杜玉斌

(寧夏回族自治區(qū)彭陽縣水務局,寧夏 彭陽756500)

隨著全球人口持續(xù)增長,人類對水資源的需求不斷擴大,世界上許多國家正面臨水資源危機。我國水資源人均占有量不足2 200 m3,僅為世界平均水平的1/4,是世界上少有的貧水國之一。彭陽縣位于寧夏南部山區(qū),屬溫帶半干旱氣候區(qū),受自然條件和經(jīng)濟條件的限制,很難修建大型的骨干水源工程,水資源的貧乏,長期制約著當?shù)剞r(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟的發(fā)展。水窖因其工程規(guī)模小、投資省、實施方便等特點而成為這一地區(qū)調(diào)節(jié)雨水時空分布不均的主要設施,提高了干旱山區(qū)群眾抗御自然災害的能力,實現(xiàn)了“秋水春用、安苗補灌”的目標,集雨節(jié)灌工程經(jīng)濟效益的發(fā)揮已成為人們關注的焦點[1]。

1 水窖施工

彭陽縣已有近千年的修建膠泥防滲水窖的歷史,只是限于當時的技術和材料,沒有形成一定的規(guī)模,對雨水的利用僅限于解決人畜飲水,利用效率也很低,因此,并沒有產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益[2]。從1995年開始,彭陽縣把水窖、集水場建設作為利用天然降雨、解決農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉和農(nóng)村飲水的根本措施來抓,先后建成水窖5.48萬眼,集水場1.15萬處,水窖類型有混凝土拱蓋碗窖、磚拱蓋碗窖、水泥沙漿薄壁瓶形窖、膠泥球形窖、窯窖。

混凝土拱蓋碗窖(圖1)和磚拱蓋碗窖(圖2)具有施工簡便,開挖安全,結構優(yōu)化,使用耐久,容積大(40 m3～50 m3),能有效凈化貯存水質(zhì),儲水渾濁度低[3]等優(yōu)點,在當?shù)仄毡橥茝V應用。其施工方法:選擇集水條件好,土質(zhì)密實的地方,作為沉砂池和水窖地址;根據(jù)施工圖放線,開挖蓋碗形窖冠土模;采用磚砌筑(或C15澆注混凝土)12 cm厚薄壁窖冠,灑水養(yǎng)護3 d后,在窖冠上回填土并夯實;按設計圖紙開挖窖體;窖壁砂漿防滲體與窖體結合,施工方法之一:從窖底開始,每升高1 m開挖10 cm×10 cm圈帶一道,用混凝土回填;施工方法之二:從窖底開始,每升高50 cm打間距50 cm、直徑5 cm、深8 cm的梅花狀麻眼,用混凝土回填;在窖壁上分3次抹面3 cm厚水泥砂漿(第1次用1∶3.5水泥砂漿抹面1 cm厚,第2次用1∶3水泥砂漿抹面1 cm厚,第3次用1∶2.5水泥砂漿抹面1 cm厚),窖底用紅膠泥回填20 cm～30 cm;最后用素水泥漿在窖壁刷1～3次,灑水養(yǎng)護7 d后方可蓄水。在水窖進水管入口處設沉砂池,池底為矩形,長2 m～3 m,寬 1 m～2 m,深1 m～1.5 m。單眼水窖工程量、材料用量見表1。

圖1 40m3混凝土拱蓋蓄水窯結構圖

圖2 50m3磚拱蓋蓄水窯結構圖

2 集雨模式

根據(jù)多年集雨工程建設的實踐和經(jīng)驗,結合彭陽縣自然和社會經(jīng)濟特點,有3種集雨利用技術模式比較成熟,集雨模式示意圖見圖3。

表1 單眼水窖工程量及材料用量表

2.1 天然坡面集雨、攔沿渠導引、水窖蓄水模式

坡面是天然的集雨面,在坡面中部或坡腳處,修建徑流攔蓄渠道,攔截降雨徑流,并將徑流輸送到水窖集中儲存,發(fā)展集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)[4]。根據(jù)試驗觀測,在采用“88542”(開挖深80 cm、寬80 cm的水平溝,筑高50 cm、頂寬40 cm的外埂,回填后面寬2m)隔坡水平溝治理、修建水平溝等高耕作和開挖魚鱗坑等綜合措施,人工草地坡面集流效率在5%～10%,人工林地的坡面集流效率在6%～10%,坡耕地、退耕草地集流效率在10%～20%,天然草地坡面集流效率在8%～11%,天然林地坡面集流效率在6%～11%。

