淺析北方干旱區(qū)雨水利用技術(shù)

陳孟霞 禹 然 李雅琴 白敬濤 於 潔 陳翠忠 徐威龍 謝可飛 王一凱 徐 昊

（石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832003）

我國(guó)西北干旱區(qū)約占全國(guó)面積的27.3%，北方農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展受干旱的影響較大，高效利用降雨資源能解決或緩解干旱。

1 干旱區(qū)雨水利用現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代至今，發(fā)達(dá)國(guó)家的雨水利用逐步成熟，如地表回灌系統(tǒng)、屋頂蓄水系統(tǒng)、雨水截污、屋面雨水集蓄系統(tǒng)與滲透系統(tǒng)和生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)等[1]。

我國(guó)雨水利用歷史悠久，但雨水集流系統(tǒng)在我國(guó)發(fā)展仍較緩慢。在1990年代，中國(guó)雨水利用還處于探究和研發(fā)階段且北方干旱區(qū)存在水資源數(shù)量極為有限，大規(guī)模開(kāi)發(fā)的河流數(shù)量少，水土流失嚴(yán)重以及干旱氣候和疏松地質(zhì)等問(wèn)題，僅部分地區(qū)建立了小型且非標(biāo)準(zhǔn)的雨水利用工程。目前我國(guó)的雨水集流利用工程在北方干旱區(qū)已初具規(guī)模。同時(shí)在“21世紀(jì)初期首都水資源可持續(xù)規(guī)劃”和《建筑與小區(qū)雨水利用技術(shù)工程規(guī)范》（GB50400-2006）的推動(dòng)下，雨水利用技術(shù)在中國(guó)得到進(jìn)一步發(fā)展。但我國(guó)的雨水利用技術(shù)相比于世界領(lǐng)先的德國(guó)還是需要多加努力[2]。

2 干旱區(qū)雨水利用方式

2.1 綠地節(jié)水

以城市人行道綠化帶雨水收集利用為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種城市綠地雨水徑流的收集利用模式，綠化帶集雨模式的綠地類(lèi)型主要有喬木、綠籬草坪花壇等，它主要依賴(lài)于城市人行道路面來(lái)進(jìn)行雨水收集。該模型將路面設(shè)計(jì)為綠化帶網(wǎng)點(diǎn)面積，以該網(wǎng)點(diǎn)為區(qū)域中心周?chē)穆访嬖O(shè)計(jì)為微微起伏地形，路面作為雨水收集面，最終形成城市人行道點(diǎn)集雨型的網(wǎng)點(diǎn)狀綠地[2]。

在地處北方干旱區(qū)的城市實(shí)行這種綠地雨水收集利用模式，并種植耐旱性較強(qiáng)的綠色植物，如白三葉草，冬青等。與傳統(tǒng)的未進(jìn)行雨水收集相比，進(jìn)行雨水收集的綠地土壤含水量顯著上升，增加深層土壤水分，以確保綠色植被長(zhǎng)期的供水及其生長(zhǎng)周期。

而不同規(guī)格的集水型綠地，其光合性能指標(biāo)，形態(tài)和地上和地下生物量顯示的特點(diǎn)也不同，故根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥狼闆r，氣候，降雨量，雨水水質(zhì)等因素確定出大小合適的集雨區(qū)是保證綠植的正常增長(zhǎng)和觀賞效果的關(guān)鍵。

2.2 直接利用

修筑小水庫(kù)、塘壩、水窖等工程設(shè)施，把集流面所攔雨水積蓄起來(lái)，再根據(jù)用途要求，經(jīng)四大水處理技術(shù)或不同程度的技術(shù)組合處理。經(jīng)處理后雨水可用于綠化環(huán)境、道路噴灑等,即用降水資源產(chǎn)品來(lái)取代自來(lái)水或景觀水。雨水時(shí)空分布極不均勻的西北干旱地區(qū)，如新疆石河子市約85%以上的降雨量集中在6～7月，年降雨量小于200mm，故不適合采用雨水收集回用系統(tǒng)。

