隴東黃土高原取棄土場雨水資源可收集利用潛力分析

田晉華 高雅玉

摘要：指出了隴東黃土高原地區取棄土場汛期每100 m2收集面植被覆蓋地面可收集量為8.42m3，裸露坡面可收集量為12. 80 m3，荒地可收集量為20. 52 m3。結果表明：取棄土場雨水資源收集存儲后可用于補充灌溉植物措施水分虧缺、區域牲畜飲水、周邊設施農業灌溉用水及其他用水。

關鍵詞：隴東黃土高原;取棄土場;雨水資源;收集;利用

中圖分類號：TU122.1

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（ 2019） 24-0018-03

1 引言

隴東主要指陜北狹地以西、六盤山以東的廣袤區域，即甘肅省慶陽市和平涼市兩市[1]，其位于甘肅省最東部，地處陜甘寧三省區交匯地帶，是黃土高原土壤侵蝕非常嚴重的地區之一[1，2]，是甘肅省境內黃土高原區主要組成部分，分屬隴中高原、隴東一陜北高原，以黃土塬、梁、峁地形為主，溝壑縱橫，形態復雜，屬黃土高原溝壑立地亞區，是黃土高原土壤侵蝕非常嚴重的地區之一[1]。人均水資源占有量是甘肅省人均水資源量的25. 7%，是全國人均水資源量的13%，地下水人均地均占有量大大低于同類地區的水平，屬全國、全省水資源最貧乏的地區[2，3]。隴東黃土高原地區系統結構單一、功能低下，系統敏感度強，穩定度小，自身恢復能力差[3]。一旦遭到破壞就極難恢復，系統質量差，抗災能力低，系統生態容量十分低下，決定了隴東黃土高原地區生態環境保護與建設的復雜性[3]。

由于其地形地貌特殊，存在大量的取棄土場，隴東黃土高原地區取棄土場主要的特點是：裸露面較大，土體松散，防治措施滯后;匯水面積大，短時間易形成有效徑流且流量大;降雨徑流資源利用匱乏;水土資源保護性治理和利用模式單一;（5）由于缺水導致植物措施成活率低[1，4]。原有地貌遭到開挖破壞后形成大面積平地、臺地及坡地，遇降雨集中及暴雨，徑流形成時間段、流速高、流量大，易造成劇烈的水土流失，引發水土流失災害[1]。

2 降水量及特點

近50年來隴東黃土高原干旱化趨勢非常明顯，尤其以1990年以來干旱化趨勢最為顯著，1993之后干旱化趨勢加強[5]。隴東黃土高原區屬黃河流域，大的洪水均由暴雨形成，一般發生在5～9月。且局部暴雨洪水比較多，由于黃土的廣泛分布，植被稀疏，洪水多尖瘦，峰高量小，歷時短暫。降水量總的趨勢是由南向北逐步遞減。年降水量等值線圖呈東北一西南走向。南部較為濕潤，適宜于農業生產，但因降水集中在夏秋季節，變率大，容易受到干旱及洪澇災害的威脅。北部屬于半干旱帶，全年降水日數只有60 d左右，與此同時由于風蝕嚴重，不適宜于農業生產，只應有控制的發展牧業生產。區域降水年際變化很大，且有連續豐水年和連續枯水年的現象。區域北部年均降水小，而變差大，干旱嚴重;南部年均降水多，而變差小。降水特點可概括為：降水總量不足，南多北少，年際年內分配不均，北部尤甚于南部;常水小，洪水大，60%的表l。

隴東黃土高原，地表水資源貧乏，水土流失嚴重。流域內降水年際年內及地帶分配不均，變差較大。在地表水資源中，人均占有量352 m3，是全省人均水量的25%，是全國人均水量的17%。畝均水量189 m3，是全省畝均水量的31. 5%。是全國畝均水量的10.8%。由于特殊的土壤地質和自然氣侯條件，水資源有3個特點：一是北部為苦水區，水質礦化度高，最大礦化度達20 g/L;二是流域內水土流嚴重，河流含沙量高;三是徑流年際年內分配不均，常水小，洪水大，60%的徑流以洪水形式出現，洪水陡漲暴落，難以利用。

3 雨水資源收集潛力評價

隴東黃土高原干旱狀態演變過程中干旱極端化現象將會增多，主要表現為干旱狀態由正常狀態直接轉變為嚴重等別的躍變，嚴重干旱狀態的持續性會增強[5]，對隴東黃土高原區取棄土場雨水資源收集利用可調節水資源時空分布不均。確定隴東黃土高原區雨水資源的可收集量，尤其是汛期的可收集量，是取棄土場修建蓄排水設施，合理調配、充分利用雨水徑流資源的前提。根據1950—2018年的降雨量觀測資料，多年平均降雨量為521.4 mm，其中5～9月份平均降雨量為421.Omm，占年降雨量的80.1%。由于5～9月份降雨多以短歷時高強度暴雨出現，能很快使地面形成較大超滲徑流。

根據《甘肅省水土保持規劃2015》對于隴東黃土高原區的土地利用類型劃分成果，以及隴東黃土高原各個氣象站的降水量及汛期降水量數據，來分析計算隴東地區取棄土場的雨水資源可收集量。由于受到自然條件以及技術經濟水平的限制，一個區域所降的雨水不能完全被收集利用，如果不考慮初期雨水的棄流和季節折減的影響，研究區每年平均理論可收集雨水徑流總量即雨水資源化理論潛力Q1可按照下式進行計算：

