摘要：人工匯集雨水利用技術研究為“九五”國家科技攻關項目“節水農業技術研究與示范”項目的專題之一，主要研究利用雨水發展干旱半干旱地區農業，通過雨水匯集、存貯和高效利用，促進當地農業生產。主要取得的進展為：確立了試驗區，并對試驗區所在縣進行雨水集流發展動態仿真預測，提出了集流場規劃設計指南，研究了存貯雨水的水窖優化結構及其配套的防滲、凈化和提水技術，確定了作物的適宜節灌方法以及相應的農業綜合技術措施，建立了試驗示范區。

關鍵詞：人工匯集雨水 節水農業 旱半干旱地區 水窖 農業綜合技術

甘肅省１９８８年率先在我國開展雨水集蓄利用技術研究。研究目標主要是為了解決農村飲水問題，同時，兼顧庭院經濟的發展。該項研究較為成功地解決了當地缺水地區的農村飲水問題，并于１９９２年完成了階段總結報告，總結報告中還對利用雨水發展農業的可行性做了一些分析。 在上述基礎上，“九五”國家科技攻關項目“節水農業技術研究與示范”專門設立了“人工匯集雨水利用技術研究”專題，將其研究范疇定位在利用雨水發展干旱半干旱地區農業，即通過雨水的匯集、存貯和高效利用，促進當地農業生產。依據上述思想，本專題設立雨水匯集方式與配套技術研究、雨水存貯與凈化技術研究和匯集雨水的高效利用技術研究三個子專題。 幾年來，本專題主要以甘肅省定西縣為研究基地，通過野外調研、室內試驗、野外定點觀測、試驗示范及大量的綜合分析等工作，取得以下主要進展。 一、調研確立試驗區，并對試驗區所在縣進行雨水集流發展動態仿真預測 基于甘肅省開展雨水集蓄利用技術研究工作較早的現實，專題首先對甘肅省集雨節灌工程的現狀進行了調研。結果表明，除去投資與管理因素外，雨水匯集利用技術存在的主要問題為工程系統性差、缺乏科學規劃設計；集流場形式單一，對沉沙、過濾設施重視不夠，灌溉制度研究較為薄弱；同時，坡耕地集雨技術還是空白等。 針對上述情況，我們選擇在半干旱地區代表性強，當地政府、群眾積極性相對較高的甘肅省定西縣作為主要研究區域。利用系統動力學原理，首先建立了定西縣雨水利用發展動態仿真模型。選擇了三種方案分析計算，即：①充分利用現有的柏油路面等集流面，加速發展庭院及地邊的混凝土面集流，以滿足農村飲水為主，適當發展節水補充灌溉；②充分利用柏油路面和沙石路面，加快發展庭院集流面和田間人工集流面，在滿足農村飲水的同時，發展節水補灌為主；③在充分利用現有公路面、庭院集流面的基礎上，近期加快庭院集流面建設，后期則大力發展人工集流面，集流以農灌為主。結合實際，對定西縣發展雨水利用提出建議：水窖與集流面建設同步發展，提高水窖利用率；集流工程建設應持續發展，保持適度規模；合理規劃布局水窖與集流面、集水與高效利用相結合；加強新型集流材料和窖灌設備的研制推廣，促進雨水集流持續發展。 二、開展雨水匯集工程的基本參數、集流場地表處理技術研究，提出集流場規劃設計指南 首先分析了研究區降雨參數。通過對該地１９５８～１９９６年降雨資料分析，發現次降雨量＜５ｍｍ的降雨基本上不產流或產流甚少。為此，提出雨水匯集工程參數研究過程中，應重點分析日降雨量≥５ｍｍ的降雨。通過系統分析，提出可按５年一遇最大６０日≥５ｍｍ降雨量作為設計集雨水窖的標準，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，通過野外定點觀測試驗，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、效率進行了分析研究。野外試驗共布設９個小區，截至１９９９年底已獲得２８８場次資料，經初步分析，認為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的函數關系式。據分析，塑膜集流效率高達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高達１８～３０元。 通過上述工作，提出了集雨場規劃設計指南。該指南重點論述了規劃設計的任務、方法、步驟，并給出了典型集雨工程的設計實例和經濟分析。 三、研究存貯雨水的水窖優化結構及其配套的防滲、凈化和提水技術 首先，通過野外調研、總結分析以及力學結構計算，提出應大力推廣應用的三種水窖形式，即混凝土球形水窖、混凝土薄殼圓柱形水窖及紅膠泥水窖，并給出了定型設計圖紙，以及相應的施工方法與技術。同時，根據不同作物、不同降雨保證率下的需水量和集水量，確定出蓄水設施的容積。經計算，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，即采用１５混凝土，抗滲標號選取Ｓ４，抗凍指標選取Ｄ５０的＃４２５以上的水泥等建材，抹面時摻入２％～５％（指占水泥重量）的防滲劑，且窖體設在地面８０ｃｍ以下。 為確保水窖水質，采取了沉沙與過濾方法，給出了上述設施的定型設計方法，并進行現場觀測。水窖水質經分析表明，混凝土窖水的ｐＨ值偏高，高達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，利用市場現有的小型汽油機泵，采用軟軸連接技術，使其吸程增加４～８ｍ，其揚程為３６～４２ｍ，該機可配４～７組Ｆ－４系列或ＳＷ２００系列噴頭，實施噴灌作業。