宁夏彭阳县水窖集雨模式及节灌效益分析

杜玉斌

(宁夏回族自治区彭阳县水务局,宁夏 彭阳756500)

随着全球人口持续增长,人类对水资源的需求不断扩大,世界上许多国家正面临水资源危机。我国水资源人均占有量不足2 200 m3,仅为世界平均水平的1/4,是世界上少有的贫水国之一。彭阳县位于宁夏南部山区,属温带半干旱气候区,受自然条件和经济条件的限制,很难修建大型的骨干水源工程,水资源的贫乏,长期制约着当地农业和社会经济的发展。水窖因其工程规模小、投资省、实施方便等特点而成为这一地区调节雨水时空分布不均的主要设施,提高了干旱山区群众抗御自然灾害的能力,实现了“秋水春用、安苗补灌”的目标,集雨节灌工程经济效益的发挥已成为人们关注的焦点[1]。

1 水窖施工

彭阳县已有近千年的修建胶泥防渗水窖的历史,只是限于当时的技术和材料,没有形成一定的规模,对雨水的利用仅限于解决人畜饮水,利用效率也很低,因此,并没有产生巨大的社会效益和经济效益[2]。从1995年开始,彭阳县把水窖、集水场建设作为利用天然降雨、解决农业节水灌溉和农村饮水的根本措施来抓,先后建成水窖5.48万眼,集水场1.15万处,水窖类型有混凝土拱盖碗窖、砖拱盖碗窖、水泥沙浆薄壁瓶形窖、胶泥球形窖、窑窖。

混凝土拱盖碗窖(图1)和砖拱盖碗窖(图2)具有施工简便,开挖安全,结构优化,使用耐久,容积大(40 m3～50 m3),能有效净化贮存水质,储水浑浊度低[3]等优点,在当地普遍推广应用。其施工方法:选择集水条件好,土质密实的地方,作为沉砂池和水窖地址;根据施工图放线,开挖盖碗形窖冠土模;采用砖砌筑(或C15浇注混凝土)12 cm厚薄壁窖冠,洒水养护3 d后,在窖冠上回填土并夯实;按设计图纸开挖窖体;窖壁砂浆防渗体与窖体结合,施工方法之一:从窖底开始,每升高1 m开挖10 cm×10 cm圈带一道,用混凝土回填;施工方法之二:从窖底开始,每升高50 cm打间距50 cm、直径5 cm、深8 cm的梅花状麻眼,用混凝土回填;在窖壁上分3次抹面3 cm厚水泥砂浆(第1次用1∶3.5水泥砂浆抹面1 cm厚,第2次用1∶3水泥砂浆抹面1 cm厚,第3次用1∶2.5水泥砂浆抹面1 cm厚),窖底用红胶泥回填20 cm～30 cm;最后用素水泥浆在窖壁刷1～3次,洒水养护7 d后方可蓄水。在水窖进水管入口处设沉砂池,池底为矩形,长2 m～3 m,宽 1 m～2 m,深1 m～1.5 m。单眼水窖工程量、材料用量见表1。

图1 40m3混凝土拱盖蓄水窑结构图

图2 50m3砖拱盖蓄水窑结构图

2 集雨模式

根据多年集雨工程建设的实践和经验,结合彭阳县自然和社会经济特点,有3种集雨利用技术模式比较成熟,集雨模式示意图见图3。

表1 单眼水窖工程量及材料用量表

2.1 天然坡面集雨、拦沿渠导引、水窖蓄水模式

坡面是天然的集雨面,在坡面中部或坡脚处,修建径流拦蓄渠道,拦截降雨径流,并将径流输送到水窖集中储存,发展集雨节灌农业[4]。根据试验观测,在采用“88542”(开挖深80 cm、宽80 cm的水平沟,筑高50 cm、顶宽40 cm的外埂,回填后面宽2m)隔坡水平沟治理、修建水平沟等高耕作和开挖鱼鳞坑等综合措施,人工草地坡面集流效率在5%～10%,人工林地的坡面集流效率在6%～10%,坡耕地、退耕草地集流效率在10%～20%,天然草地坡面集流效率在8%～11%,天然林地坡面集流效率在6%～11%。

2.2 道路路面集雨节灌利用模式

道路是可以充分利用的人工集水场,建立以道路路面集雨、拦引渠导引、水窖蓄水模式,通过沿路布设的渠道集中拦蓄降雨径流,将径流输送到沉砂池,再进入到水窖,发展集雨节灌农业。道路网络集水已成为集雨节灌的重要技术措施,在道路一侧,沿道路修建径流导引渠,拦引路面集水,并在道路两侧布置串式水窖,将导引渠拦截的路面径流输送至水窖,可规模发展集雨节灌农业。经试验观测,沥青路面集流效率在70%左右,土路面集流效率30%～40%,沙砾石路面在20%～35%。

2.3 庭院屋面(人工集水场)集雨节灌利用模式

建立以庭院、屋面及人工集水场为主要集雨场,庭院经济节水灌溉的技术集成模式,蓄水设施主要为水窖,集水场形式主要有混凝土集水面,碾压土场院集水面,瓦屋面、土工布、玻璃纤维布、塑膜集水面,固化剂集水场等。

根据对这3种不同模式集雨水窖水质取样分析,庭院屋面(人工集水场)集雨模式,水质综合评价结果为最好,且水质各单项指标值均达到或优于地表水环境质量标准;天然坡面和道路路面在集雨过程中携带了各种面源污染物,水质中SS、微生物、有机物等污染物较多[5,6]。

