隴東黃土高原取棄土場(chǎng)雨水資源可收集利用潛力分析

田晉華 高雅玉

摘要：指出了隴東黃土高原地區(qū)取棄土場(chǎng)汛期每100 m2收集面植被覆蓋地面可收集量為8.42m3，裸露坡面可收集量為12. 80 m3，荒地可收集量為20. 52 m3。結(jié)果表明：取棄土場(chǎng)雨水資源收集存儲(chǔ)后可用于補(bǔ)充灌溉植物措施水分虧缺、區(qū)域牲畜飲水、周邊設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉用水及其他用水。

關(guān)鍵詞：隴東黃土高原;取棄土場(chǎng);雨水資源;收集;利用

中圖分類號(hào)：TU122.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（ 2019） 24-0018-03

1 引言

隴東主要指陜北狹地以西、六盤山以東的廣袤區(qū)域，即甘肅省慶陽(yáng)市和平?jīng)鍪袃墒衃1]，其位于甘肅省最東部，地處陜甘寧三省區(qū)交匯地帶，是黃土高原土壤侵蝕非常嚴(yán)重的地區(qū)之一[1，2]，是甘肅省境內(nèi)黃土高原區(qū)主要組成部分，分屬隴中高原、隴東一陜北高原，以黃土塬、梁、峁地形為主，溝壑縱橫，形態(tài)復(fù)雜，屬黃土高原溝壑立地亞區(qū)，是黃土高原土壤侵蝕非常嚴(yán)重的地區(qū)之一[1]。人均水資源占有量是甘肅省人均水資源量的25. 7%，是全國(guó)人均水資源量的13%，地下水人均地均占有量大大低于同類地區(qū)的水平，屬全國(guó)、全省水資源最貧乏的地區(qū)[2，3]。隴東黃土高原地區(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一、功能低下，系統(tǒng)敏感度強(qiáng)，穩(wěn)定度小，自身恢復(fù)能力差[3]。一旦遭到破壞就極難恢復(fù)，系統(tǒng)質(zhì)量差，抗災(zāi)能力低，系統(tǒng)生態(tài)容量十分低下，決定了隴東黃土高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)的復(fù)雜性[3]。

由于其地形地貌特殊，存在大量的取棄土場(chǎng)，隴東黃土高原地區(qū)取棄土場(chǎng)主要的特點(diǎn)是：裸露面較大，土體松散，防治措施滯后;匯水面積大，短時(shí)間易形成有效徑流且流量大;降雨徑流資源利用匱乏;水土資源保護(hù)性治理和利用模式單一;（5）由于缺水導(dǎo)致植物措施成活率低[1，4]。原有地貌遭到開挖破壞后形成大面積平地、臺(tái)地及坡地，遇降雨集中及暴雨，徑流形成時(shí)間段、流速高、流量大，易造成劇烈的水土流失，引發(fā)水土流失災(zāi)害[1]。

2 降水量及特點(diǎn)

近50年來隴東黃土高原干旱化趨勢(shì)非常明顯，尤其以1990年以來干旱化趨勢(shì)最為顯著，1993之后干旱化趨勢(shì)加強(qiáng)[5]。隴東黃土高原區(qū)屬黃河流域，大的洪水均由暴雨形成，一般發(fā)生在5～9月。且局部暴雨洪水比較多，由于黃土的廣泛分布，植被稀疏，洪水多尖瘦，峰高量小，歷時(shí)短暫。降水量總的趨勢(shì)是由南向北逐步遞減。年降水量等值線圖呈東北一西南走向。南部較為濕潤(rùn)，適宜于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但因降水集中在夏秋季節(jié)，變率大，容易受到干旱及洪澇災(zāi)害的威脅。北部屬于半干旱帶，全年降水日數(shù)只有60 d左右，與此同時(shí)由于風(fēng)蝕嚴(yán)重，不適宜于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，只應(yīng)有控制的發(fā)展牧業(yè)生產(chǎn)。區(qū)域降水年際變化很大，且有連續(xù)豐水年和連續(xù)枯水年的現(xiàn)象。區(qū)域北部年均降水小，而變差大，干旱嚴(yán)重;南部年均降水多，而變差小。降水特點(diǎn)可概括為：降水總量不足，南多北少，年際年內(nèi)分配不均，北部尤甚于南部;常水小，洪水大，60%的表l。

