劉述麗,陳 瑾

(浙江同濟科技職業(yè)學院,浙江 杭州 311231)

1 浙江省水資源狀況及雨水資源利用的可行性

浙江省位于我國東南沿海,海洋帶來充沛的水汽,空氣濕潤,雨量充沛,屬于豐水地區(qū)。所以,對許多人來說,并沒有深刻認識到水資源短缺對浙江經濟社會發(fā)展的制約作用。隨著浙江省工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展,水資源對經濟發(fā)展的瓶頸作用日益明顯。據水利部門測算,浙江省多年平均水資源總量937億m3,單位面積水資源量較高,僅次于廣東、臺灣、福建省,居全國第4位,達全國平均數的3倍。但是,人均水資源占有量只有約2 010m3,低于全國平均水平。水資源的時空分布很不均勻,雨旱季節(jié)性明顯,且多以暴雨形式出現,影響地表徑流的利用率,60%左右的水以洪水形式流入大海。另外,水資源的地區(qū)分布與人口、耕地和經濟布局也不相匹配,人口稠密的平原與濱海地區(qū)水資源短缺較為突出[1]。2003年發(fā)生的嚴重干旱,區(qū)域性缺水矛盾更加突出,一些地區(qū)甚至出現了人畜飲水困難。于此同時,浙江省城市用水、工業(yè)用水、服務業(yè)用水、生態(tài)用水已經進入一個快速增長期,水資源制約將顯現化、長期化。水資源有限性與需求增長的矛盾,將是今后相當長時期內浙江經濟社會發(fā)展的制約因素。解決的措施除了計劃用水、全面節(jié)流、加強管理外,開源節(jié)流、科學調蓄、充分利用降雨,是緩解浙江水資源緊缺問題和防洪減災的重要舉措。

從浙江省雨水資源的時空分布上看,由于受季風氣候影響,降水主要集中在春夏之交的 “梅雨季”和夏秋之交的“臺風季”,特別是梅雨季節(jié)降水范圍廣,持續(xù)時間久,臺風降雨強度大,降水資源相對充沛[1]。全省多年平均降雨量為1 403.1 mm,濕度為76%左右。從雨水資源上來看,全省完全可以發(fā)展雨水集蓄利用技術。

2 集雨節(jié)灌對浙江省設施農業(yè)發(fā)展的意義

2.1 浙江省設施農業(yè)現狀分析

設施農業(yè)是采用具有特定結構和性能的設施、工程技術和管理技術,改善或創(chuàng)造局部環(huán)境,為種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及其產品的儲藏保鮮等提供相對可控制的最適宜溫度、濕度、光照度等環(huán)境條件,以期充分利用土壤、氣候和生物潛能,在一定程度上擺脫對自然環(huán)境的依賴而進行有效生產的農業(yè)。按主體不同,設施農業(yè)可以分為2種類型:設施栽培和設施養(yǎng)殖[2]。設施農業(yè)使農作物遠離了自然災害的影響,擺脫了靠天吃飯的局面,是農業(yè)現代化的一個重要標志,近年在浙江等經濟發(fā)達地區(qū)發(fā)展極為迅速。目前,全省設施農業(yè)面積達8.5×104hm2(127.2萬畝),設施農業(yè)總產值達150多億元,平均產值達到8 000元/667 m2以上。在2009年召開的全省設施農業(yè)現場會上,省政府明確了加快浙江省設施農業(yè)發(fā)展的目標任務:到2012年,全省設施大棚栽培面積超過1.2×105hm2(180萬畝),山地竹林設施栽培面積達到6.67×104hm2(100萬畝),噴微灌面積達到6.67×104hm2(100萬畝)。然而設施大棚中雨水資源不能被直接利用,溫室大棚中的用水全靠取水灌溉,而且溫室中的作物具有生長期長、茬數多,需水量大等特點,故多數水源不能滿足花卉、果蔬優(yōu)質高效生產需要,多數常將飲用水用作灌溉。據報道,不同蔬菜在大棚栽培下不同土壤和不同時期的需水量為1.1～15 mm/d,故大棚年耗水量為4 015～54 750 m3/hm2,若以5 mm/d計,則大棚栽培年需水量為18 250 m3/hm2。以年降雨量1 300 mm、雨水收集率85%計算[3],則雨水收集量為11 050 m3/hm2,能在較大程度上滿足灌溉用水,大大節(jié)約水資源。