Q1=H×A×φ×θ×10^-3（1）

式（1）中，Q1為雨水資源化理論潛力（m3）;H為一定保證率下的年降水量（mm）;A為不同土地利用類型的面積（m2）;ψ為徑流系數;θ為集流效率。

在隴東黃土高原地區，降水量主要集中在汛期，因此要想辦在汛期法收集、儲存這雨洪資源，與此同時，還要防范洪水風險。在隴東黃土高原地區，各個不同的地類有著不同的徑流系數，整體的徑流系數較難確定，確定整體的徑流系數計算出的可收集量也不準確。因此，對于該地區雨水資源的可利用量的計算采用分地類的徑流系數公式法估算。

根據《建筑給水排水設計規范》、《甘肅省雨水繼續利用工程技術標準》以及相關的觀測數據，將取棄土場雨水收集面按植被恢復程度不同，劃分為植被覆蓋地面（人工植被建設面，植被蓋度在60%以上）、裸露坡面（未實施植物措施且未自然修復裸露面，植被蓋度為O）和荒地（未實施植物措施，但自然修復后植被蓋度低于30%）3種地類進行分析和計算。植被覆蓋地面年平均徑流系數取0.22，可收集利用率為85%，汛期徑流系數為0.25，可收集利用率為80%;裸露坡面的年平均徑流系數取0.32，可收集利用率為70%，汛期的徑流系數取0. 38，可收集利用率為80%，荒地的年平均徑流系數取0. 59，可收集利用率為70%，汛期的徑流系數取0.65，可收集利用率為75%。

由表2得到，對于植被覆蓋地面，每百平米的整個隴東地區內的各個縣區略有不同，但整體差異不大，對于每100 m2收集面，每年可產生水量11. 47m3，可收集量為9. 75 m3;汛期產流量10. 52m2，可收集量為8.42 m3。

由表3得到，對于裸露坡面，每100 m2收集面，每年可產生水量16. 68 m3，可收集量為11. 68 m3;汛期產流量16.00 m3，可收集量為12. 80 m3。

由表4得到，對于荒地，每100 m2收集面，每年可產生水量30. 76 m3，可收集量為21. 53 m3;汛期產流量27. 36 m3，可收集量為20. 52 m3。

4 隴東黃土高原取棄土場雨水收集利用技術模式

取棄土場雨水資源收集利用對于促進修復其所在區域生態環境具有十分重要的意義，可以將收集雨水用于補充灌溉植物措施水分虧缺、區域牲畜飲水、周邊設施農業灌溉用水等（圖1）。

4.1 植物措施補灌

取棄土場治理過程植被建設立地條件差，尤其是土壤水分匱乏，不利于植被生長，通過對取棄土場雨水資源的收集存儲，可以在小范圍內解決植物措施灌溉的缺水問題，滿足取棄土場植物措施對水分的需求。

4.2 附近設施農業用水

對于形成較大面積雨水收集面的取棄土場，可將收集的雨水資源用于附近設施農業灌溉，緩解區域水資源矛盾，促進當地經濟發展。

4.3 牲畜飲水

根據區域實際情況，可將收集存儲的雨水資源用于補充附近大規模牛羊養殖用水需求，緩解區域水資源矛盾，降低農村生活用水的擠占，促進鄉村區域經濟良性發展。

4.4 其他用水

取棄土場所在區域可根據實際需水情況，盡可能采用收集存儲的雨水資源，減少對地下水、地表徑流的取用及農村生活用水的占用。

5 結論

（1）隴東黃土高原地區取棄土場汛期每100 m2收集面植被覆蓋地面可收集量為8. 42 m3，裸露坡面可收集量為12. 80 m3，荒地可收集量為20. 52 m3。

（2）取棄土場雨水資源收集利用對于促進修復其所在區域生態環境具有十分重要的意義，可以將收集雨水用于補充灌溉植物措施水分虧缺、區域牲畜飲水、周邊設施農業灌溉用水及其他用水。

參考文獻：

[l]田晉華，高雅玉，張峰，等.隴東地區取土場水土資源利用體系構建探索[J].中國水利，2018（18）：43～45.

[2]趙紅巖，張旭東，王有恒，等.隴東黃土高原氣候變化及其對水資源的影響[J].干旱地區農業研究，2011，29（6）：262～268。

[3]鞏杰，黃高玉，西部大開發中甘肅省生態環境建設與保護對策Jl.水土保持通報.2001，21（4）：75 -78.

[4]田晉華，高雅玉，張峰，等.西平鐵路甘肅段取土場設置的合理性分析[J].中國水土保持，2018（6）：7-8.

[5]張耀宗，張勃，劉艷艷，等.近50年隴東黃土高原干旱特征及未來變化趨勢分析[J].干旱地區農業研究，2017，35（2）：263-270.

收稿日期：2019-11-22

基金項目：甘肅省水利科研技術推廣項目（編號：甘水科外發[2015]55號-6）

作者簡介;田晉華（1986-），男，高級工程師，碩士，主要從事水土保持工程技術與農業水利工程方面的研究工作。