壽光大棚雨水收集與回用研究

隋高陽，于 莉，陳 康

（1.山東興水水利科技產(chǎn)業(yè)有限公司，山東 濟南250014；2.濟南市水文局，山東 濟南250013）

近年來，由于水資源的供需結構不盡合理，壽光市對地下水資源的過度利用，造成了地下水漏斗區(qū)域面積的不斷擴大。地下水漏斗區(qū)域的不斷擴大和地下水位的下降已引起咸水入侵、地面沉陷等環(huán)境災害問題，同時也嚴重危及當?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境和人民生產(chǎn)生活。壽光市作為國內(nèi)知名蔬菜基地，大棚雨水收集與利用技術發(fā)展?jié)摿薮螅瑢τ谥卫淼叵侣┒穮^(qū)及節(jié)水灌溉均有重要的借鑒和指導意義。

1 大棚雨水收集與利用優(yōu)勢

1.1 雨水收集系統(tǒng)組成

雨水收集與回用工程主要由雨水收集系統(tǒng)、雨水蓄存及回用系統(tǒng)以及嵌入雨水收集系統(tǒng)的凈化設施組成。雨水收集系統(tǒng)包括集雨溝和匯流管、溝；雨水蓄存及回用系統(tǒng)包括蓄水池與水泵，經(jīng)水泵提水進入現(xiàn)有灌溉管網(wǎng)；雨水凈化由集雨溝上的棄流裝置、集雨溝末端攔污柵、匯流溝末端的攔污柵、沉砂池以及清污泵等設施、設備完成。

1.2 雨水收集系統(tǒng)優(yōu)點

雨水收集蓄水池采用新型PCCP 蓄水池模塊，PCCP 模塊具有以下優(yōu)勢：1）PCCP 具有良好的工程經(jīng)濟性和維護費用低。PCCP 管材內(nèi)徑為0.4～4 m，每百米蓄水量約為12.6～2 512 m3，能夠滿足中小型蓄水池的項目需求。2）蓄水池結構材料密封性能良好。蓄水池在使用過程中必須使?jié)B水率控制在較小范圍內(nèi)，而PCCP 管材管體良好的抗?jié)B性和接口密封性，杜絕了滲漏現(xiàn)象。3）蓄水池結構材料不能污染水質(zhì)。PCCP 是一種由預應力鋼絲、鋼筒、混凝土、保護層砂漿構成的復合管材，而鋼材都被密實的混凝土或水泥砂漿所包裹，所以PCCP 管材用于蓄水池結構不污染水質(zhì)。4）蓄水池結構材料使用壽命長。PCCP 管材在壓力管線運行的設計壽命在50 年以上，蓄水池屬于低壓結構，管材的使用壽命更長。5）蓄水池結構材料具有一定的經(jīng)濟性。PCCP 管材在工廠預制，結構設計合理，生產(chǎn)效率高，造價低于現(xiàn)場澆筑鋼筋混凝土結構，并且不影響工程上方土地耕種及通過。

針對傳統(tǒng)混凝土封閉蓄水池、PP 模塊蓄水池、透水混凝土蓄水池，PCCP 蓄水模塊的經(jīng)濟性為最主要亮點，由于此蓄水池針對農(nóng)業(yè)項目使用，經(jīng)濟附加值相對于其他行業(yè)較低，如若利用傳統(tǒng)蓄水模式，造價過高，不便于推廣使用。以1 300 m3蓄水需求計算：2 m 直徑PCCP 蓄水模塊較傳統(tǒng)混凝土封閉蓄水池節(jié)約造價約為30%，如若大規(guī)模使用，批量化生產(chǎn)，造價會進一步降低，價格便于使用單位、個人接受。

2 集雨條件與應用舉例

2.1 集雨條件分析

據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國年降雨量遠大于供水總量，但直接以雨水為水源的供水量所占比例較小。我國的溫室大棚面積世界第一，除了中小拱棚等簡易棚外，日光溫室、塑料大棚的建筑面積高達200 多萬公頃以上。以目前應用范圍最廣的塑料薄膜大棚為基礎，引進棚頂雨水收集技術，不僅可以保證棚內(nèi)設施的正常運轉(zhuǎn)，還可以儲存降水，并循環(huán)利用，是集低碳、節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保于一身的新型綠色高科技農(nóng)業(yè)生態(tài)建設項目，這極大地促進了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向工業(yè)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，也對地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展起到了良好的示范作用。

