淺析北方干旱區雨水利用技術

陳孟霞 禹 然 李雅琴 白敬濤 於 潔 陳翠忠 徐威龍 謝可飛 王一凱 徐 昊

（石河子大學水利建筑工程學院，新疆 石河子 832003）

我國西北干旱區約占全國面積的27.3%，北方農業的可持續發展受干旱的影響較大，高效利用降雨資源能解決或緩解干旱。

1 干旱區雨水利用現狀

20世紀80年代至今，發達國家的雨水利用逐步成熟，如地表回灌系統、屋頂蓄水系統、雨水截污、屋面雨水集蓄系統與滲透系統和生態小區雨水利用系統等[1]。

我國雨水利用歷史悠久，但雨水集流系統在我國發展仍較緩慢。在1990年代，中國雨水利用還處于探究和研發階段且北方干旱區存在水資源數量極為有限，大規模開發的河流數量少，水土流失嚴重以及干旱氣候和疏松地質等問題，僅部分地區建立了小型且非標準的雨水利用工程。目前我國的雨水集流利用工程在北方干旱區已初具規模。同時在“21世紀初期首都水資源可持續規劃”和《建筑與小區雨水利用技術工程規范》（GB50400-2006）的推動下，雨水利用技術在中國得到進一步發展。但我國的雨水利用技術相比于世界領先的德國還是需要多加努力[2]。

2 干旱區雨水利用方式

2.1 綠地節水

以城市人行道綠化帶雨水收集利用為出發點，設計一種城市綠地雨水徑流的收集利用模式，綠化帶集雨模式的綠地類型主要有喬木、綠籬草坪花壇等，它主要依賴于城市人行道路面來進行雨水收集。該模型將路面設計為綠化帶網點面積，以該網點為區域中心周圍的路面設計為微微起伏地形，路面作為雨水收集面，最終形成城市人行道點集雨型的網點狀綠地[2]。

在地處北方干旱區的城市實行這種綠地雨水收集利用模式，并種植耐旱性較強的綠色植物，如白三葉草，冬青等。與傳統的未進行雨水收集相比，進行雨水收集的綠地土壤含水量顯著上升，增加深層土壤水分，以確保綠色植被長期的供水及其生長周期。

而不同規格的集水型綠地，其光合性能指標，形態和地上和地下生物量顯示的特點也不同，故根據當地土壤情況，氣候，降雨量，雨水水質等因素確定出大小合適的集雨區是保證綠植的正常增長和觀賞效果的關鍵。

2.2 直接利用

修筑小水庫、塘壩、水窖等工程設施，把集流面所攔雨水積蓄起來，再根據用途要求，經四大水處理技術或不同程度的技術組合處理。經處理后雨水可用于綠化環境、道路噴灑等,即用降水資源產品來取代自來水或景觀水。雨水時空分布極不均勻的西北干旱地區，如新疆石河子市約85%以上的降雨量集中在6～7月，年降雨量小于200mm，故不適合采用雨水收集回用系統。

2.3 雨水高效利用

新疆地區主要發展種植業，如棉花，紅棗，玉米，水稻等，故高效利用雨水在農業發展中尤為重要，它主要包括以下四個方面。

①輸水方式。為了增加雨水的利用率,我們使用管道輸送 ,其利用率可達97% ～ 99%,比傳統輸水節水35%,比砼質渠節水5% ～ 15%。

②節水灌溉形式。主要有噴灑灌溉、滴水灌溉、噴霧灌溉、管道灌溉等幾種形式。

③節水灌溉系統。灌溉系統是農田灌溉的重要組成部分，它是指在一定條件下，如氣候，土壤和農業技術措施，以便獲得一系列農田灌溉系統的作物的高產穩產，包括灌溉定額、灌溉定額、灌溉頻率和灌水時間。

④先進集水農業技術。隨著國內外科學技術的快速發展，我國研發出了許多先進的農業集水技術。比如使用保水劑，代抗旱劑為農作物集水[3]。

2.4 農田節水

在西北干旱區，雨水收集溝壟種植技術使旱地作物的水分狀況得到改善，使作物產量保持穩定。為了進一步提高雨水收集技術，并在此基礎上，研究開發可以有效地增加農作物水分比率的方法，緩解北方灌溉農田灌溉技術模式中灌溉用水的高消耗，低效率。即在干旱的典型地區，組建槽脊雨水收集和傳統收集兩種，考慮到作物關鍵灌溉生長期，形成8 個不同時期的處理，即大喇叭口期間1 次灌溉;大喇叭口期和揚花期均灌溉;揚花期1 次灌溉;整個灌溉[4]。

相較于不灌水而言，灌水可顯著提高土壤水分含量，農作物養分含量，各集雨補灌和畦灌處理均顯著提高了農田耗水模系數。雨水灌溉可以極大程度地提高農作物產量,但是降雨量越多，農作物產量增幅越少。與相應的畦灌相比,雨水灌溉可以顯著(P < 0.05)提高農作物的凈收入。對于降雨量小于200mm 的干旱區，適合采用溝壟集雨種植技術。

3 干旱區雨水利用實例

甘肅省“121 雨水集流工程“自1995 開展以來，會寧縣點澆地膜玉米8000 畝,畝產都在350kg 以上，秋季集蓄雨水都在40m3 以上。一系列的實踐證明，“121 工程”不僅是解決飲水的有效途徑，而且是在西北干旱山區水利建設的突破，開拓了山區經濟發展的新路[5]。總之，雨水集流工程對地區的經濟、社會、生態都大有益處。

4 干旱區雨水利用的展望

在干旱地區，農業的發展的受到了極大的限制，這主要是水資源不足造成的農作物減產。而北方的干旱具有發生頻率高，受災面積大，持續性長等特點，防旱減災任務艱巨。如何更有效地利用有限的水資源，目前仍是我們面前的重大課題。