摘要：人工匯集雨水利用技術(shù)研究為“九五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目“節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目的專題之一，主要研究利用雨水發(fā)展干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)，通過雨水匯集、存貯和高效利用，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。主要取得的進(jìn)展為：確立了試驗(yàn)區(qū)，并對試驗(yàn)區(qū)所在縣進(jìn)行雨水集流發(fā)展動態(tài)仿真預(yù)測，提出了集流場規(guī)劃設(shè)計(jì)指南，研究了存貯雨水的水窖優(yōu)化結(jié)構(gòu)及其配套的防滲、凈化和提水技術(shù)，確定了作物的適宜節(jié)灌方法以及相應(yīng)的農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)措施，建立了試驗(yàn)示范區(qū)。

關(guān)鍵詞：人工匯集雨水 節(jié)水農(nóng)業(yè) 旱半干旱地區(qū) 水窖 農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)

甘肅?。保梗福改曷氏仍谖覈_展雨水集蓄利用技術(shù)研究。研究目標(biāo)主要是為了解決農(nóng)村飲水問題，同時(shí)，兼顧庭院經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。該項(xiàng)研究較為成功地解決了當(dāng)?shù)厝彼貐^(qū)的農(nóng)村飲水問題，并于１９９２年完成了階段總結(jié)報(bào)告，總結(jié)報(bào)告中還對利用雨水發(fā)展農(nóng)業(yè)的可行性做了一些分析。 在上述基礎(chǔ)上，“九五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目“節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究與示范”專門設(shè)立了“人工匯集雨水利用技術(shù)研究”專題，將其研究范疇定位在利用雨水發(fā)展干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)，即通過雨水的匯集、存貯和高效利用，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。依據(jù)上述思想，本專題設(shè)立雨水匯集方式與配套技術(shù)研究、雨水存貯與凈化技術(shù)研究和匯集雨水的高效利用技術(shù)研究三個子專題。 幾年來，本專題主要以甘肅省定西縣為研究基地，通過野外調(diào)研、室內(nèi)試驗(yàn)、野外定點(diǎn)觀測、試驗(yàn)示范及大量的綜合分析等工作，取得以下主要進(jìn)展。 一、調(diào)研確立試驗(yàn)區(qū)，并對試驗(yàn)區(qū)所在縣進(jìn)行雨水集流發(fā)展動態(tài)仿真預(yù)測 基于甘肅省開展雨水集蓄利用技術(shù)研究工作較早的現(xiàn)實(shí)，專題首先對甘肅省集雨節(jié)灌工程的現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研。結(jié)果表明，除去投資與管理因素外，雨水匯集利用技術(shù)存在的主要問題為工程系統(tǒng)性差、缺乏科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)；集流場形式單一，對沉沙、過濾設(shè)施重視不夠，灌溉制度研究較為薄弱；同時(shí)，坡耕地集雨技術(shù)還是空白等。 針對上述情況，我們選擇在半干旱地區(qū)代表性強(qiáng)，當(dāng)?shù)卣?、群眾積極性相對較高的甘肅省定西縣作為主要研究區(qū)域。利用系統(tǒng)動力學(xué)原理，首先建立了定西縣雨水利用發(fā)展動態(tài)仿真模型。