項目區(qū)灌溉用水為深井水，在整個溫室蔬菜和水果等生長周期中，需要消耗大量的地下水，而雨水卻白白流失了，從節(jié)能環(huán)保及節(jié)省水資源的角度出發(fā)，增設大棚雨水及高質(zhì)水的收集回灌系統(tǒng)是必要的。

2.2 應用舉例

以壽光市面積為0.33 hm2的大棚為例，壽光多年平均降水量554.1 mm，降雨多集中在5～9月。單棚灌溉需水量每年627.0 m3。根據(jù)分析成果，單棚集雨、單棚用水情況下，降雨頻率50%時可實現(xiàn)全部雨水灌溉，并有富余雨水量；降雨頻率75%時，典型年1988 年實現(xiàn)全部雨水灌溉，并有富余雨水量；典型年1984 年雨水集雨量略少于灌溉用水量；特枯年份，降雨頻率90%時，集雨量少于灌溉用水量，其中典型年2006 年雨水能滿足73%的灌溉用水；典型年1992 年雨水能滿足63%的灌溉用水。4 個大棚集雨3 個用水的情況下，降雨頻率50%時、75%時，均可實現(xiàn)全部雨水灌溉，并有富余雨水量相機用于第4 個大棚灌溉；特枯年份，降雨頻率90%時，集雨量略少于灌溉用水量，其中典型年2006 年雨水能滿足97%的灌溉用水；典型年1992 年雨水能滿足84%的灌溉用水。不同保證率下最大集雨量及實際蓄存水量詳見表1。因此在壽光市進行雨水收集與回用推廣是可行和必要的。

3 效益分析

科學的雨水收集、合理儲存及使用是節(jié)能減排的一個有效途徑，是充分發(fā)揮雨水利用價值的有效保障。科學、合理、高效地利用雨水資源，不僅可以有效緩解水資源緊缺壓力，改善水資源短缺的狀況，而且可有效減少地下水使用，改善目前地下水超采的狀況，減少洪澇災害，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

3.1 經(jīng)濟效益

本項目實施以后，蔬菜大棚外增設集雨系統(tǒng)，使溫室利用雨水灌溉來降低生產(chǎn)成本成為現(xiàn)實，這不僅有效提高了灌溉水利用系數(shù)，而且節(jié)水、省工。本示例區(qū)內(nèi)可實現(xiàn)年節(jié)水每畝281．0 m3，最大可減少抽取地下水每畝281 m3。按工程運行年限30 年計算，工程壽命期內(nèi)可減少使用地下水0.85 萬m3。根據(jù)一般大棚銷售情況，較大的大棚每年毛收入30 萬元左右，凈利潤每年6 萬元。

表1 不同保證率下最大可集雨量及實際蓄存水量

3.2 生態(tài)環(huán)境效益

本技術充分利用雨水儲水灌溉，既節(jié)能環(huán)保又減少了地下水的開采，使項目區(qū)地下水漏斗區(qū)域不再擴大，緩解項目區(qū)因地下水位的下降而引起的咸水入侵、地面沉陷等環(huán)境災害，同時改善項目區(qū)的水生態(tài)環(huán)境。

項目建成后，保證了農(nóng)業(yè)用水，涵養(yǎng)了水土，美化了環(huán)境，使該區(qū)域形成一個良好的生態(tài)環(huán)境，在一定程度上改善了當?shù)匦夂颍蚨哂休^大的環(huán)境效益。

3.3 新技術推廣效益

本項目引進棚頂雨水收集技術，不僅可以保證棚內(nèi)設施的正常運轉(zhuǎn)，還可以儲存降水，并循環(huán)利用，是集低碳、節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保于一身的新型綠色高科技農(nóng)業(yè)生態(tài)建設項目，這極大地促進了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，也對地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展起到了良好的示范作用，具有較高的推廣價值。