基于雨水收集系統(tǒng)的鄉(xiāng)村地區(qū)雨洪災(zāi)害與水資源調(diào)控路徑研究

中圖分類號(hào)：F303；TV213.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-7909（2025）11-138-5

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.11.030

0 引言

全球氣候變化導(dǎo)致極端天氣事件頻繁發(fā)生，極端降雨、干旱和洪澇災(zāi)害顯著增加。在關(guān)中農(nóng)村地區(qū)，由于水資源供需失衡，水資源短缺的問題愈發(fā)嚴(yán)重。氣候變化下的極端降水雖為該地區(qū)帶來了水源補(bǔ)給，但缺乏合理有效的雨水收集和利用系統(tǒng)，水資源往往未能被有效儲(chǔ)存和利用，大量寶貴的雨水流失，導(dǎo)致了多雨時(shí)節(jié)的雨洪災(zāi)害和旱季的水資源短缺并存的問題。此外，傳統(tǒng)的水利設(shè)施多存在老化問題，蓄水能力不足，無法有效應(yīng)對(duì)氣候變化帶來的水資源利用壓力。近年來，隨著氣候變化的加劇，關(guān)中地區(qū)的水資源管理問題逐步成為影響農(nóng)業(yè)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)和居民生活質(zhì)量的重要因素之一。鄉(xiāng)村水資源供給不足，直接影響到當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎踩?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。

全球氣候變化導(dǎo)致極端天氣事件頻繁發(fā)生，這對(duì)水資源的可持續(xù)性構(gòu)成了顯著挑戰(zhàn)。研究表明，極端降雨和干旱事件的增多正在加劇農(nóng)業(yè)用水壓力，削弱生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也使我國(guó)降雨在西北至東南方向上呈現(xiàn)階梯式波動(dòng)上升趨勢(shì)[2]，進(jìn)一步加劇了區(qū)域水資源時(shí)空分布的不均衡。在全球變暖和城市化加速背景下，特大暴雨及其引發(fā)的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)日益嚴(yán)峻，降雨強(qiáng)度增強(qiáng)、突發(fā)性增強(qiáng)、時(shí)空分布復(fù)雜，且極易引發(fā)滑坡、泥石流等次生災(zāi)害[3]。這不僅要求深化洪澇災(zāi)害效應(yīng)理論研究，更亟須提升防御技術(shù)和多部門協(xié)同防災(zāi)能力。同時(shí)，氣候變暖使半干旱地區(qū)呈現(xiàn)“暖干化”趨勢(shì)，極端氣溫增加而極端降水未能同步增加，加劇了水文干旱風(fēng)險(xiǎn)[4]，其中降水總量和強(qiáng)降水日數(shù)的變化成為影響徑流變化的關(guān)鍵因素。在此背景下，鄉(xiāng)村地區(qū)作為雨洪管理研究的薄弱環(huán)節(jié)，其應(yīng)對(duì)策略亟待突破。已有研究表明，基于彈性理念構(gòu)建的多情景雨洪空間設(shè)計(jì)模式，能有效緩解極端天氣帶來的不利影響，促進(jìn)生態(tài)可持續(xù)性5，為鄉(xiāng)村提供了不同于城市工程化路徑的雨洪管理思路。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，引人社會(huì)一生態(tài)系統(tǒng)理論與“流空間”視角，通過“供需智慧測(cè)算一跨尺度比較一關(guān)鍵區(qū)劃定”的分析路徑與“單元識(shí)別一圖斑提取一格局優(yōu)化\"的空間方法，可在生態(tài)水文調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雨洪安全格局的重構(gòu)6，為提升鄉(xiāng)村及區(qū)域整體抵御洪澇災(zāi)害的能力提供科學(xué)支撐與實(shí)踐依據(jù)。有研究指出，采用海綿鄉(xiāng)村等理念能夠有效保護(hù)傳統(tǒng)村落免受雨洪災(zāi)害的影響[7]。

1研究設(shè)計(jì)