2.2 道路路面集雨節(jié)灌利用模式

道路是可以充分利用的人工集水場,建立以道路路面集雨、攔引渠導引、水窖蓄水模式,通過沿路布設的渠道集中攔蓄降雨徑流,將徑流輸送到沉砂池,再進入到水窖,發(fā)展集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)。道路網(wǎng)絡集水已成為集雨節(jié)灌的重要技術措施,在道路一側,沿道路修建徑流導引渠,攔引路面集水,并在道路兩側布置串式水窖,將導引渠攔截的路面徑流輸送至水窖,可規(guī)模發(fā)展集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)。經(jīng)試驗觀測,瀝青路面集流效率在70%左右,土路面集流效率30%～40%,沙礫石路面在20%～35%。

2.3 庭院屋面(人工集水場)集雨節(jié)灌利用模式

建立以庭院、屋面及人工集水場為主要集雨場,庭院經(jīng)濟節(jié)水灌溉的技術集成模式,蓄水設施主要為水窖,集水場形式主要有混凝土集水面,碾壓土場院集水面,瓦屋面、土工布、玻璃纖維布、塑膜集水面,固化劑集水場等。

根據(jù)對這3種不同模式集雨水窖水質(zhì)取樣分析,庭院屋面(人工集水場)集雨模式,水質(zhì)綜合評價結果為最好,且水質(zhì)各單項指標值均達到或優(yōu)于地表水環(huán)境質(zhì)量標準;天然坡面和道路路面在集雨過程中攜帶了各種面源污染物,水質(zhì)中SS、微生物、有機物等污染物較多[5,6]。

3 工程投資

3.1 水窖建設投資分析

彭陽縣境內(nèi)石料加工廠較少,石子成本和拉運費均較高,群眾建水窖多選擇當?shù)貦C磚,建磚拱蓋碗窖,因此,水窖投資以50 m3磚拱蓋碗窖為例計算,單眼水窖投資1 592.4元,各項費用計算見表2。

圖3 不同模式集雨節(jié)灌示意圖

表2 50 m3磚拱蓋碗窖投資表

3.2 集水場建設投資分析

彭陽縣修建的各類水窖容積多為50 m3,降雨量按400 mm計,設計水窖復蓄指數(shù)1.5,單眼水窖需要配套不同類型材料集水場面積、投資見表3。

3.3 集雨節(jié)灌工程投資分析

集雨節(jié)灌工程建設主要包括集雨工程、導引工程、蓄水工程、提水工程、節(jié)灌工程等[7]。在彭陽縣由于地形破碎,集雨規(guī)模較小,集雨工程主要以人工集水場和部分天然坡面集雨為主,根據(jù)集水區(qū)域的特點及經(jīng)濟能力,選擇不同類型的人工集水面;建設的導引工程主要有小型攔引渠道、輸水渠道和管道;蓄水工程主要有水窖;提水設備以小型潛水泵、離心泵、手壓泵、柴油泵、汽油泵提水。節(jié)灌工程主要有田間灌溉所需的節(jié)灌設備和節(jié)灌設施兩部分,目前田間節(jié)灌主要以覆膜小管澆灌、坐水種、溫棚滴灌、微噴灌等節(jié)灌方式為主。在本次工程投資分析中,集水工程以各類人工集水面為主,其投資分析見表3;蓄水工程以50 m3磚拱蓋碗窖為主;路面、坡面集雨工程配套攔引渠道和輸水渠道等導引工程,瓦屋面集雨工程配套輸水管道;蓄水工程中有水窖者均配備小型柴油泵或汽油泵1臺,Φ 25 mm塑料軟管50 m,集雨節(jié)灌工程建設投資分析見表4。

表3 年集水75 m3需不同類型材料集水場面積及造價

3.4 集雨節(jié)灌工程運行費分析

工程運行費主要包括管理費用、維修費用、提水灌溉動力費用、工程折舊費用(水窖、集水場按 30 a折舊,小型柴油泵、汽油泵、輸水軟管按5 a折舊)。水窖儲水工程年補灌3次,每次灌水150 m3/hm2,年灌溉定額450 m3/hm2。管理費用主要為管理人員工資,維修費用主要為易損設備的維修費用,田間種植均采用覆膜栽培,使用地膜150 kg/hm2,單價10元/kg,各類工程的運行費分析詳見表5。

