北票市集雨水窖試點項目建設(shè)與效益分析

曲 霞

（朝陽市閻王鼻子水庫工程建設(shè)管理局，遼寧 朝陽 122000）

0 前言

朝陽地區(qū)干旱缺水，水資源嚴(yán)重匱乏，降雨時空分布不均，季節(jié)性缺水現(xiàn)象嚴(yán)重，近三分之一的耕地為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)灌溉用水全部開采地下水，多年來地下水位持續(xù)下降，地表徑流銳減，供需矛盾突出，干旱是制約朝陽市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。因此迫切需要推廣一種新型灌溉技術(shù)，用于解決降雨時空分布不均問題，又不與其他作物爭用地表水、地下水，避免過度開采地下水的問題。朝陽市借鑒我國西北地區(qū)集雨水窖補充灌溉節(jié)水技術(shù)，結(jié)合本市實際自然條件，以朝陽市北票市為試點，首次在龍?zhí)舵?zhèn)三家梁村溫家山東區(qū)建設(shè)集雨水窖試點項目1 項，用于解決朝陽市資源性缺水的丘陵坡地果樹臺田的補充灌溉，提高果樹的灌溉保障率，緩解部分地區(qū)灌溉水源保障能力不足，提高果樹的產(chǎn)量，增加農(nóng)民的收入。

1 項目區(qū)基本情況

朝陽北票市位于遼寧西部，屬于“七山一水二分田”的丘陵地區(qū)，全市總面積4469 km2，其中：耕地面積11.4 萬hm2，果樹面積0.867 萬hm2，年均降水量452 mm，干旱大陸季風(fēng)氣候，降雨時空分布不均，季節(jié)性缺水現(xiàn)象突出，十年九旱。北票市是一個水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)，人均占有水資源量僅為538 m3，僅占全省平均水平的2/3，全國平均水平的1/4，全市多年平均水資源總量為3.22 億m3，其中地表水資源量多年平均為3.17 億m3，地下水資源量多年平均為1.65 億m3。2019 年，全市地下水可開采量為8151 萬m3，且主要分布在大凌河、牤牛河等河流兩岸，時空分布差異大，偏遠山區(qū)水資源可開采量小。

多年來，北票市大力開展農(nóng)田基本建設(shè)，主要采取建設(shè)機械深井、大口井、自流灌區(qū)的水源形式，以開采地下水為主，基本沒有收集雨水的工程措施，建成水庫灌區(qū)8 條，自流引潛灌區(qū)15 條，由于多年來地下水位持續(xù)下降，地表徑流銳減，造成部分水庫枯干，有14 條灌區(qū)的取水水源幾乎干涸，現(xiàn)有可利用灌區(qū)9 條，灌溉機井3805 眼，有效灌溉面積4.034 萬hm2，主要分布在河流兩岸平坦地塊，灌溉形式主要為補給型灌溉，每年一般灌溉2 次～3 次，多數(shù)偏遠山區(qū)不具備水資源條件，耕地為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，導(dǎo)致林果業(yè)發(fā)展緩慢、農(nóng)業(yè)收入低而不穩(wěn)。

2 工程規(guī)模

項目計劃在北票市龍?zhí)舵?zhèn)三家梁村溫家山東區(qū)建設(shè)集雨水窖試點工程12 處，補充果樹灌溉面積27.66 hm2，項目區(qū)栽植蘋果樹，樹齡已達2 年以上。工程計劃采用新型軟體水窖結(jié)構(gòu)，計劃建設(shè)軟體水窖12 座，沉沙池3 座、攔污柵6 處，集流工程12 處，其中：攔蓄山溝地表明流2 處、利用屋頂庭院1 處，利用天然土坡土路1 處，防滲布8 處。項目總投資62.49 萬元，其中：工程直接費用61.03 萬元、獨立費用1.46 萬元。

3 工程設(shè)計

3.1 集流工程

集流工程由集流面、匯流溝和輸水渠組成，本次設(shè)計集流面采用新型軟體水窖材料和防滲布進行防滲。同時，對利用屋頂及庭院作為集雨面，每處項目建設(shè)一座集雨水窖，利用天然土坡、土路集流的，在進水口前設(shè)置沉沙池。對硬化集流面的土基進行翻夯處理，深度不小于30 cm，干密度不小于1.5 t/m3，防滲布作為集流面的需要對防滲布進行錨固。建設(shè)集流面基本情況如下：

（1）山洪溝溪水集流面

龍?zhí)舵?zhèn)三家梁村溫家溝東區(qū)，地形為丘陵坡地，現(xiàn)有一條山溝泉眼，只在較大旱情時，才會出現(xiàn)斷流，一般年景每日出水量100 m3，能夠滿足集流匯水要求。

（2）自然土坡集流面

所選地形全部為丘陵坡地，因為進行試點建設(shè)，選取1 處自然土坡集流面試點，匯流溝為天然形成的自然洪溝，自然比降20‰以上，果園面積在6.67 hm2以上，本次需用集流面積每處最大集流面1 hm2左右，能夠滿足本次建設(shè)要求。

