北方地區冬季降雪貯存系統

趙路佳 萬小瓊

摘要：設計了雪窖作為一種針對雪水資源的貯存系統，主要應用于我國北方地區。通過對農田地下空間加以利用，于冬季對雪水資源進行收集、貯存，于春季耕種期將雪水資源拿來利用，以實現對雪水資源的跨時空充分利用，在一定程度上緩解地區水資源短缺的情況。

關鍵詞：雪窖;雪水資源;農田;貯存系統

中圖分類號：TS205 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）18-0179-02

1引言

我國北方大部分地區四季分明。冬季溫度較低，降水以降雪的方式為主。根據相關資料，我國西北地區的北部、東北地區的北部和東部以及青藏高原地區東北部降雪量較大，平均年降雪量超過30mm;東北及內蒙地區東部、新疆地區北部、青藏高原地區東部和南部邊緣、山東半島地區北部、秦嶺地區存在常年多雪帶;青藏高原地區中西部、西北地區東部、南疆地區大部、華北地區大部、秦嶺一淮河地區存在常年降雪帶;阿拉善地區、塔里木盆地地區大部、黃河下游地區、南方山地丘陵地區存在偶爾降雪帶。

北方森林地區由于樹枝遮擋、陽光直射較少，在氣溫回升階段雪水融化較慢，植被以針葉林為主，四季常青、生長旺盛，融化的雪水可以被充分利用;農田等平原地區由于缺少遮蔽物減緩陽光的直射。當氣溫升高時，雪水迅速融化，但此時農田并未開始耕作，田中無農作物等植被吸收、利用這部分雪水資源。

上述大部分存在雪帶的地區擁有大量農業產業。其中，以東北地區為例，東北地區是我國重要的糧食產區，但該地區春季播種期常存在水資源匱乏的現象，導致其春季農業用水資金投入較高，另一方面，其冬季降雪量較大，但由于冬季溫度并不適宜耕作，導致這部分雪水資源無法得到充分利用;以內蒙等草原地區為例。其冬季降雪量較大且部分存在雪帶，但該地區春季嚴重缺水，對當地畜牧養殖、種植業等影響較大。因此設法將類似冬季存在大量降雪但春季干旱地區的冬季雪水資源進行貯存，并將其貯存水資源應用于春季耕種是十分必要的。

2雪窖貯存系統設計

2.1雪窖設計

考慮到我國水資源總量短缺、人口總量大、農業產業分布廣等特點，結合工程學、水文學、氣象學等原理，雪窖貯存系統旨在利用地下空間，將農田區域無法及時利用的雪水資源進行貯存，作為春耕等干旱時期的水資源儲備，完成雪水資源的跨時空利用，以緩解小區域的缺水狀況。

雪窖貯存系統由雪水儲存單元、貯存取用通道、連通管道、控制閘門等部分構成（圖1）。雪水儲存單元與貯存取用通道為本系統主體，作用為雪水資源儲存的直接作用對象，是實現雪水資源跨時空利用的關鍵組成部分;連通管道與控制閘門為輔助裝置，其中連通管道作用于各個資源儲存單元間，旨在增加雪水資源的流通性，控制閥門作用于地表蓄水單元（池塘、小型水庫等傳統蓄水裝置）及地下雪窖貯存系統間，實現人為宏觀調控。

田埂作為農田的重要組成部分，連續且均勻地分布在農田間。將雪窖沿田埂修筑于其下方，可便捷貯存與取用雪水資源，同時借助田埂的連續性、廣泛分布性，構成農田小區域地下水資源貯存網絡。雪窖的具體分布及數量需根據區域地形地貌、種植模式及農業工作者分布的特點進行調整。

2.2雪水資源貯存與取用的工作模式

雪窖貯存系統的主要工作過程可分為貯存和取用兩部分。

降雪之后，在氣候適宜的情況下雪資源會在一段時間內，以固體狀態存在于地表，其保持固態的時間在不同自然環境背景下存在差異。固態雪資源的流動性較差，無法像雨水等液態水一樣形成地表徑流，因此在雪資源貯存的階段需要人為干預，如人工和機械設備推運、傾倒等，將雪資源存入地下雪窖。

在春季播種等需要大量用水且干旱的時期，對雪窖中的雪水資源進行提取，用于農業播種、果樹灌溉、畜牧飲用等，對于干旱情況較為嚴重的地區，還可配套加入凈化系統，將其作為人類生活用水，實現對雪水資源的跨時空充分利用，從而緩解小區域內水資源短缺的情況。

3應用前景

除對冬季雪水資源進行貯存外，雪窖貯存系統還可對夏季過剩雨水進行收集貯存，防止洪澇災害，蓄積雨水資源。

雨水可以通過兩種方式進入雪窖貯存系統：一是通過雪窖貯存取用通道匯人雪水儲存單元;二是傳統雨水收集方式，通過地表徑流匯集至地表儲水單元，再通過控制閘門，經連通管道，匯入儲存單元。

雪窖貯存系統主要應用于我國冬季降雪量較大的北方地區，也可推廣至具有相似氣候、社會特征的其他地區。現階段，我國北方地區存在較為嚴重的水資源短缺現象，同時，由于氣候條件、地區農耕習慣等原因，雪資源這一重要的固態水資源長期難以得到充分利用，導致大量冬季雪水資源浪費，造成地區水資源時空分布不均勻的現象。雪窖貯存系統的應用不僅可以使雪水資源得到跨時空充分利用，還可以節約更多的社會經濟資源，緩解因水資源短缺造成的經濟生產壓力，促進地區農業的發展，同時解決自然與社會問題，促進社會、經濟、自然的共同發展。