集蓄雨水的利用技术及雨水利用模式

集蓄雨水的利用技术及雨水利用模式1.1集蓄雨水的利用技术雨水汇集蓄存，其目的是为了利用。而充分高效、经济合理的利用雨水是保证雨水集蓄利用技术体系取得最大效益的关键一环。1．生活利用雨水利用庭院屋顶收集雨水解决干旱半干旱山区、渗漏很强的石灰岩山区、淡水缺乏的岛屿及滨海地区以及苦咸水和高氟水地区的人、畜饮水问题，是提高这些地区人们生活质量的关键步骤。甘肃省中东部通过实施“121雨水集流工程”，解决了131.07万人，118.7万头牲畜的饮水问题，节省了从外地拉水的资金，方便了群众，结束了原来那种“不借油借水”的生活。浙江省余姚市由于地表水河道蓄水量少，地下水水质差，且污染严重，井水咸、涩、臭。所以，这里居民家家都建有雨水集流设施。西太平洋的一些火山岛上，汇集的雨水占居民淡水用量的80％～90％，中东及非洲一些国家也用雨水解决人、畜饮水问题。目前，我国解决人、畜饮水问题的研究重点应放在水质的改善、高位蓄水以实现自压供水及水窖的自动取水技术等方面。从区域上来讲，应加强西南石灰岩地区及苦咸水地区的研究。2．农业生产利用雨水水是农业生产的命脉，在干旱半干旱地区降雨量少，且分布不均匀及降雨期与作物生长需水期的错位，作物产量长期低而不稳。通过对这些地区农业自然生产潜力的分析，发现水分亏缺限制了其他因子作用的发挥，是“箍桶效应”中的短板，如果解除水分胁迫，初级生产力大概是目前的4～5倍。在这些地区，降雨多集中在6～9月，如果将多余的雨水径流收集起来缓解春旱，夏初旱及伏旱，将大大提高作物产量，实际上就是二重“箍桶效应”中的截长补短。从时空上调节雨水分配，使水分供给与作物需水期相吻合，这就是集雨农业的出发点。(1)雨水利用工程特点及取水模式黄土高原地区，集蓄雨水的利用必须考虑到雨水利用工程的三个基本特点：一是蓄水设施较为分散。雨水汇集的蓄水设施分布主要取决于集流场的位置，黄土高原地区集流场多为硬化地面或防渗处理的场地，包括农家屋顶庭院及晒场、公路、街道、部分山坡(经过夯实或加膜防渗处理)等。因蓄水设施多以农户为单元所建，尽管公路两边布设密度较大，有些地方还采取多个并联和串联，但水源相对有限，因此就蓄水设施整体分布而言，较为分散。二是储水量有限。雨水汇集产流量主要取决次降雨量和降雨强度。在黄土高原地区年降雨量250～550mm半干旱地区，丰水年产流15次左右，平水年约10次左右，枯水年不足5次。为了提高蓄水保证率和设施的利用率(即年重复蓄水次数)，蓄水设施的容积不可能太大。就目前农户所建的蓄水窑窖而言，其容积多在25～50m3之间，每窖每次可利用最大的水量为20～40m3。三是自然和社会经济条件较差。黄土高原地区的集雨蓄水工程大都远离水源丰富的河谷川道，分布在干旱少雨、水资源缺乏的塬区和缓坡丘陵地带。由于缺水，制约了当地社会经济发展，农业生产基础设施较差，除位于村镇附近的集雨工程外，道路两边及山坡地带处的集雨工程大都缺乏动力设施配套，因此，这对汇集雨水的利用带来诸多不便。根据雨水利用工程的特点，以下四种小型配套提水补灌系统较为适宜：一是潜水泵加滴灌系统。适宜有电力供应的大田作物区，推广较快。二是手压泵配软管灌系统。适宜庭院经济和近村农田；三是汽油泵配微灌系统。适宜无电力供应的田间作物区。四是自压灌溉系统。适宜丘陵山区高位水池下的农田灌溉。雨水利用工程的取水方式由所处的特定环境条件决定。对于无动力取水方式，主要是利用地形高差，具有取水方便、节约能源、便于控制、节省劳力、投资少、效益明显等优点。因此，可配套各种节水型地面灌溉技术和抗旱补充灌溉。当压力达到一定程度后，也可配套喷微灌及滴灌。对有动力取水方式，不论是电动还是油动取水，不适合于间断供水的抗旱补充灌溉，可配套与之相适应的高效节水灌溉和节水型地面灌水技术。而油动取水设备的提水能力较小，而且由于动力较小，不可能长久地工作，因此，油动取水设备更适合于小面积、小定额的农作物灌溉之用。例如，可作为庭院经济、大棚温室蔬菜灌水设备，与之相适应的节水灌溉技术有滴灌、渗灌、抗旱坐水种、注射灌及地膜穴灌等。(2)集雨灌溉技术由于水窖等存贮汇集雨水量较小，一般每窖20～30m3，因而单位农田面积灌水量十分有限，必须实行高效利用。即增产的同时，汇集的雨水水分利用效率应高于传统的田间雨水利用效率。从实际情况看，集雨灌溉通常是在作物需水关键期，或土壤含水量低于作物允许的低限时补充灌水，属于作物的保命水或救命水，灌水定额较小，灌溉次数有限。