鄭 勇，金彥兆，唐小娟

(甘肅省水利科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730000)

1 概 述

非常規(guī)水資源是指區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的地表水、地下水(常規(guī))水資源，主要有雨水、再生水、海水、苦咸水等[1]。我國西部黃土高原地區(qū)水土流失嚴(yán)重，溝壑縱橫，許多偏遠(yuǎn)地區(qū)地表水和地下水礦化度高，利用常規(guī)水資源解決這一地區(qū)群眾的安全飲水將面臨建設(shè)和建成后管理成本巨大等方面的難題[2]。雨水是該地區(qū)唯一可高效利用的優(yōu)質(zhì)水資源。充分利用這種非常規(guī)水資源的特點和優(yōu)勢，可在一定程度上部分替代常規(guī)水資源，使有限的水資源發(fā)揮更大的效用。雨水作為水源在其利用方面，因集流面和蓄水設(shè)施的不同，大致分為兩類，一類是雨水集流面采用農(nóng)戶自家的屋頂和庭院收集雨水，利用水窖儲存雨水，這類雨水污染物可控，可主要用于飲用水水源；另一類則是城市道路、荒山荒坡等作為集流面收集雨水，利用塘壩、人工湖泊等蓄水設(shè)施儲存雨水，這類雨水污染物復(fù)雜，因此，收集的雨水主要用于農(nóng)業(yè)灌溉、城市景觀等。

我國西部地區(qū)利用窖水作為飲用水水源已經(jīng)有很長時間了。尤其是近20年以來，在國家和當(dāng)?shù)卣馁Y助下，修建了大量的混凝土水窖，其中僅甘肅省就有200萬個，年蓄水量高達(dá)7 800 萬m3，相當(dāng)于一座中型水庫，而且98%的水窖依靠農(nóng)戶的屋頂和庭院收集儲存，具有“不需要長距離輸水、就近使用、水質(zhì)優(yōu)良”等優(yōu)點。截止2016年12月，僅甘肅省還有93萬人依靠集雨水窖解決飲用水。因此，如何解決類似地區(qū)的安全飲水問題，廣大水利科技工作者做了大量有益的工作。

2 集雨飲用水發(fā)展歷程

中國利用雨水的歷史悠久，尤其是在我國西部偏遠(yuǎn)地區(qū)。利用屋頂、庭院和水窖收集雨水作為飲用水水源，大致經(jīng)歷了兩個階段：

第一階段是始于1990年左右，主要以解決農(nóng)村飲用水困難為主要目的。在這一階段，國家和地方政府通過各種方式資助農(nóng)戶修建了許多混凝土水窖，在很大程度上有效緩解了受益地區(qū)農(nóng)戶的飲水難題，解決了當(dāng)?shù)厝罕姅?shù)百年來面臨的飲水困難，也改變了曾經(jīng)的極度缺水之現(xiàn)狀，現(xiàn)如今廣大群眾都有水可用，因此，集雨工程受到了廣大群眾的空前歡迎。同時，在此階段人們對水質(zhì)的要求較低，方法也簡單，尤其對水質(zhì)的處理方法也很簡單，基本上無有效的處理途徑。第二階段是始于2010年前后，正值國家積極倡導(dǎo)“安全飲水階段”。國家“十三五”發(fā)展規(guī)劃中要求集雨飲用水水量保證率達(dá)到90%，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)必須滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5750-2006)。尤其對于農(nóng)村安全飲水提出必須滿足用水量安全和水質(zhì)安全兩個基本條件。同時，對集雨飲用水安全保障工作的目標(biāo)也提出了更高的要求。

3 水量安全研究與評價

農(nóng)村安全飲水中，用水量的安全保障是必要條件?，F(xiàn)以甘肅省白銀市會寧縣開展集雨飲用水為例，進(jìn)行水量安全性研究與評價。該地區(qū)是雨水收集利用的典型區(qū)域，全縣58萬人口，近40萬人口使用集雨水窖。自2008年開始，在這里建立集雨飲用水安全保障示范區(qū)，研究和推廣一些先進(jìn)的適用技術(shù)。在集雨水量安全保障的研究中，選擇該縣的翟家所鄉(xiāng)、會師鎮(zhèn)、柴家門鄉(xiāng)、新添堡鄉(xiāng)、老君坡鄉(xiāng)、太平店鎮(zhèn)等6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)為主要研究對象，開展的現(xiàn)狀調(diào)研，主要摸清了707戶家庭的集雨飲用水背景狀況，逐戶測量了集流面面積和水窖容積，并依此計算出了不同降雨保證率條件下的雨水收集量。同時，通過統(tǒng)計每個家庭的人口數(shù)量，估算出單個家庭的需水需求[3]。研究成果表明：在降雨保證率50%的條件下，707戶家庭均可滿足安全水量的要求；在降雨保證率90%(安全水量保證率)的條件下，有615戶滿足安全水量的要求，占總調(diào)查戶的87%。