1.1研究區(qū)域選擇與數(shù)據(jù)收集

1.1.1 區(qū)域選擇

選擇關(guān)中地區(qū)具有代表性的城市，如西安市、銅川市、寶雞市、咸陽市和渭南市，作為降水量分析的主要樣本區(qū)域。

1.1.2 數(shù)據(jù)收集

通過陜西氣象數(shù)據(jù)平臺(tái)收集關(guān)中地區(qū)2006年至2024年各城市的年降水量數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)存在缺失，則通過插值法和時(shí)間序列模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，以獲取全面的數(shù)據(jù)集。表1是變量的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果，樣本數(shù)為108個(gè)。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

1.2.1 趨勢(shì)分析

年際趨勢(shì)分析是指運(yùn)用線性回歸模型，對(duì)關(guān)中地區(qū)的年降水量變化趨勢(shì)進(jìn)行擬合分析。具體而言，需要計(jì)算年均降水量隨時(shí)間的變化率，并據(jù)此評(píng)估氣候變化對(duì)該地區(qū)降水的影響。

P_?t=β₀+β₁t+ε

式（1）中， P_t 為年降水量， Φ_t 為年份， ??β₀ 為截距， ??β₁ 為時(shí)間變化率。

1.2.2 極端降水事件分析

一般，研究人員用歷史數(shù)據(jù)確定極端降水事件的閾值，如將年降水量位于歷史平均年降水量 80% 以上的事件定義為極端降水事件[8-9]。極端降水事

件頻率計(jì)算方法見式（2）。

式（2）中， EF 為極端降水事件頻率， E_n 為極端降水事件次數(shù)，t為年份。

1.3綜合效益評(píng)估

根據(jù)關(guān)中地區(qū)的降水特征，雨水利用系統(tǒng)遵循“蓄水一滲透一排水\"三位一體的設(shè)計(jì)原則。其中，蓄水設(shè)施（如蓄水池、儲(chǔ)水箱等）主要用于在強(qiáng)降雨時(shí)有效收集并儲(chǔ)存雨水。結(jié)合歷史降水?dāng)?shù)據(jù)與極端降水事件統(tǒng)計(jì)，可通過公式（3）對(duì)關(guān)中地區(qū)的雨水收集量進(jìn)行估算。

Y_?=P_??A?C

式（3）中， Y_t 為雨水收集量， P_t 為平均年降水量，A 為收集面積， C 為集水效率系數(shù)。

如前所述，與已有研究通常只關(guān)注雨水收集系統(tǒng)某些方面效益的情況不同，該研究旨在考慮雨水收集系統(tǒng)的潛在綜合效益，主要包括提高節(jié)水能力、增強(qiáng)雨洪控制能力、獲取經(jīng)濟(jì)效益等多方面效益，相關(guān)效益指標(biāo)和計(jì)算方法詳見表2。首先，在日尺度上開展基于雨水收集系統(tǒng)裝置容量的水量平衡分析計(jì)算，并根據(jù)用戶的日用水需求定額進(jìn)行水量供需平衡分析計(jì)算；然后，利用收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料確定用水指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和成本參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，即可依據(jù)表2所列公式詳細(xì)核算各項(xiàng)效益指標(biāo)的值；最后，進(jìn)行雨水收集系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本和潛在綜合效益的分析與權(quán)衡，進(jìn)而構(gòu)建基于水文一經(jīng)濟(jì)耦合核算的雨水收集系統(tǒng)綜合效益評(píng)估模型[10]。該模型可有效支撐雨水收集系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和高效運(yùn)行。

