水窖在云南省坡耕地综合治理中的应用

郭艳波，连振龙(.云南环境工程设计研究中心，云南 昆明 650034； .云南秀川环境工程技术有限公司，云南 昆明 65005)

水窖在云南省坡耕地综合治理中的应用

郭艳波1，连振龙2

(1.云南环境工程设计研究中心，云南 昆明 650034； 2.云南秀川环境工程技术有限公司，云南 昆明 650051)

水窖；坡耕地；综合治理；水土保持；云南

水窖作为一项被广泛采用的集雨灌溉措施，较好地解决了云南省缺水地区的农业灌溉问题，同时在云南省坡耕地水土流失综合治理中发挥了重要作用。通过确定项目区总需水量、单个水窖容积及供水量等步骤，可计算出项目区需要修建的水窖数量；根据项目区降雨及下垫面情况，确定单口水窖的最小集流面积，并以实例进行了分析计算，以期为同类工程及云南省水土流失治理提供参考。

云南省地处我国西南边陲，山区、半山区面积占全省总面积的94%，全省耕地面积约640万hm2，其中坡耕地约407万hm2，坡耕地水土流失严重制约着山区、半山区社会经济的可持续发展和生态文明的建设。2010年以来，云南省相继开展的坡耕地水土流失综合治理试点工作，达到了治理坡耕地水土流失、改善项目区群众生产生活条件的目的。治理实践表明，在坡改梯的同时为梯田配套建设灌溉工程非常必要，尤以水窖为甚。这是因为项目区往往处在水源条件较差或引水较为困难的山区，在项目建设过程中科学合理地修建水窖这项集雨灌溉工程，既能较好地解决缺水地区的农业灌溉问题，又能起到很好的水土保持效果[1]。基于此，我们对云南省坡耕地水土流失综合治理中的水窖选址与布置原则，以及工程设计等进行总结，旨在为同类工程提供参考。

1 水窖选址与布置原则

(1)按照工程总体规划进行布置。水窖建设应根据坡改梯工程的总体规划，结合田面工程、道路工程和引水工程的总体建设要求进行布置，做到布局合理、集中连片[2]。

(2)经济合理、因地制宜。坡改梯水土流失综合治理中建设的水窖工程，其结构型式、规模、数量等均应根据项目区的气象、地形、土质、农作物需水量等条件综合确定，做到经济合理、因地制宜[3]。

(3)安全方便。水窖选址应避开填方和滑坡体及水资源易污染地区，尽量利用现有路面、排水沟等设施集蓄径流，同时尽量做到高水高用，便于自流灌溉[1,2-4]。

(4)节约土地。水窖建设地区土地资源宝贵，建设过程中应尽量减少开挖、缩短施工时段，建成后的水窖应尽量埋于地下、少占用耕地。

2 工程设计

2.1 设计思路

(1)调查当地种植结构，根据蓄水定额或当地经验确定项目区作物的需水总量。

(2)根据当地近年来的实施经验，确定水窖型式及经济容积。

(3)根据确定的水窖容积，确定单个水窖的年供水量。

(4)根据水量供需情况，确定项目区水窖数量。

(5)结合当地地形、地貌等条件，确定水窖的最小集流面积，据此对每个水窖的集流面进行设计和施工。

2.2 需水量分析

由于坡改梯工程多位于地形起伏较大、引水灌溉较为困难的地区，水窖灌溉措施主要是用于提供旱季保苗及其他生理期必需的灌溉用水，因此水窖灌溉地块需水量计算仅采用非充分灌溉理论进行分析[5]，主要通过查阅当地用水定额并结合实地调查的方法进行确定。根据近年来的项目实施经验，将坡改梯后不同旱地作物非充分灌溉需水量设定为45～150 m3/hm2[6]。

2.3 水窖型式及容积的确定

(1)水窖型式。根据建筑材料的不同，云南省水窖修建型式可分为浆砌石水窖、混凝土水窖、砖砌水窖，也可将几种材料结合进行修建。项目实施时应根据当地建设经验和地形、地质条件及当地建筑材料供应情况等综合确定。

(2)水窖容积。根据云南省近年来的实施经验，本着节省材料、便于施工、经济合理和方便使用的原则，确定在坡耕地水土流失综合治理工程中实施的单个水窖的容积为25～30 m3。

2.4 单个水窖年供水量的确定

云南省降雨时空分布不均，各地区水窖普遍存在复蓄问题，为了避免工程建设中的资源浪费，确保每口水窖均能在最大程度上发挥供水能力，需要对单个水窖年供水量进行计算。根据相关规范要求，单个水窖的年供水量按照下式进行计算[7]：

