浅议山区小水窖工程规划设计与应用

2012-06-21 01:17胡春艳徐义军罗利顺

湖南水利水电 2012年4期

关键词：水窖蓄水用水

盛东胡春艳徐义军罗利顺

（湖南省水利水电科学研究所长沙市 410007）

1 概述

水是制约山区生产、生活发展的关键因素。山区生产条件除了交通不便、地块零散、土壤瘠薄以外，主要是缺水，小水窖工程可集蓄水与科学用水为一体，做到“小水大用，一水多用”，是解决山区生产和生活用水的有效措施。

小水窖是指在地表以下人工构筑的蓄水设施，其作用是储蓄天然降雨或通过引水管（沟）将沟溪、泉水等输送到窖中蓄存，供山区人畜饮水或抗旱灌溉。它具有以下特点：

（1）集雨存水，调节时空分布。水窖能把自然降雨所形成的地表径流集蓄于地下窖内，在无其他水源及干旱的冬、春季节保证人畜饮用。

（2）由于水窖把雨水集中存储于地面以下，加上封顶加盖，周壁衬砌抹面等特殊处理，所以水窖不易被污染、不易蒸发、不渗漏、不受气温的影响、不易变质，最大限度地发挥集雨存水的利用效能，保证群众能够饮用干净卫生的水。

（3）水窖结构简单，易修易成。修建水窖有挖基、衬砌、抹面、封顶、建集雨场等简单工艺，技术难度不大，取材容易，每口窖工程量不大，施工期短。

（4）水窖管理方便，使用时间长。每年除定期清洗沉淀池、过滤料、水窖外，不需要其它管理措施及费用开支，并且水窖建成后使用年限较长，一般可用20年以上。

小水窖主要作用是供给干旱山区及丘陵缺水地区农村人畜饮水安全，解决生活和庭院经济用水。修建小水池小水窖的最终目的是要保证：“有水装，能装水，易排灌，有效益”12字原则。因此，质量是根本，如何保证质量，除了上述的要十分注重选址外，还应实施规范化、标准化建设。质量标准应包括：根据地质和地形，能方则方，能圆则圆，容积大小，用石，用沙，混凝土的配合比，施工技术，安全等若干方面做到统一思想、统一组织、统一规划、统一标准、统一质量，达到规范、美观、牢固的要求。除此之外，在施工过程中还要加强督导和指导，切实确保工程质量。

2 小水窖工程规划原则与内容

2.1 规划原则

小水窖工程规划的基本原则有：

（1）小水窖工程规划要照顾当前利益，又要考虑长远利益，统一规划，分期实施；应与农村经济发展相协调，与农民致富相结合，与水土保持及节水灌溉等项目规划紧密结合。

（2）小水窖工程规划应符合当地水资源条件，适度而有效地利用当地雨水资源，做到合理布局、集中成片、综合利用。

（3）小水窖工程规划的类型、规模、数量应根据规划区的气象条件、地形、土质状况、农作物需水量、人畜饮用水量确定，防止浪费和重复建设。

（4）小水窖工程选址要具备集水容易、占地少、地质条件好、安全可靠、蓄用与管理方便等条件。工程的布设要能最有效地拦蓄坡面径流，能充分利用泉水等其他补充水源。池、窖址应避开填方及滑坡体，水资源易污染地区。位于公路两旁的蓄水设施应符合交通部门排水、绿化、养护等规定。

2.2 规划内容

（1）基本资料收集：水文气象资料、地形、土质资料、集雨面的类型及数量、农作物种类及面积、土壤资料以及当地社会经济状况、建筑材料、道路交通、能源供应、农业发展规划、现有水资源开展利用状况等。

（2）对本地区缺水状况、雨水利用的必要性和可行性、规划的目标与任务、工程布局和规模、工程分布形式、工程量与资金估算、分期实施计划、经济评价和环境影响等进行评价。

（3）规划目标及任务应尽量满足灌溉、生活用水需要。其发展的速度应根据当地农村经济状况合理确定。

3 小水窖工程规模确定

水窖容量依据缺水时间、用水人口、用水定额等参数共同确定。湖南降水量一般集中在汛期，因此水窖的窖容确定关键是处理汛期降水，尽可能满足间雨期的需要。依照《农村人畜饮水工程建设项目管理办法》的规定，即每人每日供水（40～60）L，大牲畜每头每日供水（20～50）L。连续 70天不不雨，能保证吃上清洁水。经测算，一家4口人，用水50 L/d；一头牛，一头猪，各用水20 L/d；最大间雨期70天，则年需水86 400 L；按满足最大间雨期用水量蓄水，则水窖设计容积为14 m3。

（1）水窖容积公式为

式中V——水窖容积（m3）；

N——用水人口数（人）；

I——用水定额（m3/人·d）；

T——连续缺水时间（d）。

（2）水窖规格的确定。微型水窖规格可以按5m3、10 m3、15 m3、20 m3、30 m3容量进行典型设计。

（3）集流场面积的确定。由于人畜饮水小水窖对水质要求高，在设计中采用人工集流场，其主要作用是收集雨水，同时可兼作农户晒坝。其公式为：

式中F——集雨面积（m2）；

η——蒸发、集流等造成的降雨损失系数，综合分析取值η=0.3；

P——年降雨量，取值依据实际情况确定。

4 小水窖工程结构形式选择

4.1 窖址选择

依农户自己承包的沟坡地、果园、林场地势，选在位置较高并且可利用路、坝、裸岩、页岩、荒坡形成雨水径流的地点，建成后实现“居高临下”用水。没有上述条件的平地，需要考虑一处（20 m2～100 m2）以上面积的坡，铺上塑料布也可满足蓄水要求。