2數(shù)據(jù)分析結(jié)果

2.1關(guān)中地區(qū)雨水變化趨勢(shì)結(jié)果

為準(zhǔn)確反映關(guān)中地區(qū)整體的降雨特征，該研究采用面積加權(quán)平均法計(jì)算關(guān)中地區(qū)的年均降雨量[10]。該方法以各城市的行政區(qū)域面積作為權(quán)重，對(duì)西安市、銅川市、寶雞市、咸陽市、渭南市和楊凌示范區(qū)等6個(gè)地區(qū)2006一2023年降雨數(shù)據(jù)的面積進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得出關(guān)中地區(qū)2006一2023年的年均降雨量為 594.8mm 。根據(jù)回歸分析結(jié)果表3和圖1，可以看出，關(guān)中地區(qū)的降雨量并未隨時(shí)間變化呈現(xiàn)顯著的線性趨勢(shì)。該模型的相關(guān)性系數(shù) R² 僅為0.092，表明時(shí)間與降雨量之間的線性相關(guān)性較低，擬合度較差。這意味著關(guān)中地區(qū)的降雨情況呈現(xiàn)復(fù)雜且難以預(yù)測(cè)的趨勢(shì)。這一現(xiàn)象可能是受到近年來氣候變化帶來的極端天氣的影響。氣候變暖、極端天氣事件增多，關(guān)中地區(qū)的降雨量變得更加不穩(wěn)定。例如，某些年份降雨量顯著增加，可能引發(fā)洪澇災(zāi)害，而在降雨稀少的年份則可能導(dǎo)致干旱，進(jìn)而造成農(nóng)業(yè)和居民生活用水困難。針對(duì)這種降雨的極端變化情況，應(yīng)采取相關(guān)的水資源管理和災(zāi)害應(yīng)對(duì)措施，以緩解其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響。

2.2關(guān)中地區(qū)極端降（少）水事件分析

MOOERS等I在研究中采用第80百分位數(shù)（將一組數(shù)按照從小到大的順序排列后，處于第80% 位置的數(shù)）作為閾值，結(jié)合無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)方法來識(shí)別極端降水事件，以此分析風(fēng)暴動(dòng)態(tài)對(duì)極端降水變化的影響。借鑒其方法，基于關(guān)中地區(qū)2006一2023年的年降水?dāng)?shù)據(jù)，選取第80百分位數(shù)653.8mm 作為極端多水事件的判別標(biāo)準(zhǔn)，將年降水量超過該閾值的年份界定為極端降水年，用以分析區(qū)域降水的極端性變化特征。在這18年中，有4年的年降水量達(dá)到或超過 653.8mm ，占比達(dá)到 22.2% 顯示出極端降水事件的發(fā)生頻率較高。同樣，以第20百分位數(shù) 506.9mm 作為極端缺水事件的判別標(biāo)準(zhǔn)，有3年的年降水量低于或等于該閾值，占比為16.7% ，反映出干旱事件同樣發(fā)生較為頻繁。這種趨勢(shì)表明，關(guān)中地區(qū)的降水情況復(fù)雜，這可能是全球氣候變化影響下極端天氣頻發(fā)的直接反映。頻繁的極端降水事件不僅提高了洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，也給水資源管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市防洪帶來了新的挑戰(zhàn)。例如，在降水量大幅增加的年份，關(guān)中地區(qū)的河流湖泊面臨超負(fù)荷的風(fēng)險(xiǎn)，排水系統(tǒng)也可能受到考驗(yàn)，從而威脅到鄉(xiāng)村安全；而在極端缺水年份，農(nóng)業(yè)用水嚴(yán)重不足，土壤干旱加劇，作物產(chǎn)量顯著下降，同時(shí)地下水位持續(xù)下降，生態(tài)環(huán)境惡化，給糧食安全和農(nóng)民生計(jì)帶來嚴(yán)重威脅。農(nóng)業(yè)用水分配的調(diào)控變得更加復(fù)雜，特別是在降水不均衡的情況下，既要應(yīng)對(duì)洪澇風(fēng)險(xiǎn)，又要緩解干旱壓力，這增加了保障糧食生產(chǎn)的難度。極端降（缺）水事件的頻發(fā)讓關(guān)中地區(qū)的資源調(diào)度變得更為緊迫。因此，識(shí)別并提前應(yīng)對(duì)這些極端年份，對(duì)于區(qū)域水資源規(guī)劃、防洪措施和農(nóng)業(yè)水利建設(shè)至關(guān)重要。

