雨水集蓄利用理论及实用意义探究

肖开冬

（重庆市市政设计研究院有限公司,重庆 400000）

1 雨水资源开发利用的意义

水的问题已经成为制约我国绝大部分地区经济社会可持续发展的重要因素。由于地球面积的70%是海洋，因此水资源总量的97.5%是不能直接使用的海水，淡水资源仅占2.5%，而江河，湖泊和水库可以直接使用的淡水资源，只有淡水资源占总数的0.26%。随着工业和城市的发展，污染物排放量显著增加，导致水源污染；森林和其他植物的破坏造成生态失衡，还减少了降雨和地下水补给。鉴于水资源短缺,首先，我们要保护现有水源并采取有效措施来保护水源，例如在农业中引入节水灌溉技术，处理工业用水污染和使用废水；国家调整供水准则，提高水价等。在开源方面，南北调水工程已实施，但工程量大，建设时间长，成本高。充分开发雨水资源是一种切实可行的方法。目前，中国的自然降雨利用率仅为10%。与使用率较高的国家相比，利用潜力很大。在我国，许多地区的降雨量超过250mm，并且降雨集中在6月～9月，荒山、道路，庭院和屋顶等设施为收集雨水创造了强大的条件，正是在这些地方，雨水都能被开发和利用。

2 雨水径流的收集技术

收集和存储雨水径流的方法有很多种。根据系统的规模和所使用的储水方法，可以分为2类，一是微型集水区，二是径流场集水。

微集水区M WH用于在不超过100m的距离后从集水区收集地表径流，并将其通过渗透区存储在根区土壤中，以供植物吸收和利用。集水区和渗透区是MWH的两个基本组成部分。它主要优点是径流率高，所以比大规模集水方法更有效。即使小雨也能够提供径流水，但它占地大，单位面积集水率低，适用于大面积和人烟稀少的地方。以色列内盖夫沙漠的许多地方都使用微型集水区来种植石榴树、葡萄和饲料，效果不错。即使在非常干燥的年份，也可以保证饲料的供应。

径流场集水（RFWH）RFWH用于收集集水区（A）的地表径流，并将水流引导至地表水库（SR），以通过输入系统、通道、小沟槽、管道等进行存储。这样，SR中积聚的水量大于底部的积水量，从而使有限的水在时间和空间上更加合理的分配，它通常用于家畜饮用和灌溉农田。

国西北地区和华北地区许多地方长期以来一直使用各种排水点来收集雨水并将其存储在池塘和水坝中、涝灾的池塘、电热炉、蓄水设施和其他用于人类和动物饮水或农田灌溉的蓄水装置。近年来，甘肃121s雨水收集工程，宁夏窑窖工程，陕西甘露工程已达到一定规模。在以色列，格夫沙漠的实际降水量仅为100mm，建造径流场的1hm2耕地不仅存储直接降水，还存储20hm2的坡面径流，耕地的水量可达到300～500mm。印度的Khadin集水区与中国的泥坝相似，这意味着斜坡表面的径流和被洗涤的土壤都存储在低洼山谷的坝中，在大坝装满之前浇水，大坝装满后可以种植植物或造林。

RFWH的缺点是面积大，A和SR的建设投资很大，并且从SR向农业地区分配水的成本也很高。此外，SR的污泥问题尚未解决。

3 雨水径流的蓄存和保护技术

集水方式，雨水径流主要有2种存储方式，分别直接存储在植物根部区的土壤层和蓄水设备中。两种存储方法都应尝试防止水蒸发以保护集水，然而，MWH旨在允许尽可能多的水渗透到土壤层中并保持在那里，就是加速水的渗透；在RFWH中，则是尽可能防止水箱泄漏，以减少水的流失。

在MWH中，通常采用覆盖植物秸秆或覆盖塑料片等措施来防止土壤蒸发。使用植物秸秆转移技术有效地解决了覆盖塑料薄膜后水分渗透过慢的问题。RFWH中储水的有效性主要受渗透到池壁和池底的限制。控制渗透的一些传统方法是用粘土，柔性薄膜、沥青、土壤分散剂和混凝土来进行表面处理。实验研究和生产实践都表明，连续的非干燥粘土是一种很好的密封材料，且成本低廉，因此，在我国黄土高原的中西部地区使用红土来防止渗漏。用柔性膜沥青混凝土进行表面处理，虽然处理和维护成本很高，但蓄水库具有大容量和使用寿命长，就像近年来在黄土高原上使用的薄壳混凝土窖一样。

