水窖在云南省坡耕地綜合治理中的應用

郭艷波，連振龍(.云南環境工程設計研究中心，云南 昆明 650034； .云南秀川環境工程技術有限公司，云南 昆明 65005)

水窖在云南省坡耕地綜合治理中的應用

郭艷波1，連振龍2

(1.云南環境工程設計研究中心，云南 昆明 650034； 2.云南秀川環境工程技術有限公司，云南 昆明 650051)

水窖；坡耕地；綜合治理；水土保持；云南

水窖作為一項被廣泛采用的集雨灌溉措施，較好地解決了云南省缺水地區的農業灌溉問題，同時在云南省坡耕地水土流失綜合治理中發揮了重要作用。通過確定項目區總需水量、單個水窖容積及供水量等步驟，可計算出項目區需要修建的水窖數量；根據項目區降雨及下墊面情況，確定單口水窖的最小集流面積，并以實例進行了分析計算，以期為同類工程及云南省水土流失治理提供參考。

云南省地處我國西南邊陲，山區、半山區面積占全省總面積的94%，全省耕地面積約640萬hm2，其中坡耕地約407萬hm2，坡耕地水土流失嚴重制約著山區、半山區社會經濟的可持續發展和生態文明的建設。2010年以來，云南省相繼開展的坡耕地水土流失綜合治理試點工作，達到了治理坡耕地水土流失、改善項目區群眾生產生活條件的目的。治理實踐表明，在坡改梯的同時為梯田配套建設灌溉工程非常必要，尤以水窖為甚。這是因為項目區往往處在水源條件較差或引水較為困難的山區，在項目建設過程中科學合理地修建水窖這項集雨灌溉工程，既能較好地解決缺水地區的農業灌溉問題，又能起到很好的水土保持效果[1]。基于此，我們對云南省坡耕地水土流失綜合治理中的水窖選址與布置原則，以及工程設計等進行總結，旨在為同類工程提供參考。

1 水窖選址與布置原則

(1)按照工程總體規劃進行布置。水窖建設應根據坡改梯工程的總體規劃，結合田面工程、道路工程和引水工程的總體建設要求進行布置，做到布局合理、集中連片[2]。

(2)經濟合理、因地制宜。坡改梯水土流失綜合治理中建設的水窖工程，其結構型式、規模、數量等均應根據項目區的氣象、地形、土質、農作物需水量等條件綜合確定，做到經濟合理、因地制宜[3]。

(3)安全方便。水窖選址應避開填方和滑坡體及水資源易污染地區，盡量利用現有路面、排水溝等設施集蓄徑流，同時盡量做到高水高用，便于自流灌溉[1,2-4]。

(4)節約土地。水窖建設地區土地資源寶貴，建設過程中應盡量減少開挖、縮短施工時段，建成后的水窖應盡量埋于地下、少占用耕地。

2 工程設計

2.1 設計思路

(1)調查當地種植結構，根據蓄水定額或當地經驗確定項目區作物的需水總量。

(2)根據當地近年來的實施經驗，確定水窖型式及經濟容積。

(3)根據確定的水窖容積，確定單個水窖的年供水量。

(4)根據水量供需情況，確定項目區水窖數量。

(5)結合當地地形、地貌等條件，確定水窖的最小集流面積，據此對每個水窖的集流面進行設計和施工。

2.2 需水量分析

由于坡改梯工程多位于地形起伏較大、引水灌溉較為困難的地區，水窖灌溉措施主要是用于提供旱季保苗及其他生理期必需的灌溉用水，因此水窖灌溉地塊需水量計算僅采用非充分灌溉理論進行分析[5]，主要通過查閱當地用水定額并結合實地調查的方法進行確定。根據近年來的項目實施經驗，將坡改梯后不同旱地作物非充分灌溉需水量設定為45～150 m3/hm2[6]。

2.3 水窖型式及容積的確定

(1)水窖型式。根據建筑材料的不同，云南省水窖修建型式可分為漿砌石水窖、混凝土水窖、磚砌水窖，也可將幾種材料結合進行修建。項目實施時應根據當地建設經驗和地形、地質條件及當地建筑材料供應情況等綜合確定。

(2)水窖容積。根據云南省近年來的實施經驗，本著節省材料、便于施工、經濟合理和方便使用的原則，確定在坡耕地水土流失綜合治理工程中實施的單個水窖的容積為25～30 m3。

2.4 單個水窖年供水量的確定

云南省降雨時空分布不均，各地區水窖普遍存在復蓄問題，為了避免工程建設中的資源浪費，確保每口水窖均能在最大程度上發揮供水能力，需要對單個水窖年供水量進行計算。根據相關規范要求，單個水窖的年供水量按照下式進行計算[7]：

