雨水集蓄利用理論及實(shí)用意義探究

2021-04-03 13:13肖開冬

中國設(shè)備工程 2021年7期

肖開冬

（重慶市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,重慶 400000）

1 雨水資源開發(fā)利用的意義

水的問題已經(jīng)成為制約我國絕大部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。由于地球面積的70%是海洋，因此水資源總量的97.5%是不能直接使用的海水，淡水資源僅占2.5%，而江河，湖泊和水庫可以直接使用的淡水資源，只有淡水資源占總數(shù)的0.26%。隨著工業(yè)和城市的發(fā)展，污染物排放量顯著增加，導(dǎo)致水源污染；森林和其他植物的破壞造成生態(tài)失衡，還減少了降雨和地下水補(bǔ)給。鑒于水資源短缺,首先，我們要保護(hù)現(xiàn)有水源并采取有效措施來保護(hù)水源，例如在農(nóng)業(yè)中引入節(jié)水灌溉技術(shù)，處理工業(yè)用水污染和使用廢水；國家調(diào)整供水準(zhǔn)則，提高水價(jià)等。在開源方面，南北調(diào)水工程已實(shí)施，但工程量大，建設(shè)時(shí)間長，成本高。充分開發(fā)雨水資源是一種切實(shí)可行的方法。目前，中國的自然降雨利用率僅為10%。與使用率較高的國家相比，利用潛力很大。在我國，許多地區(qū)的降雨量超過250mm，并且降雨集中在6月～9月，荒山、道路，庭院和屋頂?shù)仍O(shè)施為收集雨水創(chuàng)造了強(qiáng)大的條件，正是在這些地方，雨水都能被開發(fā)和利用。

2 雨水徑流的收集技術(shù)

收集和存儲(chǔ)雨水徑流的方法有很多種。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和所使用的儲(chǔ)水方法，可以分為2類，一是微型集水區(qū)，二是徑流場集水。

微集水區(qū)M WH用于在不超過100m的距離后從集水區(qū)收集地表徑流，并將其通過滲透區(qū)存儲(chǔ)在根區(qū)土壤中，以供植物吸收和利用。集水區(qū)和滲透區(qū)是MWH的兩個(gè)基本組成部分。它主要優(yōu)點(diǎn)是徑流率高，所以比大規(guī)模集水方法更有效。即使小雨也能夠提供徑流水，但它占地大，單位面積集水率低，適用于大面積和人煙稀少的地方。以色列內(nèi)蓋夫沙漠的許多地方都使用微型集水區(qū)來種植石榴樹、葡萄和飼料，效果不錯(cuò)。即使在非常干燥的年份，也可以保證飼料的供應(yīng)。

徑流場集水（RFWH）RFWH用于收集集水區(qū)（A）的地表徑流，并將水流引導(dǎo)至地表水庫（SR），以通過輸入系統(tǒng)、通道、小溝槽、管道等進(jìn)行存儲(chǔ)。這樣，SR中積聚的水量大于底部的積水量，從而使有限的水在時(shí)間和空間上更加合理的分配，它通常用于家畜飲用和灌溉農(nóng)田。

國西北地區(qū)和華北地區(qū)許多地方長期以來一直使用各種排水點(diǎn)來收集雨水并將其存儲(chǔ)在池塘和水壩中、澇災(zāi)的池塘、電熱爐、蓄水設(shè)施和其他用于人類和動(dòng)物飲水或農(nóng)田灌溉的蓄水裝置。近年來，甘肅121s雨水收集工程，寧夏窯窖工程，陜西甘露工程已達(dá)到一定規(guī)模。在以色列，格夫沙漠的實(shí)際降水量僅為100mm，建造徑流場的1hm2耕地不僅存儲(chǔ)直接降水，還存儲(chǔ)20hm2的坡面徑流，耕地的水量可達(dá)到300～500mm。印度的Khadin集水區(qū)與中國的泥壩相似，這意味著斜坡表面的徑流和被洗滌的土壤都存儲(chǔ)在低洼山谷的壩中，在大壩裝滿之前澆水，大壩裝滿后可以種植植物或造林。

RFWH的缺點(diǎn)是面積大，A和SR的建設(shè)投資很大，并且從SR向農(nóng)業(yè)地區(qū)分配水的成本也很高。此外，SR的污泥問題尚未解決。

3 雨水徑流的蓄存和保護(hù)技術(shù)

集水方式，雨水徑流主要有2種存儲(chǔ)方式，分別直接存儲(chǔ)在植物根部區(qū)的土壤層和蓄水設(shè)備中。兩種存儲(chǔ)方法都應(yīng)嘗試防止水蒸發(fā)以保護(hù)集水，然而，MWH旨在允許盡可能多的水滲透到土壤層中并保持在那里，就是加速水的滲透；在RFWH中，則是盡可能防止水箱泄漏，以減少水的流失。

