黃土高原雨水集蓄利用技術(shù)研究

黃土高原雨水集蓄利用技術(shù)研究

1平原雨水收集和儲存技術(shù)的發(fā)展黃土高原雨水收集利用技術(shù)主要包括三種技術(shù)：雨水收集技術(shù)、雨水儲存技術(shù)和雨水高效集合利用技術(shù)。1.1保水技術(shù):水保法是一種為土壤保水劑利用技術(shù)在土壤中的應(yīng)用在環(huán)境保護的水保技術(shù)方案比黃土高原的雨水收集技術(shù)基本上可歸為二類。一類是通過營造田間微型集流面或改進耕作措施,把降水集流并存儲在土壤中,以達到雨水的就地攔蓄入滲,通常采用的技術(shù)有水保工程技術(shù)和水保耕作技術(shù);另一類是采用自然集流面或人工修建的防滲集流面,將雨水收集并儲蓄在儲水工程中(如水窖)供作物灌溉或人畜飲用,也稱人工集流技術(shù)。1.1.1工程處理,減少降雨就地水保工程技術(shù)是通過修筑水平梯田、隔坡梯田、水平溝、魚鱗坑等,對地面進行較大的工程處理,以改變原有的地形特征,使降雨就地集中攔蓄入滲,提高水分利用效率。據(jù)試驗觀測,在黃土高原地區(qū),與坡地相比,水保工程的攔蓄能力,水平梯田為35～100mm/a,隔坡梯田為25～65mm/a,水平溝為15～57mm/a。1.1.2覆土蓋種耕作技術(shù)水保耕作技術(shù)是通過耕作措施的改進,來實現(xiàn)降雨的就地攔蓄入滲,達到收集雨水的目的。常采用的有:①等高耕作技術(shù),是在斜坡沿等高線方向耕種,使坡地形成許多等高犁溝。據(jù)測定,該技術(shù)可攔蓄徑流19.2%～39%。②起壟耕作技術(shù),先在坡地下面沿等高線耕一犁,接著在犁溝內(nèi)施肥播種,再在下面淺犁一道,覆土蓋種,空一犁后,依次重復(fù)進行。據(jù)測定,該技術(shù)可攔蓄徑流71%～98%,減少土壤流失84%～99%。③糧草輪作技術(shù),是在輪歇地上種植豆科牧草,待牧草一個生長周期結(jié)束后,改糧食作物。據(jù)測定,本技術(shù)可減少徑流60.8%,減少土壤流失65%～68%。④帶狀間作技術(shù),在坡耕地上沿等高線耕作,種植時密生作物與疏生作物、高稈作物與低稈作物、農(nóng)作物與牧草成帶狀交互間種。據(jù)測定,該技術(shù)可攔蓄徑流60.5%,減少沖刷65.7%。⑤滲水孔耕作技術(shù),用20cm的孔鉆在坡地上垂直打鉆70cm深的滲水孔,并以滲水孔為園心聚壟二道5cm高的導(dǎo)流埂,形成一個扇形集流面,把雨水徑流集蓄于滲水孔為作物利用。據(jù)測定,該技術(shù)可減少徑流70.51%,減少泥沙84.68%,水分利用效率提高111.885%。⑥蓄水聚肥耕作技術(shù),把陰土上捻,陽土回填,經(jīng)水平深翻后,在溝內(nèi)種植農(nóng)作物,土壟上種植豆科綠肥。據(jù)測定,該技術(shù)可攔蓄徑流88.9%～92.5%,減少土壤流失95.2%～99.8%。1.1.3集雨場面積計算在黃土高原地區(qū),人工集流技術(shù)經(jīng)過近幾年的發(fā)展,已得到了很大完善,形成了一系列有關(guān)集雨場、集水渠、沉淀池、攔污柵和引水管等集雨設(shè)施的科學設(shè)計與施工技術(shù)。(1)集雨場,一般采用自然集雨面如黃土丘陵斜坡、路面、庭院等;若天然集水面不能滿足集水量的要求時,則考慮修建人工防滲集流面。依據(jù)就地取材,提高集流效率和降低工程造價的原則選擇相應(yīng)的集流面材料,常用的有混凝土、水泥瓦、機瓦、青瓦、瀝青、黃土坡面夯實和塑料薄膜等。集雨場面積的大小主要依據(jù)當?shù)赜行Ы邓?集雨面的集水性能,儲水工程的容積,年儲水工程集水次數(shù)等因素確定,可用如下公式進行計算式中:S為集流場面積(m2);V為儲水工程容積(m3);N為儲水工程1年內(nèi)蓄滿水次數(shù)(一般取1～3次);Rp為保證率為P時全年降水量;Ep為保證率為P時的集流面集流效率。