W单

式中：W单为设计保证率条件下年供水量， m3；V为单个水窖蓄水容积，m3；α为蓄水工程蒸发、渗透损失系数；K为容积系数。

2.5 水窖数量确定

根据项目区需水总量及计算获得的单个水窖的供水量，按照下式计算获得项目区水窖数量：

n=W需/W单

式中：n为水窖数量，个；W需为非充分灌溉条件下项目区年需水总量，m3；W单为单口水窖的年供水量，m3。

根据以上计算结果，可获得每口水窖的控制灌溉面积，进而计算出每块图斑内部所需的水窖数量。实施过程中，因地形、地质等因素影响集雨面或水窖安全，难以在图斑内布设应有数量的水窖时，可在相邻图斑内进行调整。

2.6 最小集流面分析

集流场是用来收集雨水的场地，在一定的降雨条件下，集流系统收集雨水量的多少取决于集流面积的大小。屋顶、院场、自然坡面、路面(边沟)都可作为集雨场[8-9]，必要时应通过人工修建或干预天然集流场地等方法，满足水窖设计集水要求。

单用途雨水集蓄工程的集流面积可按下式计算[7]：

式中：W为设计保证率条件下年供水量，m3；Si为第i种材料的年集流面面积，m2；ki为第i种材料的年集流效率；P为年降水量，mm；n为集流面材料种类数。

3 典型设计实例

以云南省某县2014年某小流域坡耕地水土流失综合治理工程为例，项目区土地总面积4.41 km2，布置坡改梯工程240.71 hm2，项目区全部采用水窖水进行灌溉，除部分水窖通过引水管道补充水源外，多数水窖采用道路路面、道路排水沟或人工修建集流场地进行集流。

3.1 作物灌溉制度及需水量分析

项目区主要种植作物有甘蔗、玉米、花生、油菜等，由于项目区内大部分区域无地表水源，根据非充分灌溉理论及同类工程设计经验，同时结合现场调查结果，综合确定各类农作物播种保苗期单位面积需水量，再根据项目区各种农作物种植面积，计算项目区年需水总量为11 447 m3。

3.2 水窖容积及型式的确定

根据该县近年来实施的坡耕地水土流失综合治理项目经验，结合当地群众意愿，本着节省材料、便于施工和使用的原则，综合确定该工程单个水窖容积为30 m3。

水窖为“混凝土底板+浆砌砖窖体+混凝土盖板”结构，其中底板用C15混凝土，厚度20 cm，窖体壁为M7.5浆砌红砖，厚度24 cm，窖顶为C20钢筋混凝土，厚度20 cm，进水口前设置C15混凝土沉沙池。

3.3 单个水窖年供水量分析

根据项目区自然条件，通过查阅相关规范，获得项目区水窖相关参数(容积系数取0.45，蒸发、渗透损失系数取0.03)，计算本工程单个水窖(蓄水容积30 m3)的年供水量为64.67 m3。

3.4 水窖数量的确定

根据项目区年需水总量及单个水窖年供水量，计算该工程共需修建水窖177口。

3.5 最小集流面积确定

项目区水窖集流面多为乡村土路或自然林草坡地，通过查阅相关资料及规范，获得项目区地表集流效率、年降雨量等参数，根据公式计算本工程单个水窖的最小集流面积。各项参数取值及计算结果详见表1。

表1 水窖最小集流面积计算结果

通过计算，项目区修建的水窖集流面积需大于119.8 m2，条件无法满足时需通过修建截流沟、增加地面集流效率等措施进行完善。

[1] 高继雄.山地烤烟雨水资源化的有效途径之一——集雨式小水窖建造技术[J].中国烟草科学，2001(4)：42-43.

[2] 盛东，胡春艳，徐义军，等.浅议山区小水窖工程规划设计与应用[J].湖南水利水电，2012(4)：24-26.

[3] 任朝阳.南方山区水窖建设技术要点[J].中国水土保持，2002(12)：35-36.

[4] 王光鹏.山区小水窖设计及效益分析[J].水利经济，2004，22(4)：60-61.

[5] 牛文全.雨水集蓄设施经济容积的确定方法[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2004，32(8)：125-129.

[6] 吴明舒.管窖结合开发山涧溪流的探讨[J].水资源保护，2003(2)：56-57.

[7] 中华人民共和国水利部.雨水集蓄利用工程技术规范：SL 267—2001[S]. 北京:中国计划出版社，2010:8-10.

[8] 付晓刚，齐全，周万亩，等.旱地水窖设计与施工技术[J].甘肃农业，2007(10)： 65，74-75.

[9] 马燕.水窖在高山缺水地区人畜饮水工程中的应用[J].水资源与水工程学报，2007，18(2)：92-94.

(责任编辑 张培虎)

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1000-0941(2017)01-0012-03

郭艳波(1982—)，女，吉林松原市人，工程师，硕士，主要从事水土保持方案编制及环境影响评价工作。

2016-05-03