張宏凱 范艷妮

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 呼和浩特 010050

1.引言

在內(nèi)蒙古牧區(qū)，由于草場的土地厚度較低，蓄水能力一般，所以草原牧民往往是在暴雨季節(jié)主要工作是防洪，暴雨過后，卻又因為缺少水源而到處挖井。不僅破壞草場，而且也不能很好地利用雨水，所以對于牧區(qū)而言，能夠收集并且利用雨水，能過很好的緩解牧民對水的需求，而且能夠很好地保護(hù)草原生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于牧區(qū)的發(fā)展。

2.必要性

（1）氣候

內(nèi)蒙古牧區(qū)位于非季風(fēng)區(qū)，年降水量均在400mm以下，屬于溫帶草原氣候。這種氣候具有明顯的大陸性，冬冷夏熱，氣溫年較差較大，最熱月平均氣溫在20℃以上，最冷月平均氣溫在-10℃以下。年平均降水量為200mm～450mm，集中在夏季，干燥程度不如沙漠氣候。

根據(jù)香港天文臺氣象資料顯示，選用了二連浩特的氣候資料，如下表：

表1 二連浩特氣候資料，香港天文臺表格

二連氣象站位于北緯43.7度，東經(jīng)112.0度，海拔965米。從表格可以看出，看出內(nèi)蒙古的降雨日數(shù)及降雨量主要分布在6、7、8月份。而且降雨量遠(yuǎn)小于全球陸面平均的834mm，也小于亞洲陸面平均的740mm。由此可以得出內(nèi)蒙古屬于溫帶干旱區(qū)，水資源缺乏一直是內(nèi)蒙古一大難題。

牧區(qū)近些年對交通、住宿等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行環(huán)境改善的同時，用水量和需水量急劇增加，造成了牧區(qū)水資源匱乏，水資源供需矛盾凸現(xiàn)成為牧區(qū)急需解決的問題。我們迫切需要尋找新的水源，而加大對雨水資源的利用成為主要途徑。

地理環(huán)境再加上沒有合理的規(guī)劃，使得整個牧區(qū)對雨水的回收利用仍處于初級階段。在持續(xù)干旱的地區(qū)，如果下起暴雨，土壤將不會吸收水分，因此發(fā)生洪災(zāi)的可能性較大。

（2）水質(zhì)

以內(nèi)蒙古牧區(qū)為例，69.1%的地區(qū)都沒有地表水資源，因此必須使用地下水，但是由于地下水水質(zhì)比較硬，所以并不是很適合直接飲用。內(nèi)蒙古自治區(qū)面積約118.3萬平方公里，其地下水分布受氣候的影響，明顯有由東向西、由南向北減少的分帶性。內(nèi)蒙古自治區(qū)多年降水量從東部的鄂倫春自治旗一帶486毫米向西至額濟(jì)納旗減至37毫米，蒸發(fā)量相應(yīng)由1，000毫米增至3，000毫米以上。從東到西跨越半濕潤、半干旱、干旱三個氣候帶。在自然景觀上從森林草原向典型草原、荒漠草原、荒漠過渡。地下水沿此方向逐漸減少，含水層逐漸變薄，地下水資源逐漸貧乏。干旱、半干旱地下水水質(zhì)特征逐漸明顯，如大陸鹽化逐漸加重，地下水中CL、SO4、Na離子與F、NO2含量逐漸增加，水質(zhì)逐漸變壞等。

內(nèi)蒙古自治區(qū)地下水主要靠降水入滲補給。雨水流失現(xiàn)象在內(nèi)蒙古全境都普遍存在，而且近些年出現(xiàn)了更加嚴(yán)重化的趨勢。在牧場周圍，由于近年來草場退化，草場沙漠化的不斷加大，不僅雨水流失，而且也伴隨著大面積的水土流失。內(nèi)蒙古雖然多數(shù)地區(qū)缺水，但雨水卻大都未經(jīng)利用就白白排放，這暴露了我們在牧區(qū)規(guī)劃，市政建設(shè)理念和牧區(qū)管理方面的巨大失誤。

3.可行性

（1）技術(shù)可行性

水的回收利用技術(shù)經(jīng)過幾十年的國內(nèi)外研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，并大面積的投入使用，回收的方式也根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件各有不同。雨水的凈化過程包括化學(xué)、物理、生物等，都已經(jīng)發(fā)展得較為完善；并且水回收利用從技術(shù)上而言已經(jīng)不存在障礙，關(guān)鍵是如何大范圍的投入使用，并在牧區(qū)的層面進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計，在大環(huán)境中取得更好的效益。

