集蓄雨水的利用技術(shù)及雨水利用模式1.1集蓄雨水的利用技術(shù)雨水匯集蓄存，其目的是為了利用。而充分高效、經(jīng)濟(jì)合理的利用雨水是保證雨水集蓄利用技術(shù)體系取得最大效益的關(guān)鍵一環(huán)。1．生活利用雨水利用庭院屋頂收集雨水解決干旱半干旱山區(qū)、滲漏很強(qiáng)的石灰?guī)r山區(qū)、淡水缺乏的島嶼及濱海地區(qū)以及苦咸水和高氟水地區(qū)的人、畜飲水問(wèn)題，是提高這些地區(qū)人們生活質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。甘肅省中東部通過(guò)實(shí)施“121雨水集流工程”，解決了131.07萬(wàn)人，118.7萬(wàn)頭牲畜的飲水問(wèn)題，節(jié)省了從外地拉水的資金，方便了群眾，結(jié)束了原來(lái)那種“不借油借水”的生活。浙江省余姚市由于地表水河道蓄水量少，地下水水質(zhì)差，且污染嚴(yán)重，井水咸、澀、臭。所以，這里居民家家都建有雨水集流設(shè)施。西太平洋的一些火山島上，匯集的雨水占居民淡水用量的80％～90％，中東及非洲一些國(guó)家也用雨水解決人、畜飲水問(wèn)題。目前，我國(guó)解決人、畜飲水問(wèn)題的研究重點(diǎn)應(yīng)放在水質(zhì)的改善、高位蓄水以實(shí)現(xiàn)自壓供水及水窖的自動(dòng)取水技術(shù)等方面。從區(qū)域上來(lái)講，應(yīng)加強(qiáng)西南石灰?guī)r地區(qū)及苦咸水地區(qū)的研究。2．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用雨水水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈，在干旱半干旱地區(qū)降雨量少，且分布不均勻及降雨期與作物生長(zhǎng)需水期的錯(cuò)位，作物產(chǎn)量長(zhǎng)期低而不穩(wěn)。通過(guò)對(duì)這些地區(qū)農(nóng)業(yè)自然生產(chǎn)潛力的分析，發(fā)現(xiàn)水分虧缺限制了其他因子作用的發(fā)揮，是“箍桶效應(yīng)”中的短板，如果解除水分脅迫，初級(jí)生產(chǎn)力大概是目前的4～5倍。在這些地區(qū)，降雨多集中在6～9月，如果將多余的雨水徑流收集起來(lái)緩解春旱，夏初旱及伏旱，將大大提高作物產(chǎn)量，實(shí)際上就是二重“箍桶效應(yīng)”中的截長(zhǎng)補(bǔ)短。從時(shí)空上調(diào)節(jié)雨水分配，使水分供給與作物需水期相吻合，這就是集雨農(nóng)業(yè)的出發(fā)點(diǎn)。(1)雨水利用工程特點(diǎn)及取水模式黃土高原地區(qū)，集蓄雨水的利用必須考慮到雨水利用工程的三個(gè)基本特點(diǎn)：一是蓄水設(shè)施較為分散。雨水匯集的蓄水設(shè)施分布主要取決于集流場(chǎng)的位置，黃土高原地區(qū)集流場(chǎng)多為硬化地面或防滲處理的場(chǎng)地，包括農(nóng)家屋頂庭院及曬場(chǎng)、公路、街道、部分山坡(經(jīng)過(guò)夯實(shí)或加膜防滲處理)等。因蓄水設(shè)施多以農(nóng)戶(hù)為單元所建，盡管公路兩邊布設(shè)密度較大，有些地方還采取多個(gè)并聯(lián)和串聯(lián)，但水源相對(duì)有限，因此就蓄水設(shè)施整體分布而言，較為分散。二是儲(chǔ)水量有限。雨水匯集產(chǎn)流量主要取決次降雨量和降雨強(qiáng)度。在黃土高原地區(qū)年降雨量250～550mm半干旱地區(qū)，豐水年產(chǎn)流15次左右，平水年約10次左右，枯水年不足5次。為了提高蓄水保證率和設(shè)施的利用率(即年重復(fù)蓄水次數(shù))，蓄水設(shè)施的容積不可能太大。就目前農(nóng)戶(hù)所建的蓄水窯窖而言，其容積多在25～50m3之間，每窖每次可利用最大的水量為20～40m3。三是自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件較差。黃土高原地區(qū)的集雨蓄水工程大都遠(yuǎn)離水源豐富的河谷川道，分布在干旱少雨、水資源缺乏的塬區(qū)和緩坡丘陵地帶。由于缺水，制約了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施較差，除位于村鎮(zhèn)附近的集雨工程外，道路兩邊及山坡地帶處的集雨工程大都缺乏動(dòng)力設(shè)施配套，因此，這對(duì)匯集雨水的利用帶來(lái)諸多不便。