2.2 集雨節(jié)灌對浙江省設施農業(yè)發(fā)展的意義

集雨節(jié)灌是設施農業(yè)實現持續(xù)優(yōu)質高效的重要途徑。目前,國內僅北京等少數地區(qū)對此有所研究,但研究的深度和廣度較有限,雨水的收集利用主要限制在連棟大棚上,集流面積也以地面硬化或鋪膜集雨為主,方法較傳統(tǒng)。而浙江在這方面的研究尚未見報道,浙江雨水資源較豐富、分布不勻,雨水集蓄效率較高,目前全省已發(fā)展設施農業(yè)面積達8.5×104hm2,其中90%以上為普通大棚,這部分大棚的雨水集蓄和利用幾乎還是空白,故在浙江研究集雨節(jié)灌在設施農業(yè)中的應用意義重大,主要體現在:

(1)集雨節(jié)灌是設施農業(yè)中節(jié)約水資源的有效舉措。設施大棚中雨水資源不能直接利用,作物需水全靠灌溉用水,需水量大。如果對雨水加以集蓄利用,以年降雨量1 300mm、雨水收集率85%[3]計算,則雨水收集量為11 050 m3/hm2,能在較大程度上滿足灌溉用水,大大節(jié)約水資源。

(2)集雨節(jié)灌有利于提高農產品質量,實現設施農業(yè)優(yōu)質高效生產。設施農業(yè)中水的質量及其灌溉方式是影響其優(yōu)質高效的重要因素,多數作物對水質有較高的要求,而普通灌溉用水很難滿足作物的這些要求。如一般的灌溉河水的CE值 (含鹽量)為1.5～3mmho/cm,而鳳梨等優(yōu)質花卉的灌溉水CE值要求在0.1 mmho/cm以下。雨水是十分良好的灌溉用水,不僅CE等各項指標都有利于大多數作物的生長發(fā)育,增進品質和產量,避免水質對作物的污染和影響,實現“綠色”生產。同時,雨水還能滿足微噴、微滴等節(jié)水灌溉對水質的高要求,有利于避免或減輕微灌系統(tǒng)的噴、滴頭堵塞,提高雨水利用率,改善作物灌溉模式。

(3)集雨節(jié)灌有利于優(yōu)化土壤性質,使設施農業(yè)實現持續(xù)高效發(fā)展。設施大棚中長期靠提水或地下水灌溉,土壤性質極易惡化,尤其在土壤鹽堿性較重的平原或海涂地區(qū),返鹽現象普遍存在。利用雨水灌溉,特別是采用微噴或微滴等節(jié)水灌溉方式,有利于降低土壤鹽份,減少土壤污染,特別是減輕亞硝酸鹽、重金屬等有毒有害物質的污染或積累,優(yōu)化土壤性質,有利于促進作物的良好生長,提高農產品品質和產量,保持生態(tài)良好循環(huán),有利于設施農業(yè)這一現代農業(yè)實現優(yōu)質高效,可持續(xù)發(fā)展。

(4)集雨節(jié)灌有利于排澇減洪、保持水土及其生態(tài)環(huán)境良好。浙江雨量較多,時空分布不均,尤其是在 “臺風季”,降雨強度大,沖刷力強,由于大棚內不能直接吸收利用天然雨水,使得周圍地表徑流加大,土壤和養(yǎng)分沖刷加劇,水土流失嚴重。如果棚面雨水能有效收集貯存起來,不僅能減輕防洪排澇的壓力,還可減少水土流失,保持良好的生態(tài)環(huán)境。

3 設施農業(yè)的雨水集蓄利用系統(tǒng)

3.1 雨水集蓄利用系統(tǒng)組成

設施農業(yè)的集雨系統(tǒng)主要包括集流系統(tǒng)、輸水系統(tǒng)、儲水系統(tǒng)及其它附屬工程幾部分。降落在集流面上的雨水,經過集流系統(tǒng)匯集在輸水溝(管)中,經凈化過濾裝置后儲存在儲水池中,收集的雨水最后通過水泵、管道和原有灌溉首部連接,進入原灌溉管網,進行作物補灌。

(1)集流系統(tǒng)。集流系統(tǒng)主要包括集流面和集雨管。集流面主要為大棚棚面。集雨管包括棚頂集雨管和垂直集水管。棚頂集雨管可以利用半圓形或梯形水槽,安裝在大棚兩側的棚檐處,和大棚鋼架構成一個整體,只是集雨管長度要略大于棚檐長度,以便在外伸端處留孔,孔口承接豎直集水管。

