一種抑制農(nóng)業(yè)灌溉蓄水池水體蒸發(fā)的結構探究

汪遠鵬 馬雪梅 朱菁 王永平

摘 要 我國西北地區(qū)的降水量少而蒸發(fā)量大，導致灌溉用蓄水由于蒸發(fā)而耗損十分嚴重，水資源的短缺嚴重制約了當?shù)亟?jīng)濟社會的發(fā)展。針對這個問題，提出一種就地取材和成本低廉的抑制裸露水體蒸發(fā)的新型構造，該新型構造的特點是漂浮在水面上，隔斷了陽光的直接照射，同時具有很低的導熱系數(shù)，在水面和空氣之間形成一層隔熱層，降低了水面溫度。在該新型構造的保護下，能顯著抑制水體的蒸發(fā)，節(jié)約了寶貴的水資源。

關鍵詞 蓄水池蓄水；水體蒸發(fā)；隔熱節(jié)水；廢物利用；農(nóng)業(yè)節(jié)水；北方旱區(qū)

中圖分類號：TV697.3 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.21.094

我國西部地區(qū)干旱少雨，水資源一直困擾著西北地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。受到固有地理位置、條件的影響，西部地區(qū)的氣候條件長期處于干燥且常年干旱半干旱的狀態(tài)。西部地區(qū)的降水主要集中在秋季，但降雨量很少，導致水體蒸發(fā)量逐年攀升，水庫的蓄水量也逐年在減少，而水體的大量蒸發(fā)減少造成的水資源浪費更是無法估計。西部地區(qū)的民用水、灌溉以及其他用水一直是一大難題，大多地區(qū)依賴于調(diào)水工程來保障人類生活用水。這樣一來，城市生活的基本支出就會大量增加，人民生活幸福度也會隨之而降低。但這個問題是自然條件所限制，目前大多數(shù)解決的辦法便是城市選址盡可能靠近有水的地方，發(fā)展更為廉價的調(diào)水工程，以達到有效解決城市用水困難的難題。水資源缺乏長期阻礙著西部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，成為西部地區(qū)發(fā)展的絆腳石，因此解決西部地區(qū)水資源問題成為一個關系西部地區(qū)發(fā)展以及民生生活質(zhì)量的大問題。投入一定的精力去解決西部地區(qū)水資源問題十分必要。本項目基于從減少水體蒸發(fā)量這一角度出發(fā)努力設計一種可以抑制水體蒸發(fā)的新型構造，希望將裸露的水庫的水體蒸發(fā)量降到最低，以達到保護水資源的目的。該設計將會從制作成本、安裝成本、人工成本、維護成本幾個方面綜合考慮將總體費用降到最低。

1 寧夏中部和南部露天蓄水池現(xiàn)狀

寧夏中部及南部地區(qū)水資源匱乏，這給當?shù)氐娜罕妿砹艘幌盗杏盟щy的問題，尤為顯著的是群眾的生活和生產(chǎn)用水問題。為應對這一系列的問題，寧夏中部及南部地區(qū)在近年來已建成大量的露天蓄水池，這些蓄水池有效地緩解了當?shù)厝罕姷挠盟щy的問題。截至2015年，寧夏全區(qū)共發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積15.3萬公頃。為了發(fā)展高新節(jié)水灌溉和農(nóng)村飲水安全工程，先后建成調(diào)蓄水池360余座，總庫容1 600萬立方米，保證了中部干旱帶、特色作物種植區(qū)高效節(jié)水灌溉的發(fā)展。

2 國內(nèi)外現(xiàn)有的防護措施

對于一個國家國民的生產(chǎn)生活而言，水是必不可少的資源。對于水資源的保護是全世界諸多國家共同關注的問題，為此，許多國家不遺余力地投入大量的資金，采取諸多的措施以保護水資源。