W單

式中：W單為設計保證率條件下年供水量， m3；V為單個水窖蓄水容積，m3；α為蓄水工程蒸發、滲透損失系數；K為容積系數。

2.5 水窖數量確定

根據項目區需水總量及計算獲得的單個水窖的供水量，按照下式計算獲得項目區水窖數量：

n=W需/W單

式中：n為水窖數量，個；W需為非充分灌溉條件下項目區年需水總量，m3；W單為單口水窖的年供水量，m3。

根據以上計算結果，可獲得每口水窖的控制灌溉面積，進而計算出每塊圖斑內部所需的水窖數量。實施過程中，因地形、地質等因素影響集雨面或水窖安全，難以在圖斑內布設應有數量的水窖時，可在相鄰圖斑內進行調整。

2.6 最小集流面分析

集流場是用來收集雨水的場地，在一定的降雨條件下，集流系統收集雨水量的多少取決于集流面積的大小。屋頂、院場、自然坡面、路面(邊溝)都可作為集雨場[8-9]，必要時應通過人工修建或干預天然集流場地等方法，滿足水窖設計集水要求。

單用途雨水集蓄工程的集流面積可按下式計算[7]：

式中：W為設計保證率條件下年供水量，m3；Si為第i種材料的年集流面面積，m2；ki為第i種材料的年集流效率；P為年降水量，mm；n為集流面材料種類數。

3 典型設計實例

以云南省某縣2014年某小流域坡耕地水土流失綜合治理工程為例，項目區土地總面積4.41 km2，布置坡改梯工程240.71 hm2，項目區全部采用水窖水進行灌溉，除部分水窖通過引水管道補充水源外，多數水窖采用道路路面、道路排水溝或人工修建集流場地進行集流。

3.1 作物灌溉制度及需水量分析

項目區主要種植作物有甘蔗、玉米、花生、油菜等，由于項目區內大部分區域無地表水源，根據非充分灌溉理論及同類工程設計經驗，同時結合現場調查結果，綜合確定各類農作物播種保苗期單位面積需水量，再根據項目區各種農作物種植面積，計算項目區年需水總量為11 447 m3。

3.2 水窖容積及型式的確定

根據該縣近年來實施的坡耕地水土流失綜合治理項目經驗，結合當地群眾意愿，本著節省材料、便于施工和使用的原則，綜合確定該工程單個水窖容積為30 m3。

水窖為“混凝土底板+漿砌磚窖體+混凝土蓋板”結構，其中底板用C15混凝土，厚度20 cm，窖體壁為M7.5漿砌紅磚，厚度24 cm，窖頂為C20鋼筋混凝土，厚度20 cm，進水口前設置C15混凝土沉沙池。

3.3 單個水窖年供水量分析

根據項目區自然條件，通過查閱相關規范，獲得項目區水窖相關參數(容積系數取0.45，蒸發、滲透損失系數取0.03)，計算本工程單個水窖(蓄水容積30 m3)的年供水量為64.67 m3。

3.4 水窖數量的確定

根據項目區年需水總量及單個水窖年供水量，計算該工程共需修建水窖177口。

3.5 最小集流面積確定

項目區水窖集流面多為鄉村土路或自然林草坡地，通過查閱相關資料及規范，獲得項目區地表集流效率、年降雨量等參數，根據公式計算本工程單個水窖的最小集流面積。各項參數取值及計算結果詳見表1。

表1 水窖最小集流面積計算結果

通過計算，項目區修建的水窖集流面積需大于119.8 m2，條件無法滿足時需通過修建截流溝、增加地面集流效率等措施進行完善。

[1] 高繼雄.山地烤煙雨水資源化的有效途徑之一——集雨式小水窖建造技術[J].中國煙草科學，2001(4)：42-43.

[2] 盛東，胡春艷，徐義軍，等.淺議山區小水窖工程規劃設計與應用[J].湖南水利水電，2012(4)：24-26.

[3] 任朝陽.南方山區水窖建設技術要點[J].中國水土保持，2002(12)：35-36.

[4] 王光鵬.山區小水窖設計及效益分析[J].水利經濟，2004，22(4)：60-61.

[5] 牛文全.雨水集蓄設施經濟容積的確定方法[J].西北農林科技大學學報：自然科學版，2004，32(8)：125-129.

[6] 吳明舒.管窖結合開發山澗溪流的探討[J].水資源保護，2003(2)：56-57.

[7] 中華人民共和國水利部.雨水集蓄利用工程技術規范：SL 267—2001[S]. 北京:中國計劃出版社，2010:8-10.

[8] 付曉剛，齊全，周萬畝，等.旱地水窖設計與施工技術[J].甘肅農業，2007(10)： 65，74-75.

[9] 馬燕.水窖在高山缺水地區人畜飲水工程中的應用[J].水資源與水工程學報，2007，18(2)：92-94.

(責任編輯 張培虎)

S157

C

1000-0941(2017)01-0012-03

郭艷波(1982—)，女，吉林松原市人，工程師，碩士，主要從事水土保持方案編制及環境影響評價工作。

2016-05-03