(2)輸水系統(tǒng)。雨水傳輸系統(tǒng)的作用是通過雨水管(溝)把雨水傳輸到凈化過濾系統(tǒng),然后進入儲水系統(tǒng)。輸水管 (溝)和集流系統(tǒng)中的豎直集水管相連。溝 (管)網斷面尺寸一般為:寬30 cm,高50 cm,坡降0.5～1.0左右。

(3)儲水系統(tǒng)。儲水系統(tǒng)是雨水利用系統(tǒng)的主要構筑物,是實現雨水有效收集利用的重要保證。它不僅起到棚面雨水收集的作用,同時也起到調節(jié)、沉降作用。該研究設計了一種三分式儲水池,這種儲水池直接與過濾凈化裝置相連,凈化吸附材料依次為粗砂、礫石、活化粉煤灰。經凈化后的雨水進入三分式儲水池,這種三分式結構利用儲水池中的隔墻減小雨水流經的流速,使雨水充分沉淀,該套凈化設施的斷面如圖1所示[4]。設計從簡便、經濟的角度出發(fā),儲水池一般很淺,在若干個用水周期結束后,可以采用人工方法進行清污處理,以便保證儲水池的潔凈性。

圖1 雨水儲水系統(tǒng)構成圖

3.2 雨水集蓄利用系統(tǒng)成本核算及效益分析

設施農業(yè)雨水集蓄利用工程的投資概算主要包括:棚頂集雨管、豎直落水管、輸水管溝、儲水池及儲水池所配備的雨水過濾凈化裝置。目前還沒有明確的雨水集蓄利用工程規(guī)范,故參考 《浙江省建筑工程概算定額》,估算雨水利用工程的基建投資總額為3.75萬元/hm2。

設施農業(yè)雨水集蓄利用項目本身具有直接的經濟效益。雨水集蓄利用工程不僅可大大節(jié)省原有灌溉設施的建設、運行和維修費用,另外,還可直接節(jié)省水資源及灌溉用水成本費用。據資料顯示,目前農田灌溉用水價不到成本價格的1/3,按照灌溉水成本均價0.4元/m3、每年收集雨水量11 050 m3/hm2計算,可節(jié)約4 500元/hm2灌溉水價。僅考慮該兩方面,集雨設施建設成本就可在3～5 a內收回。

設施農業(yè)雨水集蓄利用項目本身除具有直接的經濟效益外,更重要的,還具有長遠的生態(tài)及社會效益。雨水集蓄利用不僅可防治強降雨造成的水土流失,節(jié)約水資源,還可在一定程度上緩解水資源日益短缺的局面,通過涵養(yǎng)地下水資源保護水生態(tài)環(huán)境,對節(jié)水型及生態(tài)型社會的建設起到一定的促進作用。

4 設施農業(yè)中雨水集蓄利用技術要點

設施農業(yè)雨水集蓄利用需要注意如下問題。

(1)集雨管、輸水管 (溝)、沉沙池、儲水池結構設計要根據當地降雨資料和作物灌溉制度確定,力求經濟合理。通過對全年雨水集蓄量和不同季節(jié)的灌溉量,應提出適合浙江的貯水池容積與集雨面積的比值,以最大程度地集蓄雨水并節(jié)約成本。

(2)雨水水質處理技術及效果需進一步進行試驗,凈化后的雨水水質要適于作物灌溉。

(3)雨水利用應和原有灌溉首部和管網有機結合,集雨溝和排水溝有機結合,以降低投資。

5 結 語

設施農業(yè)通過雨水集蓄利用技術可有效地使作物喝上天上水,在一定程度上緩解了浙江省地下水資源不足和水資源需求不斷增高的矛盾,特別是對地下水缺乏、設施農業(yè)生產相對集中的地區(qū),有著重要的意義。

在設施農業(yè)雨水集蓄利用研究中,使雨洪水利用形成一個完整的系統(tǒng),是一種產生多種效益的有效措施,具有明顯的經濟、社會及生態(tài)環(huán)境效益。

[1]ZHANG Jin-ru(張金如).Discussion on sustainable development for water resources in Zhejiang Province[M]//朱琰 (ZHU Yan).Water and DevelopmentⅡ (水與發(fā)展Ⅱ).北京:地質出版社,2004:9-17.

[2]毛罕平.設施農業(yè)的現狀與發(fā)展[J].農業(yè)裝備技術,2007,33(5):4-9.

[3]袁巧霞,蔡月秋.濕潤地區(qū)溫室集雨系統(tǒng)集雨效果的研究[J].節(jié)水灌溉,2008(6):19-20.

[4]劉述麗.城市雨水利用工程技術研究[J].河南水利與南水北調,2008(3):8-10.