2.3 雨水高效利用

新疆地區(qū)主要發(fā)展種植業(yè)，如棉花，紅棗，玉米，水稻等，故高效利用雨水在農(nóng)業(yè)發(fā)展中尤為重要，它主要包括以下四個(gè)方面。

①輸水方式。為了增加雨水的利用率,我們使用管道輸送 ,其利用率可達(dá)97% ～ 99%,比傳統(tǒng)輸水節(jié)水35%,比砼質(zhì)渠節(jié)水5% ～ 15%。

②節(jié)水灌溉形式。主要有噴灑灌溉、滴水灌溉、噴霧灌溉、管道灌溉等幾種形式。

③節(jié)水灌溉系統(tǒng)。灌溉系統(tǒng)是農(nóng)田灌溉的重要組成部分，它是指在一定條件下，如氣候，土壤和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，以便獲得一系列農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，包括灌溉定額、灌溉定額、灌溉頻率和灌水時(shí)間。

④先進(jìn)集水農(nóng)業(yè)技術(shù)。隨著國(guó)內(nèi)外科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)研發(fā)出了許多先進(jìn)的農(nóng)業(yè)集水技術(shù)。比如使用保水劑，代抗旱劑為農(nóng)作物集水[3]。

2.4 農(nóng)田節(jié)水

在西北干旱區(qū)，雨水收集溝壟種植技術(shù)使旱地作物的水分狀況得到改善，使作物產(chǎn)量保持穩(wěn)定。為了進(jìn)一步提高雨水收集技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)可以有效地增加農(nóng)作物水分比率的方法，緩解北方灌溉農(nóng)田灌溉技術(shù)模式中灌溉用水的高消耗，低效率。即在干旱的典型地區(qū)，組建槽脊雨水收集和傳統(tǒng)收集兩種，考慮到作物關(guān)鍵灌溉生長(zhǎng)期，形成8 個(gè)不同時(shí)期的處理，即大喇叭口期間1 次灌溉;大喇叭口期和揚(yáng)花期均灌溉;揚(yáng)花期1 次灌溉;整個(gè)灌溉[4]。

相較于不灌水而言，灌水可顯著提高土壤水分含量，農(nóng)作物養(yǎng)分含量，各集雨補(bǔ)灌和畦灌處理均顯著提高了農(nóng)田耗水模系數(shù)。雨水灌溉可以極大程度地提高農(nóng)作物產(chǎn)量,但是降雨量越多，農(nóng)作物產(chǎn)量增幅越少。與相應(yīng)的畦灌相比,雨水灌溉可以顯著(P < 0.05)提高農(nóng)作物的凈收入。對(duì)于降雨量小于200mm 的干旱區(qū)，適合采用溝壟集雨種植技術(shù)。

3 干旱區(qū)雨水利用實(shí)例

甘肅省“121 雨水集流工程“自1995 開(kāi)展以來(lái)，會(huì)寧縣點(diǎn)澆地膜玉米8000 畝,畝產(chǎn)都在350kg 以上，秋季集蓄雨水都在40m3 以上。一系列的實(shí)踐證明，“121 工程”不僅是解決飲水的有效途徑，而且是在西北干旱山區(qū)水利建設(shè)的突破，開(kāi)拓了山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新路[5]?？傊?，雨水集流工程對(duì)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)都大有益處。

4 干旱區(qū)雨水利用的展望

在干旱地區(qū)，農(nóng)業(yè)的發(fā)展的受到了極大的限制，這主要是水資源不足造成的農(nóng)作物減產(chǎn)。而北方的干旱具有發(fā)生頻率高，受災(zāi)面積大，持續(xù)性長(zhǎng)等特點(diǎn)，防旱減災(zāi)任務(wù)艱巨。如何更有效地利用有限的水資源，目前仍是我們面前的重大課題。