4.2 设计思路

小水窖工程结构形式需要依据地形地貌、地质土壤条件以及工程规模等要求来确定。为使水窖水质得到保障，通常应将水窖设计成深埋于土体的、密封的、带集雨坪的圆柱体或方体水池，其优点是：

（1）水窖埋于土体，近似于一个微型地下水储存系统，对水质有利。

（2）水窖不易遭人为破坏，经久耐用。

（3）水窖密封，污染物不会落入窖内，且由于密闭不透光，水体内微生物不易生存繁衍。

（4）采用人工集雨坪集流，可使降雨进入水窖前免受污染。设计重点是通过对水质的控制，使水窖能得以有效地使用，并且便于维修。

4.3 技术要求

小水窖工程由窖体、窖口、窖盖、集水场、截流渠、两级沉沙池、进水口、出水口、截门、防冻井、输水管等部分组成。总体要求“全地下、不蒸发、不漏水、-15℃内不结冰”。

小水窖的具体技术要求如下：

（1）水窖深度：以窖顶低于冻层为准，距地面0.5 m深，如果蓄水2 m深，应开挖（2.8～3.0）m深的基础。

（2）水窖基础要求：窖底全挖到岩石层或原始土层，防止蓄水后造成雨水渗透沉裂。

（3）水窖形状：为方便窖基开挖、浆砌施工和缩短顶板横径长度，增加承压力，窖体应设计为椭圆型。

（4）砌体要求：蓄水15日以内可干砌窖体，砌好后用水泥沙浆勾缝，抹两层水泥沙浆找平，然后刷1遍水泥浆，再抹1遍，连续刷抹4遍。蓄水30日以上的水窖，砌体要用1∶4水泥沙浆砌石，以免因砌体承压不够，裂缝漏水，窖体抹面防水同上。浆砌顺序应是先砌墙、后砌底，底要用碎石砌好后灌注水泥沙浆，也可用水泥、石子、沙子混凝土直接浇筑，厚度（15～20）cm，待墙体全部砌体完成后统一抹面，形成一体。在窖体砌筑时，窖内墙体顶部两侧各留一个宽30 cm、高10 cm的进水口，同时安好铁纱网用以拦截杂草，在距水窖底10 cm左右的外墙埋好输水管。

（5）防冻井：在水窖预留的输水管外，挖沟并安装截门，在截门处挖1 m见方的立井，用石块干砌即可，外墙培土防冻，立井上面加盖加锁，保护启用。

（6）窖顶：可以加钢筋直接灌筑拱型窖顶，也可以加钢筋打（12～15）cm 厚的预制板盖顶，留好（0.8～1.0）m 见方的窖口，盖板的缝隙要抹严。窖顶养护坚固后砌窖口，高度（50～60）cm，在浆砌时做预埋铁或水泥盖固定安装铁环。最好按设计窖口安装窖盖，同时加锁。

（7）截流渠、集水场、沉沙池、截流渠：以水窖外沿为准，向相反方向设计“V”字型截流渠，长度按蓄1 m。水渠长（2～3）m 计算，拉线开基，截流渠规格为宽（30～40）cm，高20 cm，用石块砌，水泥沙浆抹好表面。沉沙池第一个沉沙池设在距水窖（2～3）m的截流渠中间，规格为长1 m、宽0.8 m、深0.6 m，挖基础后用水泥沙浆块石砌好抹面。为了缓水并沉积泥沙，池内砌三道曲型隔墙，高（0.4～0.5）m。第二沉沙池设在水泥截流渠与土渠接合处，规格为：长0.8m，宽0.6 m，用石块干砌抹面即可。集水场在截流渠上方，按每蓄1 m3，水设计（1.5～2）m集水场计算。开挖15 cm深的基础，依设计面积清挖杂草灌木，再用碎石水泥沙浆灌注后抹面，或用混凝土铺筑，厚度10cm左右，集水场可考虑利用道路、裸岩、页岩、荒坡等容易形成雨水径流的地点。

（8）安装输水管道：依水窖容水量与使用面积、用途，设计管道走向与长度，用聚丙稀塑料管铺设，配用滴灌用出水管，每（10～15）m安装一个出水口或喷头，管道深埋（60～70）cm，管道应保持1 m以上落差。管道尾部要建一个放水池，入冬前将管道内积水放尽，防止管道冻裂。地上可利用出水喷头进行管灌或滴灌。

（9）与机井配套的人畜饮水水窖也可采取以上要求，农户居住在沟坡上的也应选在高处，以利于自己埋设地下引水管道，即保证人畜用水时不用安泵提水，又方便庭院经济用水，同时应严格按技术标准进行窖口加盖加锁，以保证人身安全。

（10）完全是土基础的水窖，可采用模具全窖体混凝土灌注形成一个整体后内抹面3～4次。