表4 集雨節(jié)灌工程建設投資分析(單位:元)

3.5 集雨節(jié)灌工程經(jīng)濟效益分析

各類集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)種植均實行覆膜栽培。在增產(chǎn)增效計算中,田間微集雨種植按膜側小麥計,其它均按地膜玉米與地膜葵花增產(chǎn)平均值計。增效計算中,小麥1.2元/kg、玉米0.9元/kg、葵花2.4元/kg,各類集雨節(jié)灌工程投資經(jīng)濟效益分析詳見表6。

表5 集雨節(jié)灌工程年運行費用分析表(單位:元)

表6 集雨節(jié)灌工程投資經(jīng)濟效益分析

4 運行管理

水窖集雨節(jié)灌工程多為農(nóng)民自建自用,大多數(shù)群眾在集雨方面都管理的比較到位,但用水發(fā)展節(jié)灌需要強化管理。

4.1 培訓農(nóng)民

一是組織受益農(nóng)戶采取現(xiàn)場觀摩、實地操作、農(nóng)民相互交流經(jīng)驗等形式,進行作物種植、管理、病蟲害防治技術培訓,節(jié)水灌溉設備使用操作培訓,集水場集水效果觀摩,旱地龍使用效果觀摩;二是種植對比作物,進行效益對比。三是培養(yǎng)土專家,留下一支永不離開的技術隊伍。

4.2 建立技術輔導站

建立縣、鄉(xiāng)、村三級技術輔導站,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、集水場及水窖建設、窖灌設備設施使用管理等技術,實施全方位的指導和服務,解決生產(chǎn)實際中的具體問題,免除農(nóng)民的后顧之憂。

4.3 示范引導

對水窖、集水場、噴灌、滴灌等設施管理的好,作物種植結構調(diào)整明顯的農(nóng)戶進行重點扶持,通過典型戶的培育,引導廣大群眾發(fā)展集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè),增加農(nóng)民收入。

5 結 論

通過分析,集雨節(jié)灌工程雖然單位面積投資較高,但其日常管理費用較低,各種集雨節(jié)灌模式工程投資效益費用比都大于1.2,具有較顯著的經(jīng)濟效益。雨水積蓄利用技術可以有效緩解缺水地區(qū)水資源短缺的問題,并且經(jīng)濟上可行,具有較大的開發(fā)潛力。建設集雨節(jié)灌工程是解決彭陽縣乃至干旱山區(qū)分散居住群眾生產(chǎn)用水的根本措施,要提高集雨節(jié)灌工程效益,關鍵是引導群眾種植具有較高經(jīng)濟價值和地方特色的優(yōu)勢作物。集雨節(jié)灌技術在干旱地區(qū)具有廣闊的發(fā)展前景,是當?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要技術支撐,蓄積雨水、發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)在干旱地區(qū)具有重大的戰(zhàn)略和社會經(jīng)濟意義。

[1]吳普特主編.中國西北地區(qū)水資源開發(fā)戰(zhàn)略與利用技術[M].北京:中國水利水電出版社,2001:280-288,311-315.

[2]侯燕軍,陳軍鋒,鄭秀清.雨水集蓄利用技術——水窖在秦安縣的應用與發(fā)展[J].太原理工大學學報,2006,37(1),77-79.

[3]張仕華,朱德蘭,高建恩,等.混凝土薄殼球形水窖結構的優(yōu)化設計[J].西北農(nóng)林科技大學學報,2009,37(9):214-218.

[4]劉學軍.寧南山區(qū)集雨節(jié)灌工程效益分析[J].寧夏農(nóng)林科技,2003,(6):57-59.

[5]趙文君,等.不同材質(zhì)水窖貯存雨水水質(zhì)變化特征[J].水土保持學報,2010,24(1):20-23,44.

[6]張國珍,高建恩,許秀泉,等.黃土塬地區(qū)集雨窖水水源地優(yōu)選[J].生態(tài)學雜志,2010,29(4):752-753.

[7]吳普特,黃占斌.人工匯集雨水利用技術研究[M].鄭州:黃河水利出版社,2002:127-135.