(2)集水渠,集水渠是將集雨場中的雨水收集起來,并送至沉淀池的小明渠。依據(jù)地形條件和當?shù)亟?jīng)濟條件,一般可建成V形、矩形的素混凝土渠、機磚或塑料薄膜襯砌的小明渠以及土渠等。(3)沉淀池,沉淀池用于沉降進儲水工程水流中的泥沙容量,一般建于儲水工程進口處2～3m遠的地方,容積為0.8～2.0m3,長寬比例2∶1,其池底和池壁用混凝土或機磚襯砌,集水渠與引水管不正對,以提高泥沙的沉淀效果。(4)攔污柵,攔污柵用于攔截水流中的雜物(如樹葉、雜草等飄浮的和磚石塊等),設(shè)在沉淀池和引水管接口處,用冷拔絲或?6鋼筋焊接,或用鐵皮制作而成。(5)引水暗管,其作用是將沉沙池與儲水工程連道,使沉淀后的水流順利流入儲水工程中。一般采用大于200mm的塑料管、陶瓷管或鋼管。1.2雨水集蓄利用技術(shù)雨水的儲蓄與雨水的收集同為黃土高原地區(qū)雨水集蓄利用的主要技術(shù),是通過修筑水窖、水池、澇池等蓄水工程設(shè)施,把集流面所匯集的徑流攔蓄儲存起來,以備利用。1.2.1控制大規(guī)模利用水窖具有成本低、使用時間長以及操作簡單等特點,在黃土高原地區(qū)尤其是土質(zhì)較好的地區(qū)得到廣泛利用。目前所推廣的水泥薄殼窖,是由傳統(tǒng)的土質(zhì)瓶式窖經(jīng)多次改進、篩選而成,其形態(tài)近似“壇式酒瓶”,容積為40～60m3,防滲處理先采用膠泥防滲,然后用200#混凝土襯砌,厚度為10～15cm,其表面用1∶2水泥沙漿(加適量防水粉)抹面。1.2.2集流面積低洼地水池多修建于黃土高原地區(qū),土質(zhì)條件差,用水量相對稀少,而且有一定集流面積的低洼地。容積為20～300m3,池深不超過3m,多采用地下式或半地下式,形態(tài)有方形或園形,多為開敞式,一般用機磚砌筑或磚混結(jié)構(gòu)砌筑建成,也有用塑料棚膜襯砌建成。1.2.3澇池、塘壩、洪水一般在來水用水量大,人口比較集中,且有適宜的低洼地形及利于筑壩的溝道,修建澇池或塘壩直接攔蓄溝岔、集流坡、路面等含沙量較大的洪水。多為開敞式土質(zhì)結(jié)構(gòu),容積一般為500～2000m3,常作為牲畜飲水、低壓管灌或蓄水窖的水源。1.3采用雨水高效集合技術(shù)雨水高效集約利用技術(shù)主要包括節(jié)水灌溉技術(shù)和節(jié)水農(nóng)藝技術(shù),是黃土高原地區(qū)發(fā)展高新種養(yǎng)業(yè),生產(chǎn)高附加值農(nóng)產(chǎn)品及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的核心技術(shù)。1.3.1灌溉灌溉技術(shù)目前,黃土高原地區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)主要采用低壓管灌、注灌、膜下溝灌和微灌技術(shù)等。①低壓管灌,由于技術(shù)要求不定,操作管理方便,對水質(zhì)要求不嚴,一般以澇池作灌溉水源即可,在黃土高原正發(fā)揮著較大的節(jié)水灌溉示范作用。②注灌,是采用特制的注水器直接向根區(qū)土壤注水(或水肥溶液)的一種灌水方法,主要用于果樹、瓜類、玉米等稀植作物灌關(guān)鍵水。該技術(shù)具有明顯的節(jié)水,抗旱和增產(chǎn)效果,現(xiàn)正在黃土高原地區(qū)進行推廣。③膜下溝灌,是按照作物的種植密度起壟,沿壟縱向中線挖寬15cm、深10cm的灌溉小溝,作物種在灌溉小溝的二側(cè)。灌溉時,將輸水管插入灌溉小溝即可。該技術(shù)現(xiàn)已推廣應(yīng)用于稀植作物如玉米、馬鈴薯等作物的生產(chǎn)。④微灌,該技術(shù)主要包括滴灌、滲灌、微噴灌和涌泉灌4種方式。