隴東黃土高原，地表水資源貧乏，水土流失嚴(yán)重。流域內(nèi)降水年際年內(nèi)及地帶分配不均，變差較大。在地表水資源中，人均占有量352 m3，是全省人均水量的25%，是全國(guó)人均水量的17%。畝均水量189 m3，是全省畝均水量的31. 5%。是全國(guó)畝均水量的10.8%。由于特殊的土壤地質(zhì)和自然氣侯條件，水資源有3個(gè)特點(diǎn)：一是北部為苦水區(qū)，水質(zhì)礦化度高，最大礦化度達(dá)20 g/L;二是流域內(nèi)水土流嚴(yán)重，河流含沙量高;三是徑流年際年內(nèi)分配不均，常水小，洪水大，60%的徑流以洪水形式出現(xiàn)，洪水陡漲暴落，難以利用。

3 雨水資源收集潛力評(píng)價(jià)

隴東黃土高原干旱狀態(tài)演變過程中干旱極端化現(xiàn)象將會(huì)增多，主要表現(xiàn)為干旱狀態(tài)由正常狀態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重等別的躍變，嚴(yán)重干旱狀態(tài)的持續(xù)性會(huì)增強(qiáng)[5]，對(duì)隴東黃土高原區(qū)取棄土場(chǎng)雨水資源收集利用可調(diào)節(jié)水資源時(shí)空分布不均。確定隴東黃土高原區(qū)雨水資源的可收集量，尤其是汛期的可收集量，是取棄土場(chǎng)修建蓄排水設(shè)施，合理調(diào)配、充分利用雨水徑流資源的前提。根據(jù)1950—2018年的降雨量觀測(cè)資料，多年平均降雨量為521.4 mm，其中5～9月份平均降雨量為421.Omm，占年降雨量的80.1%。由于5～9月份降雨多以短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨出現(xiàn)，能很快使地面形成較大超滲徑流。

根據(jù)《甘肅省水土保持規(guī)劃2015》對(duì)于隴東黃土高原區(qū)的土地利用類型劃分成果，以及隴東黃土高原各個(gè)氣象站的降水量及汛期降水量數(shù)據(jù)，來分析計(jì)算隴東地區(qū)取棄土場(chǎng)的雨水資源可收集量。由于受到自然條件以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平的限制，一個(gè)區(qū)域所降的雨水不能完全被收集利用，如果不考慮初期雨水的棄流和季節(jié)折減的影響，研究區(qū)每年平均理論可收集雨水徑流總量即雨水資源化理論潛力Q1可按照下式進(jìn)行計(jì)算：

Q1=H×A×φ×θ×10^-3（1）

式（1）中，Q1為雨水資源化理論潛力（m3）;H為一定保證率下的年降水量（mm）;A為不同土地利用類型的面積（m2）;ψ為徑流系數(shù);θ為集流效率。

在隴東黃土高原地區(qū)，降水量主要集中在汛期，因此要想辦在汛期法收集、儲(chǔ)存這雨洪資源，與此同時(shí)，還要防范洪水風(fēng)險(xiǎn)。在隴東黃土高原地區(qū)，各個(gè)不同的地類有著不同的徑流系數(shù)，整體的徑流系數(shù)較難確定，確定整體的徑流系數(shù)計(jì)算出的可收集量也不準(zhǔn)確。因此，對(duì)于該地區(qū)雨水資源的可利用量的計(jì)算采用分地類的徑流系數(shù)公式法估算。