根據(jù)雨水利用工程的特點(diǎn)，以下四種小型配套提水補(bǔ)灌系統(tǒng)較為適宜：一是潛水泵加滴灌系統(tǒng)。適宜有電力供應(yīng)的大田作物區(qū)，推廣較快。二是手壓泵配軟管灌系統(tǒng)。適宜庭院經(jīng)濟(jì)和近村農(nóng)田；三是汽油泵配微灌系統(tǒng)。適宜無(wú)電力供應(yīng)的田間作物區(qū)。四是自壓灌溉系統(tǒng)。適宜丘陵山區(qū)高位水池下的農(nóng)田灌溉。雨水利用工程的取水方式由所處的特定環(huán)境條件決定。對(duì)于無(wú)動(dòng)力取水方式，主要是利用地形高差，具有取水方便、節(jié)約能源、便于控制、節(jié)省勞力、投資少、效益明顯等優(yōu)點(diǎn)。因此，可配套各種節(jié)水型地面灌溉技術(shù)和抗旱補(bǔ)充灌溉。當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后，也可配套噴微灌及滴灌。對(duì)有動(dòng)力取水方式，不論是電動(dòng)還是油動(dòng)取水，不適合于間斷供水的抗旱補(bǔ)充灌溉，可配套與之相適應(yīng)的高效節(jié)水灌溉和節(jié)水型地面灌水技術(shù)。而油動(dòng)取水設(shè)備的提水能力較小，而且由于動(dòng)力較小，不可能長(zhǎng)久地工作，因此，油動(dòng)取水設(shè)備更適合于小面積、小定額的農(nóng)作物灌溉之用。例如，可作為庭院經(jīng)濟(jì)、大棚溫室蔬菜灌水設(shè)備，與之相適應(yīng)的節(jié)水灌溉技術(shù)有滴灌、滲灌、抗旱坐水種、注射灌及地膜穴灌等。(2)集雨灌溉技術(shù)由于水窖等存貯匯集雨水量較小，一般每窖20～30m3，因而單位農(nóng)田面積灌水量十分有限，必須實(shí)行高效利用。即增產(chǎn)的同時(shí)，匯集的雨水水分利用效率應(yīng)高于傳統(tǒng)的田間雨水利用效率。從實(shí)際情況看，集雨灌溉通常是在作物需水關(guān)鍵期，或土壤含水量低于作物允許的低限時(shí)補(bǔ)充灌水，屬于作物的保命水或救命水，灌水定額較小，灌溉次數(shù)有限。因此，集雨節(jié)溉的重點(diǎn)是根據(jù)作物生理需水規(guī)律，研究作物適宜的補(bǔ)灌時(shí)問(wèn)和補(bǔ)灌定額，以達(dá)到匯集雨水高效利用的目標(biāo)。其灌溉技術(shù)通常為點(diǎn)澆、坐水種、覆膜灌溉及微灌技術(shù)等。當(dāng)然，在集約農(nóng)業(yè)中應(yīng)當(dāng)發(fā)展節(jié)水灌溉方式(如滴灌、微噴灌、滲灌、點(diǎn)澆等)與節(jié)水農(nóng)業(yè)措施(如覆膜灌溉坐水種、松耕等)相結(jié)合的方式效果會(huì)更佳。國(guó)內(nèi)對(duì)春小麥和玉米，對(duì)馬鈴薯和谷子等作物的需水規(guī)律已經(jīng)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。研究表明，拔節(jié)期補(bǔ)充限量水是黃土高原地區(qū)春小麥和玉米灌水的最佳時(shí)期，針對(duì)拔節(jié)期這一需水敏感期，60％～70％CW(土壤毛管持水量)拔節(jié)期供水，植株籽粒產(chǎn)量和WUE可達(dá)到同步較高值，且為最高。1.2雨水利用模式降雨落到地表后，通過(guò)人滲成為作物可利用的土壤水資源，也可以轉(zhuǎn)化為能夠收集儲(chǔ)存的徑流水資源。水土保持、旱作農(nóng)業(yè)等對(duì)雨水的利用方式是強(qiáng)化入滲，促其轉(zhuǎn)化為作物可利用的土壤水；集雨工程對(duì)雨水的利用方式是強(qiáng)化產(chǎn)流，增加徑流量，進(jìn)而對(duì)徑流進(jìn)行收集儲(chǔ)存，供人、畜飲水或農(nóng)田抗旱補(bǔ)灌。強(qiáng)化入滲和強(qiáng)化產(chǎn)流是兩種截然不同的雨水利用方法。但兩種方法的共同點(diǎn)是都必須對(duì)降雨對(duì)應(yīng)的地形、土壤、植被等下墊面條件進(jìn)行改變，以達(dá)到增加降雨入滲或產(chǎn)流的目的。增加降雨入滲主要通過(guò)坡改梯、水平溝、土壤結(jié)構(gòu)改良劑、增加地表植被覆蓋度等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。增加降雨產(chǎn)流主要通過(guò)硬化地面、覆蓋地膜等不透水材料或施加高分子化合物改變土壤人滲性能等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同措施利用雨水的方式和特點(diǎn)，可將目前雨水利用技術(shù)概括為雨水就地利用、雨水疊加利用和雨水異地利用三種模式。