内蒙古牧区雨水回收利用

张宏凯 范艳妮

内蒙古工业大学土木工程学院 呼和浩特 010050

1.引言

在内蒙古牧区，由于草场的土地厚度较低，蓄水能力一般，所以草原牧民往往是在暴雨季节主要工作是防洪，暴雨过后，却又因为缺少水源而到处挖井。不仅破坏草场，而且也不能很好地利用雨水，所以对于牧区而言，能够收集并且利用雨水，能过很好的缓解牧民对水的需求，而且能够很好地保护草原生态系统的稳定性，有利于牧区的发展。

2.必要性

（1）气候

内蒙古牧区位于非季风区，年降水量均在400mm以下，属于温带草原气候。这种气候具有明显的大陆性，冬冷夏热，气温年较差较大，最热月平均气温在20℃以上，最冷月平均气温在-10℃以下。年平均降水量为200mm～450mm，集中在夏季，干燥程度不如沙漠气候。

根据香港天文台气象资料显示，选用了二连浩特的气候资料，如下表：

表1 二连浩特气候资料，香港天文台表格

二连气象站位于北纬43.7度，东经112.0度，海拔965米。从表格可以看出，看出内蒙古的降雨日数及降雨量主要分布在6、7、8月份。而且降雨量远小于全球陆面平均的834mm，也小于亚洲陆面平均的740mm。由此可以得出内蒙古属于温带干旱区，水资源缺乏一直是内蒙古一大难题。

牧区近些年对交通、住宿等基础设施进行环境改善的同时，用水量和需水量急剧增加，造成了牧区水资源匮乏，水资源供需矛盾凸现成为牧区急需解决的问题。我们迫切需要寻找新的水源，而加大对雨水资源的利用成为主要途径。

地理环境再加上没有合理的规划，使得整个牧区对雨水的回收利用仍处于初级阶段。在持续干旱的地区，如果下起暴雨，土壤将不会吸收水分，因此发生洪灾的可能性较大。

（2）水质

以内蒙古牧区为例，69.1%的地区都没有地表水资源，因此必须使用地下水，但是由于地下水水质比较硬，所以并不是很适合直接饮用。内蒙古自治区面积约118.3万平方公里，其地下水分布受气候的影响，明显有由东向西、由南向北减少的分带性。内蒙古自治区多年降水量从东部的鄂伦春自治旗一带486毫米向西至额济纳旗减至37毫米，蒸发量相应由1，000毫米增至3，000毫米以上。从东到西跨越半湿润、半干旱、干旱三个气候带。在自然景观上从森林草原向典型草原、荒漠草原、荒漠过渡。地下水沿此方向逐渐减少，含水层逐渐变薄，地下水资源逐渐贫乏。干旱、半干旱地下水水质特征逐渐明显，如大陆盐化逐渐加重，地下水中CL、SO4、Na离子与F、NO2含量逐渐增加，水质逐渐变坏等。

内蒙古自治区地下水主要靠降水入渗补给。雨水流失现象在内蒙古全境都普遍存在，而且近些年出现了更加严重化的趋势。在牧场周围，由于近年来草场退化，草场沙漠化的不断加大，不仅雨水流失，而且也伴随着大面积的水土流失。内蒙古虽然多数地区缺水，但雨水却大都未经利用就白白排放，这暴露了我们在牧区规划，市政建设理念和牧区管理方面的巨大失误。

3.可行性

（1）技术可行性

水的回收利用技术经过几十年的国内外研究已经相当成熟，并大面积的投入使用，回收的方式也根据当地环境条件各有不同。雨水的净化过程包括化学、物理、生物等，都已经发展得较为完善；并且水回收利用从技术上而言已经不存在障碍，关键是如何大范围的投入使用，并在牧区的层面进行统一设计，在大环境中取得更好的效益。

（2）经济可行性

雨水蓄水池和分散的渗漏系统还可以降低牧区洪水压力。与其他类型的供水方式相比，结合国际国内相关建设经验，在工程的投入上，雨水回用工程投资费用是人畜饮水工程的1/5～1/2，是跨流域调水工程的1/8～1/6，是污水处理回用的1/10～1/6；在工程运行期间的花费和的后期维护费用上，雨水回用工程也是最小的。

综上所述，雨水作为重要的淡水资源，得到了全世界各国广泛的关注。同时也说明了雨水回收利用是很有必要的。随着各个国家一些关于雨水回收的政策和法律的不断出台，使得雨水回收利用在国家层面得到了有力的保证，而且实践证明，在技术、经济上也具有很大的可行性。

4.牧区雨水回收利用措施及效益

（1）回收利用措施

雨水利用就手段来说包括直接利用和间接利用两部分，直接利用是雨水集蓄净化回用，间接利用是雨水渗透补充地下水。直接利用和间接利用的相辅相成就是所谓的雨水综合利用。本文提出的系统为综合利用。

在雨水资源管理与政策及宣传方面做到以下几点：

①建立雨水监控系统：建立关于雨水资源和雨水质量方面的监督研究网络，使得对雨水的监控更加有效，并为人们提供发放更多的可靠消息。

②制定法律及行业标准：内蒙古政府通过了符合人的健康标准的饮用水标准，并提出对环境有益的雨水供应方案。

③加大宣传和教育范围：雨水相关部门单位要政府部门提出对全体人民进行保护水资源的教育方案，来提高保护生态环境的意识。

（2）雨水集收利用系统的设计

雨水收集系统流程图

图1 雨水收集系统流程图

这项雨水利用系统主要分为三部分即雨水的收集、处理和供应。从雨水的最初收集，到截污，再到储存、过滤、渗透、提升，最后再到回用、控制都已经发展出了一整套的完整的产品及组装式成套设备。以单个蒙古包作为研究对象，通过收集雨水到计算出可回收利用的雨水量。