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》、《甘肅省雨水繼續(xù)利用工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》以及相關(guān)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，將取棄土場(chǎng)雨水收集面按植被恢復(fù)程度不同，劃分為植被覆蓋地面（人工植被建設(shè)面，植被蓋度在60%以上）、裸露坡面（未實(shí)施植物措施且未自然修復(fù)裸露面，植被蓋度為O）和荒地（未實(shí)施植物措施，但自然修復(fù)后植被蓋度低于30%）3種地類進(jìn)行分析和計(jì)算。植被覆蓋地面年平均徑流系數(shù)取0.22，可收集利用率為85%，汛期徑流系數(shù)為0.25，可收集利用率為80%;裸露坡面的年平均徑流系數(shù)取0.32，可收集利用率為70%，汛期的徑流系數(shù)取0. 38，可收集利用率為80%，荒地的年平均徑流系數(shù)取0. 59，可收集利用率為70%，汛期的徑流系數(shù)取0.65，可收集利用率為75%。

由表2得到，對(duì)于植被覆蓋地面，每百平米的整個(gè)隴東地區(qū)內(nèi)的各個(gè)縣區(qū)略有不同，但整體差異不大，對(duì)于每100 m2收集面，每年可產(chǎn)生水量11. 47m3，可收集量為9. 75 m3;汛期產(chǎn)流量10. 52m2，可收集量為8.42 m3。

由表3得到，對(duì)于裸露坡面，每100 m2收集面，每年可產(chǎn)生水量16. 68 m3，可收集量為11. 68 m3;汛期產(chǎn)流量16.00 m3，可收集量為12. 80 m3。

由表4得到，對(duì)于荒地，每100 m2收集面，每年可產(chǎn)生水量30. 76 m3，可收集量為21. 53 m3;汛期產(chǎn)流量27. 36 m3，可收集量為20. 52 m3。

4 隴東黃土高原取棄土場(chǎng)雨水收集利用技術(shù)模式

取棄土場(chǎng)雨水資源收集利用對(duì)于促進(jìn)修復(fù)其所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義，可以將收集雨水用于補(bǔ)充灌溉植物措施水分虧缺、區(qū)域牲畜飲水、周邊設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉用水等（圖1）。

4.1 植物措施補(bǔ)灌

取棄土場(chǎng)治理過程植被建設(shè)立地條件差，尤其是土壤水分匱乏，不利于植被生長(zhǎng)，通過對(duì)取棄土場(chǎng)雨水資源的收集存儲(chǔ)，可以在小范圍內(nèi)解決植物措施灌溉的缺水問題，滿足取棄土場(chǎng)植物措施對(duì)水分的需求。

4.2 附近設(shè)施農(nóng)業(yè)用水

對(duì)于形成較大面積雨水收集面的取棄土場(chǎng)，可將收集的雨水資源用于附近設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉，緩解區(qū)域水資源矛盾，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。

4.3 牲畜飲水

根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況，可將收集存儲(chǔ)的雨水資源用于補(bǔ)充附近大規(guī)模牛羊養(yǎng)殖用水需求，緩解區(qū)域水資源矛盾，降低農(nóng)村生活用水的擠占，促進(jìn)鄉(xiāng)村區(qū)域經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展。

4.4 其他用水

取棄土場(chǎng)所在區(qū)域可根據(jù)實(shí)際需水情況，盡可能采用收集存儲(chǔ)的雨水資源，減少對(duì)地下水、地表徑流的取用及農(nóng)村生活用水的占用。

5 結(jié)論

（1）隴東黃土高原地區(qū)取棄土場(chǎng)汛期每100 m2收集面植被覆蓋地面可收集量為8. 42 m3，裸露坡面可收集量為12. 80 m3，荒地可收集量為20. 52 m3。

（2）取棄土場(chǎng)雨水資源收集利用對(duì)于促進(jìn)修復(fù)其所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義，可以將收集雨水用于補(bǔ)充灌溉植物措施水分虧缺、區(qū)域牲畜飲水、周邊設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉用水及其他用水。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2019-11-22

基金項(xiàng)目：甘肅省水利科研技術(shù)推廣項(xiàng)目（編號(hào)：甘水科外發(fā)[2015]55號(hào)-6）

作者簡(jiǎn)介;田晉華（1986-），男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水土保持工程技術(shù)與農(nóng)業(yè)水利工程方面的研究工作。