2.3關(guān)中地區(qū)雨水收集系統(tǒng)綜合效益評(píng)估

2.3.1 節(jié)水效益

以關(guān)中渭南地區(qū)為例，關(guān)中農(nóng)村家庭屋頂面積一般在 50～100m² ，此處取屋頂面積為 80m² 。根據(jù)數(shù)據(jù)，渭南地區(qū)年平均降雨量大約為 582m² 。雨水收集效率通常為 70%～90% ，主要受材料、結(jié)構(gòu)和水流失等因素影響，此處取 80% 的收集效率。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計(jì)算出渭南農(nóng)村地區(qū)一個(gè)家庭的屋頂每年大約可以收集 37.2m³ 的雨水（即37200L）。一般農(nóng)村家庭的用水需求包括生活用水（飲用、清潔等）。根據(jù)全國(guó)人均用水量統(tǒng)計(jì)，每人每日用水量為 150L 。以一個(gè)四口之家為例，年用水量為219m³（219000L） 。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可得出關(guān)中雨水收集量相當(dāng)于家庭年需水量的 17% ，即通過這種雨水收集系統(tǒng)，每年每個(gè)農(nóng)村家庭對(duì)外部水源的依賴可減少約 37.2m³ 的用水量。雖然該系統(tǒng)無法滿足全部用水需求，但為農(nóng)業(yè)灌溉、清潔等非飲用用途提供了重要水源，有助于緩解用水壓力，尤其在水資源緊張的時(shí)期，提高了家庭用水的可持續(xù)性和利用效率。

2.3.2 雨洪控制率

以渭南地區(qū)為例，一個(gè)屋頂面積為 80m² 的農(nóng)村家庭，在該研究設(shè)定的年均降水量條件下，可以產(chǎn)生約 46.6m³ 的降雨水量，而通過安裝雨水收集系統(tǒng)，該家庭每年能夠收集到約 37.2m³ 的雨水，這相當(dāng)于年總降雨水量的 79.9% 。這意味著，該雨水收集系統(tǒng)能夠有效控制和利用近 80% 的屋頂降雨徑流，減少雨水在庭院或周圍區(qū)域的流失，從而在一定程度上緩解了雨洪壓力。這一近 80% 的雨洪控制率說明，借助屋頂雨水收集系統(tǒng)，家庭可以大幅減少降雨帶來的徑流量，避免了部分雨水在短時(shí)間內(nèi)排入周邊土壤或公共水系，從而降低了在降水量較大時(shí)期的洪水風(fēng)險(xiǎn)。這種收集方式為農(nóng)村地區(qū)的水資源利用提供了重要支持，不僅提升了水資源自給率，而且有效減少了雨季雨水徑流對(duì)周邊環(huán)境可能造成的沖刷影響，為農(nóng)村社區(qū)提供了一種既節(jié)水又環(huán)保的雨水管理方案。

2.3.3 經(jīng)濟(jì)效益

以渭南地區(qū)為例，若家庭將收集的雨水用于非飲用用途（如灌溉、清潔等），則可將雨水視作替代外部購(gòu)買水源所產(chǎn)生的等值收益。按收集量 37.2m³ 水費(fèi)為3元/ m³ 計(jì)算，則年均年收益為111.6元。安裝屋頂雨水收集系統(tǒng)的初期成本為3000元，使用壽命為15年，則每年的折舊成本為200元，每年系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用為50元，用于確保系統(tǒng)正常運(yùn)作，所以年均總成本為250元。因此，家庭通過安裝雨水收集系統(tǒng)，可獲得的經(jīng)濟(jì)效益比為 44.6% ，即每支出1元的系統(tǒng)費(fèi)用可獲得約0.45元的回報(bào)。盡管44.6% 的經(jīng)濟(jì)效益比看似不高，但該系統(tǒng)帶來的不僅是直接的經(jīng)濟(jì)收益，還包括水資源的自給和長(zhǎng)期環(huán)境效益。雨水收集系統(tǒng)在干旱和用水緊張時(shí)期顯得尤為有價(jià)值，減少了對(duì)外部水源的依賴性，從而間接降低了公共水資源的使用壓力。對(duì)于農(nóng)村地區(qū)來說，使用這類系統(tǒng)不僅是一種環(huán)保且可持續(xù)的水資源管理手段，還為家庭節(jié)約了一部分水費(fèi)開支，并在一定程度上提高了水資源利用效率，這為農(nóng)村地區(qū)提供了低成本、高效益的用水解決方案。

3發(fā)展路徑

3.1因地制宜的技術(shù)集成路徑

3.1.1 區(qū)域定制化設(shè)計(jì)

根據(jù)關(guān)中地區(qū)不同縣市的地理?xiàng)l件、降水模式和水資源需求，應(yīng)采用差異化的雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。例如，渭南等降水量較大的地區(qū)，應(yīng)發(fā)展大容量?jī)?chǔ)水設(shè)施，以應(yīng)對(duì)洪澇風(fēng)險(xiǎn)；而降水不均衡的地區(qū)，則應(yīng)采用高效率的雨水收集系統(tǒng)，以確保旱季用水供應(yīng)。