（2）經(jīng)濟(jì)可行性

雨水蓄水池和分散的滲漏系統(tǒng)還可以降低牧區(qū)洪水壓力。與其他類型的供水方式相比，結(jié)合國際國內(nèi)相關(guān)建設(shè)經(jīng)驗，在工程的投入上，雨水回用工程投資費用是人畜飲水工程的1/5～1/2，是跨流域調(diào)水工程的1/8～1/6，是污水處理回用的1/10～1/6；在工程運行期間的花費和的后期維護(hù)費用上，雨水回用工程也是最小的。

綜上所述，雨水作為重要的淡水資源，得到了全世界各國廣泛的關(guān)注。同時也說明了雨水回收利用是很有必要的。隨著各個國家一些關(guān)于雨水回收的政策和法律的不斷出臺，使得雨水回收利用在國家層面得到了有力的保證，而且實踐證明，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上也具有很大的可行性。

4.牧區(qū)雨水回收利用措施及效益

（1）回收利用措施

雨水利用就手段來說包括直接利用和間接利用兩部分，直接利用是雨水集蓄凈化回用，間接利用是雨水滲透補充地下水。直接利用和間接利用的相輔相成就是所謂的雨水綜合利用。本文提出的系統(tǒng)為綜合利用。

在雨水資源管理與政策及宣傳方面做到以下幾點：

①建立雨水監(jiān)控系統(tǒng)：建立關(guān)于雨水資源和雨水質(zhì)量方面的監(jiān)督研究網(wǎng)絡(luò)，使得對雨水的監(jiān)控更加有效，并為人們提供發(fā)放更多的可靠消息。

②制定法律及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)蒙古政府通過了符合人的健康標(biāo)準(zhǔn)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，并提出對環(huán)境有益的雨水供應(yīng)方案。

③加大宣傳和教育范圍：雨水相關(guān)部門單位要政府部門提出對全體人民進(jìn)行保護(hù)水資源的教育方案，來提高保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識。

（2）雨水集收利用系統(tǒng)的設(shè)計

雨水收集系統(tǒng)流程圖

圖1 雨水收集系統(tǒng)流程圖

這項雨水利用系統(tǒng)主要分為三部分即雨水的收集、處理和供應(yīng)。從雨水的最初收集，到截污，再到儲存、過濾、滲透、提升，最后再到回用、控制都已經(jīng)發(fā)展出了一整套的完整的產(chǎn)品及組裝式成套設(shè)備。以單個蒙古包作為研究對象，通過收集雨水到計算出可回收利用的雨水量。

①雨水收集

對象主要為蒙古包的屋面雨水、蒙古包周圍草原表面雨水以及牲畜飲水槽的雨水，經(jīng)過過濾、消毒等使雨水達(dá)到能夠再次利用的標(biāo)準(zhǔn)，再利用自控水泵將清水池內(nèi)的水輸送至蒙古包內(nèi)衛(wèi)生間，牲畜飲水槽等。

七八月為雨水豐沛的季節(jié)，雨水量不僅能滿足當(dāng)月的各項雜用水量，還能通過蓄積，滿足少雨月份的雜用水，足見牧區(qū)雨水利用的重要性。

②雨水凈化

生活用水和雨水應(yīng)設(shè)置不同的收集管道和凈化系統(tǒng)。凈化池設(shè)置回水口使水形成回流，同時要盡可能地避免死水區(qū)?；厮谠O(shè)置清理隔柵，水池底適當(dāng)鋪設(shè)鵝卵石，增加流水感。

通過以上措施減輕處理系統(tǒng)的污染物負(fù)荷。同時在蓄水池邊設(shè)置溢流口，避免造成暴雨期間雨水的漫溢。還有一種措施就是使用屋頂滯流，也就是在屋頂設(shè)置攔截雨水裝置，直接將雨水阻擋在屋頂，以此來削減洪峰流量以及徑流總量。屋頂滯流，首先是對屋頂做嚴(yán)格的防滲處理，之后，將周圍屋頂?shù)挠晁占芘c其相連通，當(dāng)雨水匯集并蓄留在屋頂上時，通過流量控制閥控制排水的流量。