由此可見，近10多年來針對西部偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村所開展的解決安全飲水水量的工作是卓有成效的，尤其是在國家和當(dāng)?shù)卣馁Y助下，各用水戶修建了大量的混凝土水窖，硬化集流場，改善了集流條件，大部分以家庭為用水單元的用水戶均可滿足安全飲水中收集水量的基本條件。

4 水質(zhì)安全研究與評價

隨著農(nóng)村居住人口生活水平的提高，尤其是在我國西部農(nóng)村使用窖水的地區(qū)，人們對水質(zhì)的要求越來越高。在上述的調(diào)查區(qū)域內(nèi)，98%以上的用水戶的集流面是瓦面屋頂，且庭院硬化。利用荒坡、未硬化的庭院做集流面集雨的用戶則不足統(tǒng)計農(nóng)戶的2%。同時，在調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn)，集雨前農(nóng)戶大都能保持庭院清潔，且采用集雨初期棄流措施，盡可能地確保所收集雨水之清潔度。

通過對大量檢測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明：混凝土窖水在毒理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)、放射性等類常規(guī)及非常規(guī)指標(biāo)中均未檢測出超標(biāo)物。水質(zhì)污染主要源于渾濁度和微生物(總大腸桿菌群、菌落總數(shù))指標(biāo)超標(biāo)。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)[4]，集雨水質(zhì)可達(dá)到二類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。由此可推斷出，西北旱區(qū)混凝土水窖的水質(zhì)不存在嚴(yán)重的污染問題，水質(zhì)能滿足生活飲用水之標(biāo)準(zhǔn)，因此，可以作為這些地區(qū)安全的飲用水源。

5 雨水水質(zhì)處理設(shè)備的研制和應(yīng)用

5.1 水質(zhì)處理現(xiàn)狀

西部偏遠(yuǎn)地區(qū)用水量安全保障條件大部分都能滿足，而對于不能達(dá)到條件的地方，只需增加少量資金投入，增加硬化集流面和水窖，就可達(dá)到用水量安全保障的要求，因此，不存在技術(shù)上的難度。難點在于水質(zhì)方面，傳統(tǒng)的僅依靠粗放過濾方式凈化的水質(zhì)很難完全滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5750-2006)的要求。

根據(jù)普查，目前雨水收集入窖前的各種過濾裝置、設(shè)施幾乎很少被利用，當(dāng)?shù)貜V泛采用的方法是通過降雨前清掃和保持集流面清潔，即簡易的降雨初期棄流技術(shù)。雖然這種方法簡單易行，也是適合當(dāng)?shù)厝罕娮钣行У姆椒?，但集雨水質(zhì)仍存在濁度和微生物不達(dá)標(biāo)的問題。

5.2 水質(zhì)處理設(shè)備存在的問題

集雨飲用水水質(zhì)的處理方法有很多，但被廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品卻很少。盡管國內(nèi)外各科研機構(gòu)已通過各種研究示范項目建成了一些示范區(qū)，但通過跟蹤調(diào)查示范戶，結(jié)果表明這些裝置在建成后使用3年左右時間內(nèi)基本上均由于各種原因被棄用，剖析其主要原因如下。

(1)凈水裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作難度大。由于西部偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村人口文化程度低，人口比例中老人與小孩占大多數(shù)，因此，他們很難熟練地掌握這些設(shè)備的操作技術(shù)。

(2)凈水裝置簡陋且耐久性差。為了降低裝置造價，生產(chǎn)廠商往往采用價廉材料，有的甚至是非標(biāo)準(zhǔn)部件，因此，一旦水質(zhì)處理設(shè)備損壞，農(nóng)戶無法自行維修。