由于微灌設(shè)備造價高,對水質(zhì)要求高,該技術(shù)在黃土高原地區(qū)僅用于果園和溫室大棚,大面積推廣受到很大影響。1.3.2推廣秸稈覆蓋、高效節(jié)水技術(shù)黃土高原地區(qū)目前所采用的節(jié)水農(nóng)藝技術(shù)主要有:①耕作保墑技術(shù),該技術(shù)不僅可疏松土壤,增大活土層,提高降水入滲速度和入滲量,減少降水徑流損失,而且可提高土壤集蓄降水的能力,減少土壤水分蒸發(fā)。在黃土高原地區(qū),其作為常規(guī)技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用。②覆蓋保墑技術(shù),指在土壤表面覆蓋塑料薄膜、秸稈或其它材料,以抑制土壤蒸發(fā)、減小地表徑流、蓄水保墑、提高地溫,以改善土壤理化性狀,起到節(jié)水增產(chǎn)的效果。地膜覆蓋在玉米、烤煙、蔬菜作物上得到推廣,秸稈覆蓋也開始推廣。③抗旱品種篩選應(yīng)用技術(shù),是根據(jù)黃土高原地區(qū)降水特點,干旱發(fā)生規(guī)律和作物需水特征,因地制宜壓縮易受旱的作物,擴大需水關(guān)鍵期與當?shù)赜隉豳Y源同步的秋熟作物,以建立適應(yīng)型高效種植制度。目前,秋熟作物現(xiàn)已成為黃土高原地區(qū)擴大種植的主要作物。④化學試劑節(jié)水技術(shù),指合理施用保水劑,黃腐酸等化學制劑抑制作物生長發(fā)育中的蒸騰,減少土壤蒸發(fā),促進根系生長,增強根系對土壤水分的利用能力,該技術(shù)在黃土高原地區(qū)尚處于試驗示范階段。⑤有限補充灌溉技術(shù),是指把集蓄到的有限雨水在作物生育期內(nèi)根據(jù)土壤墑情,作物需水規(guī)律進行最優(yōu)分配,最大限度地提高單位耗水量的作物產(chǎn)量和產(chǎn)值。該技術(shù)在黃土高原地區(qū)正處于試驗推廣階段。2平原雨水收集和儲存技術(shù)的現(xiàn)有問題2.1雨水高效集約利用技術(shù)黃土高原地區(qū)雨水集蓄利用的歷史悠久,人們積累了許多成熟的傳統(tǒng)技術(shù),如雨水收集技術(shù)中的水保耕作技術(shù)和水保工作技術(shù),雨水儲蓄技術(shù)中的水窖技術(shù),以及雨水高效集約利用技術(shù)中的部分農(nóng)藝技術(shù)(如耕作保墑技術(shù)和覆蓋保墑技術(shù))等。這些技術(shù)是人們與干旱的長期斗爭實踐中總結(jié)出來的,簡單易行,實用性強,為廣大群眾認可和接受,在黃土高原地區(qū)的雨水集蓄利用中得到廣泛應(yīng)用,但其科技含量低,雨水收集、儲蓄和利用的效率不高,嚴重影響黃土高原地區(qū)雨水集蓄利用的進一步發(fā)展。2.2強化農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)隨著持續(xù)干旱的威脅和發(fā)展高新種養(yǎng)業(yè)的要求,傳統(tǒng)的雨水集蓄利用技術(shù)由于僅被動地接納天然降水,在時間和空間上缺少主動調(diào)節(jié)能力,使其在解決以高降水變率著稱的黃土高原地區(qū)降水與作物需水錯位矛盾顯得無能為力。而一些科技含量高的先進技術(shù)如人工集流技術(shù),高性能防滲蓄水技術(shù),節(jié)水灌溉技術(shù)以及有限灌溉、化學制劑節(jié)水、抗旱品種篩選等農(nóng)藝節(jié)水技術(shù),以其高效的節(jié)水性能雖逐漸為人們所認識和采用。但由于其本身投資大(如移動式滴灌7500元/hm2,固定式15000元/hm2)、次灌水時間較長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作不便等原因,在黃土高原地區(qū)的推廣應(yīng)用受到很大限制,許多先進技術(shù)還處于試驗推廣階段。