收集到的雨水輸送到泵站，經(jīng)破碎機處理和格柵過濾器的初次過濾到達(dá)帶有水量感應(yīng)器的水箱。水箱中的水經(jīng)均勻分布的設(shè)備送入初沉池，在此，粘土與水分離沉降。除去粘土的水經(jīng)水分配設(shè)備輸至化學(xué)濾池，再次過濾后運至第二沉池，二次沉降后的水存放于淡水箱，此時可將水經(jīng)由氯化設(shè)備消毒殺菌處理并運送，以供給生活用水。

③雨水的輸送供應(yīng)

雨水在輸送過程中，需要精確地控制和監(jiān)測雨水的速度、容量、頻率，這樣就使得雨水的分配使用更加合理，更加高效。

（3）牧區(qū)的雨水回收量及效益

①水回收利用的水量估算

通過收集儲存充沛的雨水資源，還可以補充干旱季節(jié)的雨水供給，進(jìn)而可以平衡全年的雨水利用。根據(jù)蒙古包的特點、周圍牲畜圍欄及雨水回收利用系統(tǒng)的特點和要求，在區(qū)域內(nèi)設(shè)計一座雨水收集裝置，雨水除污凈化等一系列設(shè)備則放置在蒙古包一側(cè)。該典型蒙古包占地面積為50㎡，周圍可利用進(jìn)行雨水收集的草場占地1，000㎡，牲畜飲水槽（水槽通往雨水收集裝置）面積為20㎡。

a.根據(jù)雨水設(shè)計徑流總量公式計算：

W=10ψchyF

式中：W—雨水設(shè)計徑流總量（m3）；

ψc—雨量徑流系數(shù)；

hy—設(shè)計降雨厚度（mm），取400mm；（按內(nèi)蒙古1961～1990年資料年平均得到）；

F—計算匯水面積（㎡）；

表2 雨水徑流量

由此可得：該獨立蒙古包的雨水徑流總量為2，652m3。

b.可回用雨水總量：

根據(jù)《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》（GBT50596-2010）中條規(guī)定雨水可回用雨水量公式計算：

則得到該單戶蒙古包區(qū)域內(nèi)雨水回用收集面的收集雨水量為：2，254 t/y。

②內(nèi)蒙古雨水回收效益

a.社會效益

通過牧區(qū)雨水的利用，避減了洪澇災(zāi)害，增加了牧區(qū)供水。在改善水生態(tài)，營造親水、節(jié)水的牧區(qū)環(huán)境的同時，也讓人們提高了認(rèn)識，形成了鼓勵用戶利用雨水的機制。使人們對雨水利用效益有了全面的認(rèn)識，并認(rèn)識到牧區(qū)雨水系統(tǒng)不僅保證了牧區(qū)的防洪安全，還具有改善生態(tài)環(huán)境等方面的效益。

b.生態(tài)效益

本文提出的雨水利用產(chǎn)生的生態(tài)效益包括兩方面：一方面增加了牧區(qū)的水資源承載力，大大緩解了牧區(qū)的缺水局面，增加了牧區(qū)的生態(tài)用水；另一方面雨水或者進(jìn)入自然環(huán)境，產(chǎn)生滲透補充地下水，或者進(jìn)入人工環(huán)境，通過循環(huán)利用，補充地下水源。

5.結(jié)論

本文通過研究單個蒙古包的雨水利用系統(tǒng)，結(jié)合中國牧區(qū)洪澇災(zāi)害和水資源供需現(xiàn)狀，從而對內(nèi)蒙古的雨水資源化利用的可行性做定性和定量的分析，最后提出有針對性的單個蒙古包的雨水收集、處理和利用方案，在一定深度上分析和論證了內(nèi)蒙古雨水資源化利用的可行性。本文的主要結(jié)論如下：

（1）經(jīng)計算得單戶蒙古包牧民的雨水利用量為2，652 t/y；

（2）內(nèi)蒙古雨水資源化利用具有較大的可行性。內(nèi)蒙古年平均降雨日數(shù)達(dá)123d，雨水可利用周期長，雨量大；

（3）產(chǎn)業(yè)前景良好，在加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)就業(yè)、加快牧區(qū)化建設(shè)方面具有積極作用。

[1]香港天文臺,2015.

[2]陳玉恒.雨洪利用是城市解決水問題的必然選擇[J].南水北調(diào)與水利科技,2002,(05).

[3]宋磊,建筑中水安全利用研究[D],北京:清華大學(xué),2009.

[4]中華人民共和國水利部,《雨水集蓄利用工程技術(shù)規(guī)范》(GBT50596-2010).2010.