例如，新疆水利水電勘測設計院與新疆農(nóng)業(yè)大學土木工程學院共同提出的“隔墻板應用于平原水庫防蒸發(fā)”措施，其采用的隔墻板在膠凝材料中混合樹脂類發(fā)泡劑并且在其內(nèi)部填充鋼絲或者玻璃纖維作為增強筋，而膠凝材料則是以粉煤灰、石膏、硅酸鹽等物質(zhì)媒介混合而成[1]。這種隔墻板生產(chǎn)成本高，制造過程以及制造工序復雜，推廣難度大。再如，美國洛杉磯官方在一座水庫中倒入9 600萬只黑色塑料球，防止水體的蒸發(fā)，這些塑料球如蘋果般大小。這種措施雖能在一定程度上防止水體的蒸發(fā)，但洛杉磯官方為此投入了大量的人力物力財力去生產(chǎn)這些塑料球，成本耗費巨大，并且在后續(xù)的使用中還會存在一些問題。當出現(xiàn)大風天氣時，這些零散的塑料球極易會被風吹得四處飄散，這不但沒能有效的保護水體，減少水體的蒸發(fā)，反而污染了環(huán)境，增加了環(huán)保方面的資金投入。

還有國內(nèi)一些小型水庫，在水庫上方建防護棚，以期減緩水體的蒸發(fā)，但這種措施適用范圍窄，并且對于蓄水量大的蓄水池而言，在其上方建造遮陽棚的難度過大，資金投入太大。再如我國新疆地區(qū)十分場常見的“坎兒井”，這是因地制宜，就地取材，利用地面的泥土作為保護介質(zhì)，將原本裸露在地表的水資源轉移至地表以下從而實現(xiàn)保護水資源的目的方法與結構。這種保護措施是在一定的間隔打一系列深淺不等的豎井，然后再依照地勢高低在井的底部修通暗渠，將各井之間聯(lián)通，再引水下流，最后將水引至需要灌溉的農(nóng)田里[2]。此種水體在地表下面流動的結構雖然有效地減少了因陽光直射帶來的水體蒸發(fā)，但在這種結構中，水體主要在地表以下，從而就必須在地下修建溝渠，因此采用這種結構的施工難度和施工量十分巨大，并且時間一長，地下渠道會因水體的流動而出現(xiàn)泥沙淤積等問題，后期維護也不便利，因為這些溝渠大都位于地表以下。

基于以上已有的各種保護措施以及各種保護結構，并在分析他們的不足之處，或是制造成本過高，或是施工難度過大，亦或是用以防護的設施生產(chǎn)過程比較復雜，在參考以上這些種種不足之處的基礎上，提出一種新的防護措施，以期達到減少裸露的水庫、蓄水池的水體蒸發(fā)。

3 廢舊礦泉水瓶漂浮于水平保護水體構造

放置了單層或者多層廢舊礦泉水瓶保護層的蓄水池的剖面圖如圖1所示。水體表面的保護層可以減少陽光對水體的直接照射，也就減少了水體因陽光照射所帶來的蒸發(fā)量，從而達到保護水資源的目的。

4 結論

對于本次研究的內(nèi)容有以下三點總結，1）給出了一種新型抑制水體蒸發(fā)的保護構造，該新型構造能就地取材且成本低廉，安裝方便快捷，維護費用低，能有效抑制水體的蒸發(fā)。2）給出的構造漂浮于水面，在水面和大氣間形成了一個隔離層，避免了太陽對水面的直接照射，另外，該保護層有效導熱系數(shù)低，能減少空氣與水之間由于溫差而產(chǎn)生的熱交換，這樣就降低了水面溫度，較少了水的蒸發(fā)。3）提供了一種抑制裸露在空氣中水體蒸發(fā)的新型構造，該構造成本低廉，構造簡單，制作與安裝方便快捷，后期維護費用低，能有效降低水的蒸發(fā)。

參考文獻：

[1] 康亞明.抑制水體蒸發(fā)的水面防護裝置：中國，CN201620732137.0[P].2016-12-28.

[2] 季山.減少水面蒸發(fā)的措施[J].黑龍江水利，1985（2）：29.

（責任編輯：趙中正）