(3)工程量大，效率低。利用集雨解決飲用水的農(nóng)戶基本上是以單個家庭為用水單元，工程量大，投資高，而凈水效果較低，因此，用水戶一般很難接受。

(4)標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品少?？萍歼M(jìn)步的主要標(biāo)志是科技轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，進(jìn)入市場，被市場接受，才能形成良性的循環(huán)。而目前針對農(nóng)村集雨飲水水質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品仍極少，而且也缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 水質(zhì)處理設(shè)備的研制和應(yīng)用

西部偏遠(yuǎn)地區(qū)用水農(nóng)戶居住分散，這就決定了水質(zhì)凈化設(shè)備的研制方向主要是針對以單個家庭為用水單元的小型或微型設(shè)備，而主要解決的集雨水質(zhì)處理污染物問題則是上述提及的水體渾濁度和微生物超標(biāo)問題。

盡管目前市場上存在許多專供城市家庭的水處理設(shè)備，其主要水質(zhì)凈化原理是依靠超濾膜或反滲透膜處理，處理的主要目標(biāo)則是城市自來水的二次凈化，所以如果用這些設(shè)備直接來處理農(nóng)村雨水的話，則成本太高，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶很難接受。因此，不建議大面積使用?；诖爽F(xiàn)狀，甘肅省水利科學(xué)研究院研發(fā)了“國源”系列集雨飲用水水質(zhì)凈化設(shè)備(發(fā)明專利)，該設(shè)備是當(dāng)前在甘肅省集雨飲用水地區(qū)使用最為廣泛的雨水凈化設(shè)備之一，其主要工作原理是利用微絮凝裝置降低水體渾濁度，同時，通過研制微孔陶瓷濾膜而達(dá)到過濾微生物之目的。由中國水利水電科學(xué)研究院，水環(huán)境研究所研制的“家用自動生物慢濾水處理設(shè)備”[5]也是在西部偏遠(yuǎn)地區(qū)集雨飲用水水質(zhì)凈化處理中成功應(yīng)用的設(shè)備。通過這些設(shè)備凈化后的水質(zhì)可滿足《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)，能直接飲用。同時，該系列設(shè)備具有小型化、效果好、成本低、易建設(shè)等特點，基本上能解決集雨飲用水凈化處理的技術(shù)難題。同時，自2008年以來，已經(jīng)在會寧縣6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)建立了示范點，水處理成本僅為0.6 元/m3，大大低于甘肅省農(nóng)村集中供水的成本。目前為止，這些設(shè)備已連續(xù)運行9年，仍完好無損，受到示范區(qū)農(nóng)戶的一致好評。而且，這項技術(shù)已推廣到阿爾及利亞、肯尼亞、烏干達(dá)等非洲國家。

6 結(jié) 語

經(jīng)過多年的努力探索和實踐，在利用雨水資源解決西部偏遠(yuǎn)地區(qū)安全飲水方面，對水量安全保障方面已能普遍滿足，而且，通過科技成果轉(zhuǎn)化，也實現(xiàn)了對集雨水質(zhì)的安全保障。因此，利用雨水資源解決西部偏遠(yuǎn)地區(qū)安全飲水問題，無論從技術(shù)保障層面還是實踐方面都是切實可行的。對于集雨飲用水安全保障的關(guān)鍵則聚焦于水質(zhì)凈化設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化。眾所周知，我國西部偏遠(yuǎn)地區(qū)還有300萬人口仍需要依靠收集雨水來解決飲用水問題，僅甘肅省就有93萬人，20萬個家庭需要利用雨水來解決飲用水問題，所以發(fā)展市場化和產(chǎn)業(yè)化集雨水處理設(shè)備勢在必行。

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[1] 王銳浩,單 科,黃鵬飛,等. 邊遠(yuǎn)海島非常規(guī)水資源價值評價研究[J]. 生態(tài)經(jīng)濟,2014,(12):177-179.

[2] 朱 強,李元紅,約翰·高德.. 珍惜每一滴水[M]. 北京：中國水利水電出版社, 北京, 2014.

[3] GB/T 50596-2010，雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范[S]. 2010.

[4] GB3838-2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].2002.

[5] 劉來勝，周懷東，劉玲花，等.生物慢濾技術(shù)在西北村鎮(zhèn)集雨飲水處理中的應(yīng)用[J]. 水利水電技術(shù)，2013,44(9)：131-133.