①雨水收集

对象主要为蒙古包的屋面雨水、蒙古包周围草原表面雨水以及牲畜饮水槽的雨水，经过过滤、消毒等使雨水达到能够再次利用的标准，再利用自控水泵将清水池内的水输送至蒙古包内卫生间，牲畜饮水槽等。

七八月为雨水丰沛的季节，雨水量不仅能满足当月的各项杂用水量，还能通过蓄积，满足少雨月份的杂用水，足见牧区雨水利用的重要性。

②雨水净化

生活用水和雨水应设置不同的收集管道和净化系统。净化池设置回水口使水形成回流，同时要尽可能地避免死水区。回水口设置清理隔栅，水池底适当铺设鹅卵石，增加流水感。

通过以上措施减轻处理系统的污染物负荷。同时在蓄水池边设置溢流口，避免造成暴雨期间雨水的漫溢。还有一种措施就是使用屋顶滞流，也就是在屋顶设置拦截雨水装置，直接将雨水阻挡在屋顶，以此来削减洪峰流量以及径流总量。屋顶滞流，首先是对屋顶做严格的防渗处理，之后，将周围屋顶的雨水收集管与其相连通，当雨水汇集并蓄留在屋顶上时，通过流量控制阀控制排水的流量。

收集到的雨水输送到泵站，经破碎机处理和格栅过滤器的初次过滤到达带有水量感应器的水箱。水箱中的水经均匀分布的设备送入初沉池，在此，粘土与水分离沉降。除去粘土的水经水分配设备输至化学滤池，再次过滤后运至第二沉池，二次沉降后的水存放于淡水箱，此时可将水经由氯化设备消毒杀菌处理并运送，以供给生活用水。

③雨水的输送供应

雨水在输送过程中，需要精确地控制和监测雨水的速度、容量、频率，这样就使得雨水的分配使用更加合理，更加高效。

（3）牧区的雨水回收量及效益

①水回收利用的水量估算

通过收集储存充沛的雨水资源，还可以补充干旱季节的雨水供给，进而可以平衡全年的雨水利用。根据蒙古包的特点、周围牲畜围栏及雨水回收利用系统的特点和要求，在区域内设计一座雨水收集装置，雨水除污净化等一系列设备则放置在蒙古包一侧。该典型蒙古包占地面积为50㎡，周围可利用进行雨水收集的草场占地1，000㎡，牲畜饮水槽（水槽通往雨水收集装置）面积为20㎡。

a.根据雨水设计径流总量公式计算：

W=10ψchyF

式中：W—雨水设计径流总量（m3）；

ψc—雨量径流系数；

hy—设计降雨厚度（mm），取400mm；（按内蒙古1961～1990年资料年平均得到）；

F—计算汇水面积（㎡）；

表2 雨水径流量

由此可得：该独立蒙古包的雨水径流总量为2，652m3。

b.可回用雨水总量：

根据《雨水集蓄利用工程技术规范》（GBT50596-2010）中条规定雨水可回用雨水量公式计算：

则得到该单户蒙古包区域内雨水回用收集面的收集雨水量为：2，254 t/y。

②内蒙古雨水回收效益

a.社会效益

通过牧区雨水的利用，避减了洪涝灾害，增加了牧区供水。在改善水生态，营造亲水、节水的牧区环境的同时，也让人们提高了认识，形成了鼓励用户利用雨水的机制。使人们对雨水利用效益有了全面的认识，并认识到牧区雨水系统不仅保证了牧区的防洪安全，还具有改善生态环境等方面的效益。

b.生态效益

本文提出的雨水利用产生的生态效益包括两方面：一方面增加了牧区的水资源承载力，大大缓解了牧区的缺水局面，增加了牧区的生态用水；另一方面雨水或者进入自然环境，产生渗透补充地下水，或者进入人工环境，通过循环利用，补充地下水源。

5.结论

本文通过研究单个蒙古包的雨水利用系统，结合中国牧区洪涝灾害和水资源供需现状，从而对内蒙古的雨水资源化利用的可行性做定性和定量的分析，最后提出有针对性的单个蒙古包的雨水收集、处理和利用方案，在一定深度上分析和论证了内蒙古雨水资源化利用的可行性。本文的主要结论如下：

（1）经计算得单户蒙古包牧民的雨水利用量为2，652 t/y；

（2）内蒙古雨水资源化利用具有较大的可行性。内蒙古年平均降雨日数达123d，雨水可利用周期长，雨量大；

（3）产业前景良好，在加速经济发展、促进就业、加快牧区化建设方面具有积极作用。

[1]香港天文台,2015.

[2]陈玉恒.雨洪利用是城市解决水问题的必然选择[J].南水北调与水利科技,2002,(05).

[3]宋磊,建筑中水安全利用研究[D],北京:清华大学,2009.

[4]中华人民共和国水利部,《雨水集蓄利用工程技术规范》(GBT50596-2010).2010.