在MWH中，通常采用覆蓋植物秸稈或覆蓋塑料片等措施來防止土壤蒸發(fā)。使用植物秸稈轉(zhuǎn)移技術(shù)有效地解決了覆蓋塑料薄膜后水分滲透過慢的問題。RFWH中儲(chǔ)水的有效性主要受滲透到池壁和池底的限制?？刂茲B透的一些傳統(tǒng)方法是用粘土，柔性薄膜、瀝青、土壤分散劑和混凝土來進(jìn)行表面處理。實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐都表明，連續(xù)的非干燥粘土是一種很好的密封材料，且成本低廉，因此，在我國黃土高原的中西部地區(qū)使用紅土來防止?jié)B漏。用柔性膜瀝青混凝土進(jìn)行表面處理，雖然處理和維護(hù)成本很高，但蓄水庫具有大容量和使用壽命長，就像近年來在黃土高原上使用的薄殼混凝土窖一樣。

4 集蓄雨水利用技術(shù)

水是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，灌溉面積僅占世界耕地的15%，卻生產(chǎn)了幾乎占糧食總產(chǎn)量的50%。實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)表明，即使在整個(gè)生長期未完全灌溉作物，但在收獲用水的關(guān)鍵時(shí)期僅灌溉了一兩次關(guān)鍵水，作物的產(chǎn)量仍可大大提高。在干旱和半干旱地區(qū)，水資源短缺是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵因素。但是，天然降水是一種極其重要的可用水資源，尚未得到充分利用，使用率約為降雨的30%～40%。任有60%～70%的降水流失到地表徑流和無效的蒸發(fā)過程中，降水的生產(chǎn)效率僅為0.3～0.6 kg/m3，所以，收集和儲(chǔ)存雨水用于灌溉和使用的潛力巨大。在北部建立集水系統(tǒng)，降水量將比以前多10倍，將被存儲(chǔ)在土壤層和淺層含水層中。

近年來，我國在解決干旱和干旱地區(qū)的飲用水問題上做了大量工作，在促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。1968年，陜西省米脂縣用池塘和水壩在溝中儲(chǔ)水，灌溉4.13hm 2得到66kg/hm2是山坡土地產(chǎn)量的12倍；甘肅省榆中市的年降雨量僅為3～43mm每公頃耕地分配18m2的聚流場和2個(gè)45m3的水窖可以使小麥的產(chǎn)量比對(duì)照提高3倍。

此外，人們還收集雨水徑流用于生活用水。在古羅馬時(shí)期的羅馬和威尼斯，雨水收集系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為飲用水和生活用水主要來源。長期以來，中國北方許多地區(qū)因雨水徑流的收集和儲(chǔ)存而解決人畜飲水問題。到1986年底，寧夏固原市已有超過70,000臺(tái)水窖，上面裝有少量水井、池塘水壩，并解決了112,000～330000頭牛和161,900只羊的飲用水。1972年～1987年，陜西的甘露工程，窯爐修復(fù)與開挖運(yùn)河相結(jié)合，解決了干旱地區(qū)大牲畜飲水554.48～83.18萬的問題，年節(jié)水勞動(dòng)力66.54萬，當(dāng)年經(jīng)濟(jì)效益2億元。甘肅省與之相對(duì)應(yīng)，開展的121個(gè)雨水收集工程在一年多的時(shí)間里解決了131.7萬人和118.7萬頭牲畜飲水。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、沖廁、綠化城市、給草坪澆水等。該地區(qū)的雨水可以直接攔蓄入滲，也可以通過專用的滲透過濾裝置向地下水注入水以補(bǔ)充地下水。

5 結(jié)語

隨著水資源日益短缺，不僅在干旱和半干旱地區(qū)，人們非常重視雨水資源的開發(fā)和有效利用，世界各國都開始了雨水利用熱潮。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)在日益完善，但從國內(nèi)來看，仍然缺少許多方面系統(tǒng)的深入研究。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：集水區(qū)研究的集水效率水平主要取決于集水區(qū)和集水材料的處理，當(dāng)前使用的各種收集材料和處理不能令人滿意或價(jià)格過高，例如混凝土集水區(qū)或集水效率低；例如原土夯實(shí)。因此，迫切需要研究一種高效、低成本、方便處理收集材料的新方法，以及一種盡可能收集雨水徑流的處理方法，以提高收集效率，降低成本。

目前關(guān)于雨水庫的結(jié)構(gòu)形狀和防滲材料的研究已有許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究成果。但是，現(xiàn)有的儲(chǔ)水設(shè)施結(jié)構(gòu)包括許多建筑技術(shù)，還需要進(jìn)一步改進(jìn)，還必須開發(fā)和使用新的儲(chǔ)層設(shè)施。