3.1.2 集成化技術(shù)應(yīng)用

農(nóng)村家庭可在屋頂、庭院等位置因地制宜地安裝收集設(shè)施，同時(shí)將雨水儲(chǔ)存系統(tǒng)與排水系統(tǒng)、滲透系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)雨水資源的有效利用。采用技術(shù)集成的方法，使雨水系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同季節(jié)的降水變化，從而實(shí)現(xiàn)雨水的高效收集和儲(chǔ)存。

3.2示范推廣與產(chǎn)業(yè)化路徑

3.2.1 示范村建設(shè)與經(jīng)驗(yàn)復(fù)制

關(guān)中地區(qū)可選擇若干村鎮(zhèn)作為示范村，率先為其安裝雨水收集系統(tǒng)，并記錄其使用效果，包括收集量、洪澇減緩效果、水資源利用率等指標(biāo)。這些示范村作為區(qū)域雨水收集的成功樣板，可積累數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)推廣工作提供參考并增強(qiáng)信心。

3.2.2產(chǎn)業(yè)化支持與本地化生產(chǎn)

當(dāng)?shù)貞?yīng)鼓勵(lì)地方企業(yè)參與雨水收集系統(tǒng)的生產(chǎn)、安裝和維護(hù)工作，以此形成產(chǎn)業(yè)鏈。政府應(yīng)推動(dòng)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)設(shè)施和材料實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而提升系統(tǒng)的成本效益和使用壽命，降低技術(shù)推廣成本，并實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)和就業(yè)帶動(dòng)。

3.3農(nóng)村合作社與社會(huì)資源整合路徑

3.3.1 農(nóng)村合作社帶動(dòng)

當(dāng)?shù)貞?yīng)鼓勵(lì)村鎮(zhèn)合作社在推廣雨水收集系統(tǒng)中發(fā)揮帶動(dòng)作用，為成員家庭提供集體采購(gòu)、安裝服務(wù)和技術(shù)支持，以此降低單戶安裝成本。合作社可以集中開展系統(tǒng)維護(hù)培訓(xùn)，進(jìn)而提高農(nóng)戶的管理水平，從而確保雨水收集系統(tǒng)長(zhǎng)期有效運(yùn)行。

3.3.2社會(huì)資源整合與多方協(xié)作

當(dāng)?shù)乜梢肷鐣?huì)資本、非政府組織、研究機(jī)構(gòu)等資源，促使其在農(nóng)村社區(qū)的雨水收集系統(tǒng)發(fā)展中發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。例如，非政府機(jī)構(gòu)可以提供系統(tǒng)建設(shè)資助，研究機(jī)構(gòu)可提供降水?dāng)?shù)據(jù)分析支持，各方共同形成多方協(xié)作機(jī)制，以此提高系統(tǒng)的覆蓋率和可持續(xù)性。

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Research on Rainwater Harvesting Systems for Rural Rain-Flood DisasterMitigationand WaterResourceRegulation

-ACase Study of the Guanzhong Region

GAO Rong

School ofInternational Business，Xi'an Fanyi University，Xi'an71O1O5，China

Abstract：This study focuses on the rural areas of the Guanzhong region in Western China，exploring the rain-flood disaster mitigation and water resource regulation pathways based on rainwater harvesting systems.As a region highly sensitive to climate change，the Guanzhong region has experienced frequent extreme weather events in recent years，resulting in alternating rain-flood disasters and droughts.These events have severely impacted the local ecological environment，agricultural production，and residents'lives.By analyzing the region's climate conditions，topographical features，and water resource distribution，the study designed rainwater harvesting strategies suitable for the area. The goal is to improve water resourceutilization effciency，alleviate spatial imbalances in water allocation，and enhance flood control capabilities in rural areas.The results show that the rainwater harvesting system can effctively mitigate flood risks，provide supplementary water sources，decrease reliance on public water resources，and improve the sustainability of household water use.

Key words：rainwater harvesting system; rural water management; rainstorm disasters; rural sustainable development

（欄目編輯：李菡）