因此，集雨节溉的重点是根据作物生理需水规律，研究作物适宜的补灌时问和补灌定额，以达到汇集雨水高效利用的目标。其灌溉技术通常为点浇、坐水种、覆膜灌溉及微灌技术等。当然，在集约农业中应当发展节水灌溉方式(如滴灌、微喷灌、渗灌、点浇等)与节水农业措施(如覆膜灌溉坐水种、松耕等)相结合的方式效果会更佳。国内对春小麦和玉米，对马铃薯和谷子等作物的需水规律已经进行了较为系统的研究。研究表明，拔节期补充限量水是黄土高原地区春小麦和玉米灌水的最佳时期，针对拔节期这一需水敏感期，60％～70％CW(土壤毛管持水量)拔节期供水，植株籽粒产量和WUE可达到同步较高值，且为最高。1.2雨水利用模式降雨落到地表后，通过人渗成为作物可利用的土壤水资源，也可以转化为能够收集储存的径流水资源。水土保持、旱作农业等对雨水的利用方式是强化入渗，促其转化为作物可利用的土壤水；集雨工程对雨水的利用方式是强化产流，增加径流量，进而对径流进行收集储存，供人、畜饮水或农田抗旱补灌。强化入渗和强化产流是两种截然不同的雨水利用方法。但两种方法的共同点是都必须对降雨对应的地形、土壤、植被等下垫面条件进行改变，以达到增加降雨入渗或产流的目的。增加降雨入渗主要通过坡改梯、水平沟、土壤结构改良剂、增加地表植被覆盖度等措施来实现。增加降雨产流主要通过硬化地面、覆盖地膜等不透水材料或施加高分子化合物改变土壤人渗性能等措施来实现。根据不同措施利用雨水的方式和特点，可将目前雨水利用技术概括为雨水就地利用、雨水叠加利用和雨水异地利用三种模式。1、雨水就地利用模式通过地表微地形的改变，增加地表土壤入渗能力，通过土壤水库的储蓄调节功能，达到雨水资源的高效利用。这种技术的理论依据在于通过对地表坡度即地表径流水力坡度的降低，截短径流流径长度，减缓径流运移速度，从而增加地表径流在一定区域的滞留时间，达到增加土壤人渗的目的。土壤入渗量的增加，一方面可以提高土壤中的储水容量，以供地表植物吸收利用，另一方面还可以补给地下水储量。同时，还可降低坡面径流冲刷作用力，达到减缓坡耕地水土流失的目的。这种技术常见的有水平梯田、鱼鳞坑等。21世纪初尝试的设施农业集雨灌溉也是这种模式范畴，其方法是利用温室大棚作为集流面将其汇集的雨水存储于棚附近的蓄水设施，作为棚内作物灌溉水源。2、雨水叠加利用模式除了通过对部分微地形的改变及对改变微地形区域内所接纳的雨水进行利用之外，同时，接收区域上部来水，使之流人该区域之内，并加以利用的一种综合技术。由于这种技术不仅利用区域所直接接收的天然降水，而且利用区域相邻上部的地表径流，事实上是一种雨水资源的叠加，故我们称之为雨水叠加利用技术。这种技术与雨水就地利用技术的区别在于，它充分利用了自然地形，利用径流的天然汇集作用，将其输送到指定的区域，而所指定的区域，通过夷平原来坡面，不仅可接收区域本身降水，增加土壤的储水能力。同时，区域又接纳了上部或邻近区域的地表径流。这种技术，对于降水量较小的地区，尤其是区域本身降水不能满足其用水需求时，效果十分显著。同时，它的单位体积用水量的造价要比雨水就地利用技术相对便宜。在这种方式中究竟集流区与汇流区选多大合适?二者合适的比例是多少等等都是值得深入研究与探讨的问题。事实上，这种技术在生产实践中也应用的比较广泛。如隔坡梯田，就是把隔坡上的地表径流汇集到水平田面之上，水平田面除了接收梯田本身雨水之外，又接收田面上部坡地地表径流，是将二者叠加起来加以利用的一种技术。再比如，目前在山西、陕北、甘肃等干旱半干旱地区推广应用的大垄沟覆膜技术，将塑料薄膜覆盖在垄上，两垄所夹之间地段种植玉米等农作物，再加上农业耕作技术，这样农作物不仅可以利用沟内的天然降水，而两垄之上所降之水也可以汇集在沟内供农作物利用，从而达到雨水资源叠加利用的目的。3、雨水异地利用模式通过某种手段，改变地表原有人渗能力，即减少地表人渗量，从而增加地表径流量，并将其汇集存储在某一指定区域或容器供其他区域加以利用的一种技术。这种技术的适应范围较广，除适用干旱缺水的干旱半干旱地区外，也适应水资源较为丰富的湿润半湿润地区，还适应道路建设发达的工矿、乡镇、县城及中小型城市等地区。这种技术的主要特点在于充分利用汛期流失的“多余”径流量，减少地表人渗而用于无效蒸发的那部分水量。同时，减少了水土流失量。实际上是把无效蒸发的水量或者区域内“多余”的地表径流，通过汇集存储加以调蓄，用于异处的一种水资源高效利用技术，与水库的调蓄功能有点类似。这种技术的理论依据非常明确，就是设法汇集存储多余的地表径流，一般总是尽量通过其他各种措施降低地表入渗能力