選擇了三種方案分析計(jì)算，即：①充分利用現(xiàn)有的柏油路面等集流面，加速發(fā)展庭院及地邊的混凝土面集流，以滿足農(nóng)村飲水為主，適當(dāng)發(fā)展節(jié)水補(bǔ)充灌溉；②充分利用柏油路面和沙石路面，加快發(fā)展庭院集流面和田間人工集流面，在滿足農(nóng)村飲水的同時(shí)，發(fā)展節(jié)水補(bǔ)灌為主；③在充分利用現(xiàn)有公路面、庭院集流面的基礎(chǔ)上，近期加快庭院集流面建設(shè)，后期則大力發(fā)展人工集流面，集流以農(nóng)灌為主。結(jié)合實(shí)際，對定西縣發(fā)展雨水利用提出建議：水窖與集流面建設(shè)同步發(fā)展，提高水窖利用率；集流工程建設(shè)應(yīng)持續(xù)發(fā)展，保持適度規(guī)模；合理規(guī)劃布局水窖與集流面、集水與高效利用相結(jié)合；加強(qiáng)新型集流材料和窖灌設(shè)備的研制推廣，促進(jìn)雨水集流持續(xù)發(fā)展。 二、開展雨水匯集工程的基本參數(shù)、集流場地表處理技術(shù)研究，提出集流場規(guī)劃設(shè)計(jì)指南 首先分析了研究區(qū)降雨參數(shù)。通過對該地１９５８～１９９６年降雨資料分析，發(fā)現(xiàn)次降雨量＜５ｍｍ的降雨基本上不產(chǎn)流或產(chǎn)流甚少。為此，提出雨水匯集工程參數(shù)研究過程中，應(yīng)重點(diǎn)分析日降雨量≥５ｍｍ的降雨。通過系統(tǒng)分析，提出可按５年一遇最大６０日≥５ｍｍ降雨量作為設(shè)計(jì)集雨水窖的標(biāo)準(zhǔn)，該降雨量略大于同頻率≥５ｍｍ降雨量的５０％。若以３０ｍ３作為水窖容積，對于混凝土集水面、塑料薄膜集水面等，則可容納約１４０ｍ２集水面的水量。 其次，通過野外定點(diǎn)觀測試驗(yàn)，分別對ＨＥＣ（與土混合比例１∶６、１∶８、１∶１０）、水泥土、沙蘭特油氈、混凝土、塑膜、玻璃絲油氈等６種材料的集流特征、效率進(jìn)行了分析研究。野外試驗(yàn)共布設(shè)９個小區(qū)，截至１９９９年底已獲得２８８場次資料，經(jīng)初步分析，認(rèn)為ＰＩ３０是影響該地降雨集流的主要影響因子，并建立了集流效率Ｅ與ＰＩ３０的函數(shù)關(guān)系式。據(jù)分析，塑膜集流效率高達(dá)８０％以上；同等條件下，瀝青玻璃絲油氈集流效率比塑膜高１５％，ＨＥＣ比水泥土高８０％左右。為此，我們推薦ＨＥＣ、瀝青玻璃絲油氈、塑膜、沙蘭特油氈等４種集流材料，其每平方米造價(jià)分別為３～５元、４元、１元及５５元。而目前常用的混凝土每平方米造價(jià)高達(dá)１８～３０元。 通過上述工作，提出了集雨場規(guī)劃設(shè)計(jì)指南。該指南重點(diǎn)論述了規(guī)劃設(shè)計(jì)的任務(wù)、方法、步驟，并給出了典型集雨工程的設(shè)計(jì)實(shí)例和經(jīng)濟(jì)分析。 三、研究存貯雨水的水窖優(yōu)化結(jié)構(gòu)及其配套的防滲、凈化和提水技術(shù) 首先，通過野外調(diào)研、總結(jié)分析以及力學(xué)結(jié)構(gòu)計(jì)算，提出應(yīng)大力推廣應(yīng)用的三種水窖形式，即混凝土球形水窖、混凝土薄殼圓柱形水窖及紅膠泥水窖，并給出了定型設(shè)計(jì)圖紙，以及相應(yīng)的施工方法與技術(shù)。同時(shí)，根據(jù)不同作物、不同降雨保證率下的需水量和集水量，確定出蓄水設(shè)施的容積。經(jīng)計(jì)算，混凝土球形窖單個容積以２０～４０ｍ３為宜，混凝土薄殼圓柱形窖以４０～６０ｍ３為宜，紅膠泥水窖以１５～４０ｍ３為宜。 其次，提出了水窖防滲抗凍技術(shù)，即采用１５混凝土，抗?jié)B標(biāo)號選?。樱?，抗凍指標(biāo)選?。模担暗模＃矗玻狄陨系乃嗟冉ú?，抹面時(shí)摻入２％～５％（指占水泥重量）的防滲劑，且窖體設(shè)在地面８０ｃｍ以下。 為確保水窖水質(zhì)，采取了沉沙與過濾方法，給出了上述設(shè)施的定型設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行現(xiàn)場觀測。水窖水質(zhì)經(jīng)分析表明，混凝土窖水的ｐＨ值偏高，高達(dá)９７，其主要原因在于水泥中析出ＣａＨＯ）２所致，但４～５年后，ｐＨ均降到７８以下，可滿足灌溉需求。 針對雨水利用特點(diǎn)，利用市場現(xiàn)有的小型汽油機(jī)泵，采用軟軸連接技術(shù)，使其吸程增加４～８ｍ，其揚(yáng)程為３６～４２ｍ，該機(jī)可配４～７組Ｆ－４系列或ＳＷ２００系列噴頭，實(shí)施噴灌作業(yè)。