2.3缺乏系統(tǒng)性的雨水集蓄利用技術(shù)體系雨水集蓄利用技術(shù)作為黃土高原地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新生長點,要推廣應(yīng)用并充分發(fā)揮其整體優(yōu)勢和最大效益,必須加強各種技術(shù)之間的優(yōu)勢互補,形成一個包括雨水收集、儲蓄、節(jié)水灌溉、農(nóng)藝節(jié)水等綜合性、系統(tǒng)化的技術(shù)體系。而黃土高原地區(qū)目前雨水集蓄利用技術(shù)尚缺乏這種有機的內(nèi)在聯(lián)系,尤其傳統(tǒng)技術(shù)和先進技術(shù)依然各成體系,相互間的配套與整合還遠遠不夠。如何將他們因地制宜地融為有機整體,應(yīng)作為加快該地區(qū)雨水集蓄利用技術(shù)進一步發(fā)展的主要工作。2.4傳統(tǒng)技術(shù)的局限性標準和規(guī)范是促進技術(shù)推廣應(yīng)用的重要手段,也是技術(shù)成熟的重要標志。黃土高原地區(qū)雨水集蓄利用技術(shù)中,傳統(tǒng)技術(shù)雖已趨于成熟,但該類技術(shù)缺乏進一步的凝練與提升;先進技術(shù)的發(fā)展隨地區(qū)的不同而有所差別。經(jīng)濟條件較好且較為重視的地區(qū)已進行有關(guān)技術(shù)的推廣,而經(jīng)濟基礎(chǔ)差的地區(qū)還處于試驗、示范階段,這種發(fā)展狀況使用于全面科學指導(dǎo)雨水集蓄利用先進技術(shù)在黃土高原地區(qū)推廣應(yīng)用的地方性標準制定具有很大難度。3平原雨水收集和儲存技術(shù)的具體對策3.1提高群眾對雨水集蓄利用的科學認識群眾思想的轉(zhuǎn)變和觀念的更新對于技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要作用。為此,應(yīng)充分利用廣播、電視、報紙等媒體宣傳有關(guān)雨水集蓄利用的方針政策、前景及典型經(jīng)驗,創(chuàng)造一個較好的外部環(huán)境,以引導(dǎo)群眾深入了解不同雨水集蓄利用技術(shù)的優(yōu)越性、局限性和適應(yīng)性,提高其對雨水集蓄利用的科學認識;同時,還應(yīng)加大有關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)力度,使一些先進的、科技含量高的原理復(fù)雜、不易操作的技術(shù)能及時被群眾所掌握,為雨水集蓄利用技術(shù)的推廣應(yīng)用提供有利條件。3.2限制技術(shù)推廣應(yīng)用的因素黃土高原地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展落后,人民生活貧困,而許多先進的雨水集蓄利用技術(shù)的投資比較大,資金缺乏成為限制該地區(qū)相應(yīng)技術(shù)推廣應(yīng)用的主要因素。為此,要積極拓寬資金的來源渠道,實行“政府投一點,群眾集一點”的方針,除充分利用銀行的小額貸款及省、地、縣相關(guān)政府部門的?？钔?還應(yīng)充分發(fā)揮群眾的積極性,鼓勵他們主動投資這項以群眾受益為主的公益性事業(yè),促進該地區(qū)雨水集蓄利用技術(shù)推廣應(yīng)用的快速發(fā)展。3.3加強雨水青素集蓄利用的科學研究黃土高原地區(qū)雨水集蓄利用技術(shù)及其推廣應(yīng)用目前還處于初級發(fā)展階段,有許多問題如不同作物需水規(guī)律,有限補充灌溉水量的確定,關(guān)鍵灌溉期的選擇,不同類型雨水收集和儲蓄設(shè)施的科學規(guī)劃與設(shè)計,高WUE品種的選育,綜合化、系統(tǒng)化的雨水集蓄利用技術(shù)體系的建