3 工程投资

3.1 水窖建设投资分析

彭阳县境内石料加工厂较少,石子成本和拉运费均较高,群众建水窖多选择当地机砖,建砖拱盖碗窖,因此,水窖投资以50 m3砖拱盖碗窖为例计算,单眼水窖投资1 592.4元,各项费用计算见表2。

图3 不同模式集雨节灌示意图

表2 50 m3砖拱盖碗窖投资表

3.2 集水场建设投资分析

彭阳县修建的各类水窖容积多为50 m3,降雨量按400 mm计,设计水窖复蓄指数1.5,单眼水窖需要配套不同类型材料集水场面积、投资见表3。

3.3 集雨节灌工程投资分析

集雨节灌工程建设主要包括集雨工程、导引工程、蓄水工程、提水工程、节灌工程等[7]。在彭阳县由于地形破碎,集雨规模较小,集雨工程主要以人工集水场和部分天然坡面集雨为主,根据集水区域的特点及经济能力,选择不同类型的人工集水面;建设的导引工程主要有小型拦引渠道、输水渠道和管道;蓄水工程主要有水窖;提水设备以小型潜水泵、离心泵、手压泵、柴油泵、汽油泵提水。节灌工程主要有田间灌溉所需的节灌设备和节灌设施两部分,目前田间节灌主要以覆膜小管浇灌、坐水种、温棚滴灌、微喷灌等节灌方式为主。在本次工程投资分析中,集水工程以各类人工集水面为主,其投资分析见表3;蓄水工程以50 m3砖拱盖碗窖为主;路面、坡面集雨工程配套拦引渠道和输水渠道等导引工程,瓦屋面集雨工程配套输水管道;蓄水工程中有水窖者均配备小型柴油泵或汽油泵1台,Φ 25 mm塑料软管50 m,集雨节灌工程建设投资分析见表4。

表3 年集水75 m3需不同类型材料集水场面积及造价

3.4 集雨节灌工程运行费分析

工程运行费主要包括管理费用、维修费用、提水灌溉动力费用、工程折旧费用(水窖、集水场按 30 a折旧,小型柴油泵、汽油泵、输水软管按5 a折旧)。水窖储水工程年补灌3次,每次灌水150 m3/hm2,年灌溉定额450 m3/hm2。管理费用主要为管理人员工资,维修费用主要为易损设备的维修费用,田间种植均采用覆膜栽培,使用地膜150 kg/hm2,单价10元/kg,各类工程的运行费分析详见表5。

表4 集雨节灌工程建设投资分析(单位:元)

3.5 集雨节灌工程经济效益分析

各类集雨节灌农业种植均实行覆膜栽培。在增产增效计算中,田间微集雨种植按膜侧小麦计,其它均按地膜玉米与地膜葵花增产平均值计。增效计算中,小麦1.2元/kg、玉米0.9元/kg、葵花2.4元/kg,各类集雨节灌工程投资经济效益分析详见表6。

表5 集雨节灌工程年运行费用分析表(单位:元)

表6 集雨节灌工程投资经济效益分析

4 运行管理

水窖集雨节灌工程多为农民自建自用,大多数群众在集雨方面都管理的比较到位,但用水发展节灌需要强化管理。

4.1 培训农民

一是组织受益农户采取现场观摩、实地操作、农民相互交流经验等形式,进行作物种植、管理、病虫害防治技术培训,节水灌溉设备使用操作培训,集水场集水效果观摩,旱地龙使用效果观摩;二是种植对比作物,进行效益对比。三是培养土专家,留下一支永不离开的技术队伍。

4.2 建立技术辅导站

建立县、乡、村三级技术辅导站,对农业生产、集水场及水窖建设、窖灌设备设施使用管理等技术,实施全方位的指导和服务,解决生产实际中的具体问题,免除农民的后顾之忧。

4.3 示范引导

对水窖、集水场、喷灌、滴灌等设施管理的好,作物种植结构调整明显的农户进行重点扶持,通过典型户的培育,引导广大群众发展集雨节灌农业,增加农民收入。

5 结 论

通过分析,集雨节灌工程虽然单位面积投资较高,但其日常管理费用较低,各种集雨节灌模式工程投资效益费用比都大于1.2,具有较显著的经济效益。雨水积蓄利用技术可以有效缓解缺水地区水资源短缺的问题,并且经济上可行,具有较大的开发潜力。建设集雨节灌工程是解决彭阳县乃至干旱山区分散居住群众生产用水的根本措施,要提高集雨节灌工程效益,关键是引导群众种植具有较高经济价值和地方特色的优势作物。集雨节灌技术在干旱地区具有广阔的发展前景,是当地农业经济持续发展的重要技术支撑,蓄积雨水、发展节水农业在干旱地区具有重大的战略和社会经济意义。

[1]吴普特主编.中国西北地区水资源开发战略与利用技术[M].北京:中国水利水电出版社,2001:280-288,311-315.

[2]侯燕军,陈军锋,郑秀清.雨水集蓄利用技术——水窖在秦安县的应用与发展[J].太原理工大学学报,2006,37(1),77-79.

[3]张仕华,朱德兰,高建恩,等.混凝土薄壳球形水窖结构的优化设计[J].西北农林科技大学学报,2009,37(9):214-218.

[4]刘学军.宁南山区集雨节灌工程效益分析[J].宁夏农林科技,2003,(6):57-59.

[5]赵文君,等.不同材质水窖贮存雨水水质变化特征[J].水土保持学报,2010,24(1):20-23,44.

[6]张国珍,高建恩,许秀泉,等.黄土塬地区集雨窖水水源地优选[J].生态学杂志,2010,29(4):752-753.

[7]吴普特,黄占斌.人工汇集雨水利用技术研究[M].郑州:黄河水利出版社,2002:127-135.