兴a(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，一般也不建議采用再生水，以免由于生物的富集作用而使人類的健康受到威脅。最后，旱地作物在灌漿期也不適合用再生水進(jìn)行灌溉，以免再生水中的微量污染物進(jìn)入到作物的籽粒中或者可食部位。

相關(guān)研究表明，采用雨水進(jìn)行灌溉則不會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題，在一定水分利用條件下，雨水相比于地下水有一定的優(yōu)勢(shì)[9-10]，這是由于雨水含有一定的營(yíng)養(yǎng)成分，對(duì)植物的某些生長(zhǎng)特性有一定的促進(jìn)作用。但是在干旱地區(qū)，雨水的可收集量非常有限，根本無(wú)法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而城市再生水卻是每天都流出的。結(jié)合雨水灌溉的優(yōu)勢(shì)和再生水灌溉的缺點(diǎn)，如果能克服再生水的這些缺點(diǎn)，使得這兩種灌溉水源相互補(bǔ)充，必然能在很大程度上緩解水資源的危機(jī)，這需要進(jìn)一步的研究。

8 再生水長(zhǎng)期灌溉對(duì)土壤、地下水和作物質(zhì)量的影響

目前，再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的研究雖然取得了一定的成果，但是由于再生水灌溉技術(shù)起步晚，再生水長(zhǎng)期灌溉是否會(huì)對(duì)土壤的特性產(chǎn)生影響；多余再生水回灌以后是否會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤a(chǎn)生污染；植物、土壤和大氣是一個(gè)連續(xù)的循環(huán)體，俗稱“SPAC系統(tǒng)”，長(zhǎng)期的再生水灌溉是否會(huì)對(duì)作物果實(shí)的質(zhì)量和人類的健康產(chǎn)生威脅。對(duì)于這些問(wèn)題，都需要建立長(zhǎng)期的觀測(cè)和分析，達(dá)到既不會(huì)浪費(fèi)僅有的水資源，又能夠建立安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉模式。

9 雨水和再生水灌溉難于規(guī)范化和系統(tǒng)化

水資源嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀決定了我們必須另尋他徑，城市再生水和雨水就是一個(gè)很好的資源，雖然目前已經(jīng)制定了關(guān)于再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉的相關(guān)規(guī)范，但是不同地區(qū)由于土壤、氣候和自然條件差異很大，因此應(yīng)該根據(jù)各地的具體條件制定出適合當(dāng)?shù)氐挠晁驮偕喔饶Ｊ?。從全?guó)意義上來(lái)講，雨水和再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉各地都還處于研究和探索階段，很難形成統(tǒng)一的系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)。

10 結(jié)語(yǔ)

雨水和再生水用于農(nóng)業(yè)灌溉是緩解水資源緊缺和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的必由之路，然而在實(shí)際應(yīng)用中還是存在著一定的問(wèn)題。該研究?jī)H從幾個(gè)方面論證和闡述雨水和再生水灌溉中的問(wèn)題，提出了一些預(yù)防和改進(jìn)措施，這些措施的應(yīng)用和發(fā)展還需要今后在實(shí)踐中不斷地完善和改進(jìn)。

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