1、雨水就地利用模式通過(guò)地表微地形的改變，增加地表土壤入滲能力，通過(guò)土壤水庫(kù)的儲(chǔ)蓄調(diào)節(jié)功能，達(dá)到雨水資源的高效利用。這種技術(shù)的理論依據(jù)在于通過(guò)對(duì)地表坡度即地表徑流水力坡度的降低，截短徑流流徑長(zhǎng)度，減緩徑流運(yùn)移速度，從而增加地表徑流在一定區(qū)域的滯留時(shí)間，達(dá)到增加土壤人滲的目的。土壤入滲量的增加，一方面可以提高土壤中的儲(chǔ)水容量，以供地表植物吸收利用，另一方面還可以補(bǔ)給地下水儲(chǔ)量。同時(shí)，還可降低坡面徑流沖刷作用力，達(dá)到減緩坡耕地水土流失的目的。這種技術(shù)常見(jiàn)的有水平梯田、魚(yú)鱗坑等。21世紀(jì)初嘗試的設(shè)施農(nóng)業(yè)集雨灌溉也是這種模式范疇，其方法是利用溫室大棚作為集流面將其匯集的雨水存儲(chǔ)于棚附近的蓄水設(shè)施，作為棚內(nèi)作物灌溉水源。2、雨水疊加利用模式除了通過(guò)對(duì)部分微地形的改變及對(duì)改變微地形區(qū)域內(nèi)所接納的雨水進(jìn)行利用之外，同時(shí)，接收區(qū)域上部來(lái)水，使之流人該區(qū)域之內(nèi)，并加以利用的一種綜合技術(shù)。由于這種技術(shù)不僅利用區(qū)域所直接接收的天然降水，而且利用區(qū)域相鄰上部的地表徑流，事實(shí)上是一種雨水資源的疊加，故我們稱(chēng)之為雨水疊加利用技術(shù)。這種技術(shù)與雨水就地利用技術(shù)的區(qū)別在于，它充分利用了自然地形，利用徑流的天然匯集作用，將其輸送到指定的區(qū)域，而所指定的區(qū)域，通過(guò)夷平原來(lái)坡面，不僅可接收區(qū)域本身降水，增加土壤的儲(chǔ)水能力。同時(shí)，區(qū)域又接納了上部或鄰近區(qū)域的地表徑流。這種技術(shù)，對(duì)于降水量較小的地區(qū)，尤其是區(qū)域本身降水不能滿(mǎn)足其用水需求時(shí)，效果十分顯著。同時(shí)，它的單位體積用水量的造價(jià)要比雨水就地利用技術(shù)相對(duì)便宜。在這種方式中究竟集流區(qū)與匯流區(qū)選多大合適?二者合適的比例是多少等等都是值得深入研究與探討的問(wèn)題。事實(shí)上，這種技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中也應(yīng)用的比較廣泛。如隔坡梯田，就是把隔坡上的地表徑流匯集到水平田面之上，水平田面除了接收梯田本身雨水之外，又接收田面上部坡地地表徑流，是將二者疊加起來(lái)加以利用的一種技術(shù)。再比如，目前在山西、陜北、甘肅等干旱半干旱地區(qū)推廣應(yīng)用的大壟溝覆膜技術(shù)，將塑料薄膜覆蓋在壟上，兩壟所夾之間地段種植玉米等農(nóng)作物，再加上農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)，這樣農(nóng)作物不僅可以利用溝內(nèi)的天然降水，而兩壟之上所降之水也可以匯集在溝內(nèi)供農(nóng)作物利用，從而達(dá)到雨水資源疊加利用的目的。3、雨水異地利用模式通過(guò)某種手段，改變地表原有人滲能力，即減少地表人滲量，從而增加地表徑流量，并將其匯集存儲(chǔ)在某一指定區(qū)域或容器供其他區(qū)域加以利用的一種技術(shù)。這種技術(shù)的適應(yīng)范圍較廣，除適用干旱缺水的干旱半干旱地區(qū)外，也適應(yīng)水資源較為豐富的濕潤(rùn)半濕潤(rùn)地區(qū)，還適應(yīng)道路建設(shè)發(fā)達(dá)的工礦、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣城及中小型城市等地區(qū)。這種技術(shù)的主要特點(diǎn)在于充分利用汛期流失的“多余”徑流量，減少地表人滲而用于無(wú)效蒸發(fā)的那部分水量。同時(shí)，減少了水土流失量。實(shí)際上是把無(wú)效蒸發(fā)的水量或者區(qū)域內(nèi)“多余”的地表徑流，通過(guò)匯集存儲(chǔ)加以調(diào)蓄，用于異處的一種水資源高效利用技術(shù)，與水庫(kù)的調(diào)蓄功能有點(diǎn)類(lèi)似。這種技術(shù)的理論依據(jù)非常明確，就是設(shè)法匯集存儲(chǔ)多余的地表徑流，一般總是盡量通過(guò)其他各種措施降低地表入滲能力