4 集蓄雨水利用技术

水是植物生长发育的基础。据统计，灌溉面积仅占世界耕地的15%，却生产了几乎占粮食总产量的50%。实践和实验表明，即使在整个生长期未完全灌溉作物，但在收获用水的关键时期仅灌溉了一两次关键水，作物的产量仍可大大提高。在干旱和半干旱地区，水资源短缺是限制农业生产发展的关键因素。但是，天然降水是一种极其重要的可用水资源，尚未得到充分利用，使用率约为降雨的30%～40%。任有60%～70%的降水流失到地表径流和无效的蒸发过程中，降水的生产效率仅为0.3～0.6 kg/m3，所以，收集和储存雨水用于灌溉和使用的潜力巨大。在北部建立集水系统，降水量将比以前多10倍，将被存储在土壤层和浅层含水层中。

近年来，我国在解决干旱和干旱地区的饮用水问题上做了大量工作，在促进农业发展中发挥了重要作用。1968年，陕西省米脂县用池塘和水坝在沟中储水，灌溉4.13hm 2得到66kg/hm2是山坡土地产量的12倍；甘肃省榆中市的年降雨量仅为3～43mm每公顷耕地分配18m2的聚流场和2个45m3的水窖可以使小麦的产量比对照提高3倍。

此外，人们还收集雨水径流用于生活用水。在古罗马时期的罗马和威尼斯，雨水收集系统被设计为饮用水和生活用水主要来源。长期以来，中国北方许多地区因雨水径流的收集和储存而解决人畜饮水问题。到1986年底，宁夏固原市已有超过70,000台水窖，上面装有少量水井、池塘水坝，并解决了112,000～330000头牛和161,900只羊的饮用水。1972年～1987年，陕西的甘露工程，窑炉修复与开挖运河相结合，解决了干旱地区大牲畜饮水554.48～83.18万的问题，年节水劳动力66.54万，当年经济效益2亿元。甘肃省与之相对应，开展的121个雨水收集工程在一年多的时间里解决了131.7万人和118.7万头牲畜饮水。此外，收集在城市街道和一些建筑物上的雨水也可用于城市消防、冲厕、绿化城市、给草坪浇水等。该地区的雨水可以直接拦蓄入渗，也可以通过专用的渗透过滤装置向地下水注入水以补充地下水。

5 结语

随着水资源日益短缺，不仅在干旱和半干旱地区，人们非常重视雨水资源的开发和有效利用，世界各国都开始了雨水利用热潮。同时，这项技术在日益完善，但从国内来看，仍然缺少许多方面系统的深入研究。主要体现在以下几个方面：集水区研究的集水效率水平主要取决于集水区和集水材料的处理，当前使用的各种收集材料和处理不能令人满意或价格过高，例如混凝土集水区或集水效率低；例如原土夯实。因此，迫切需要研究一种高效、低成本、方便处理收集材料的新方法，以及一种尽可能收集雨水径流的处理方法，以提高收集效率，降低成本。

目前关于雨水库的结构形状和防渗材料的研究已有许多实践经验和研究成果。但是，现有的储水设施结构包括许多建筑技术，还需要进一步改进，还必须开发和使用新的储层设施。

在降水积累条件下有效利用雨水的研究，雨水径流中收集和储存的水量非常有限，为了更有效地利用积聚的雨水进行耕地灌溉，主要需要深入研究旱地农作物的关键需水时期的高效灌溉率和有限的平衡供水效果。研究节水灌溉技术，如各种微灌技术和设备，以及在农业技术领域的广泛研究等方面。目前，我国收集雨水进行额外灌溉的用水效率仅为1.0kg/m3左右，然而发达国家例如以色列已达到2.0kg/m3以上。因此深入研究和完善适用于汇集雨水进行补充灌溉的节水灌溉制度和技术以及农业综合技术具有很大的发展潜力。