（3）防滲布集流面

利用自然山坡，清除地表雜物，形成邊坡大于1‰，在表面鋪設(shè)防滲布作為集流面。

（4）屋頂庭院集流面

利用現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)的屋頂庭院，作為集流面，修建匯流渠，收集雨水，集流面能夠滿足工程建設(shè)需求。

3.2 蓄水工程

3.2.1 供水定額確定

集雨水窖建設(shè)地點的作物類型為蘋果，灌水方式采取點灌（穴灌），北票市多年平均降水量452 mm，根據(jù)規(guī)范，在250 mm～500 mm 地區(qū)，每次灌水定額取用150 m3/hm2。

3.2.2 需水量確定

灌溉水源為原有灌溉工程和修建的集雨水窖工程互相補充灌溉的形式，在利用集雨水窖灌溉水量的基礎(chǔ)上，不足部分由原有灌溉工程取水灌溉。項目區(qū)原有灌溉水源工程1 處，能夠保證部分灌溉用水，按照每年灌溉2 次，灌水周期200 h 左右，年供水量7169 m3，集雨水窖作為補充灌溉，工程現(xiàn)狀見表1。

表1 項目區(qū)工程現(xiàn)狀情況表

年降水量取用多年平均降水量，灌溉設(shè)計保證率為50%，規(guī)范規(guī)定每年灌水次數(shù)至少2 次，本次項目區(qū)選用年灌水次數(shù)2 次，灌溉方式為點灌，灌水定額150 m3/hm2，集雨水窖補充灌溉需水量見表2。

表2 集雨水窖工程需水量計算表

3.2.3 蓄水容積計算

蓄水容積總量根據(jù)需水量確定，灌溉設(shè)計保證率為50%，容積系數(shù)取用0.83，損失系數(shù)取用0.07，年供水水量1131 m3，蓄水容積選用1010 m3，每座水窖容積的大小根據(jù)集流面結(jié)構(gòu)形式、地形地勢，本著規(guī)格尺寸盡量統(tǒng)一，便于施工等因素綜合確定，選用水窖規(guī)格、數(shù)量及容積見表3。

表3 集雨水窖工程蓄水容積計算表

蓄水工程采用高分子“合金”織物增強柔性復(fù)合材料制成的新型軟體水窖，軟體集雨水窖是高分子“合金”織物增強柔性復(fù)合材料制成，為定型產(chǎn)品，根據(jù)容積大小定做，一次成型，具有阻燃性，耐酸堿鹽性，達到歐盟標(biāo)準(zhǔn)；拉伸強度（經(jīng)緯）3800/3200N/5 cm，撕裂強度（經(jīng)緯）420/380N，即每5 cm 的長度上能夠承受400 kg 重量的拉力，耐高溫耐嚴(yán)寒，可在-30℃～70℃范圍內(nèi)正常使用；耐酸堿鹽、阻燃性好，可在pH 為1～12范圍中使用；正常設(shè)計使用年限10 a，已經(jīng)在我國西北地區(qū)試驗推廣。軟體水窖安裝前，需根據(jù)水窖規(guī)模尺寸，預(yù)先挖出矩形坑槽，進行夯實，四周(每隔100 cm 左右)采用鋼釬卡扣固定安裝，設(shè)置進水口和堵水設(shè)施，出水口預(yù)留出水管，設(shè)置在距離水窖頂部30 cm 處（見圖1）。

圖1 集雨水窖結(jié)構(gòu)示意圖

集雨水窖規(guī)格及數(shù)量如下：

300 m3水窖2 座：每座水窖長50 m、寬4 m、高1.5 m，水窖以上超高0.5 m。

100 m3水窖1 座：每座水窖長18 m、寬4 m、高1.5 m，水窖以上超高0.5 m。

50 m3水窖2 座：每座水窖長9 m、寬4 m、高1.5 m，水窖以上超高0.5 m。

30 m3水窖7 座：每座水窖長5 m、寬4 m、高1.5 m，水窖以上超高0.5 m。

3.3 凈水設(shè)施

凈水設(shè)施包括沉沙池和攔污柵，利用自然土坡作為集雨面的，在軟體水窖進水口前設(shè)置一座沉沙池，沉沙池為開敞式，便于清理，每座分兩格，C20 混凝土結(jié)構(gòu)，長3 m、寬2 m、深1 m，每座軟體水窖及沉沙池設(shè)置1 處攔污柵，攔污柵為Φ12 鋼筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)眼不大于3 cm，應(yīng)根據(jù)淤積情況定期對淤積雜物進行清理，確保每次集流達到沉淀效用。

3.4 節(jié)水灌溉系統(tǒng)

采取點灌的灌溉方式，人工移動出水管，根據(jù)影響作物的需水關(guān)鍵期及需要補充灌溉的需水量，依次進行灌溉。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

集雨水窖工程實施后，能夠進一步提高雨水資源利用效率，使雨水資源化，解決了降雨時空分布不均的困擾，有效促進林果業(yè)發(fā)展，提高果品質(zhì)量，進一步增加農(nóng)民收入，促進鄉(xiāng)村振興。工程實施后，補充作物灌溉水量1131 m3，節(jié)約開采地下水1131 m3，利用原有水源和水窖滿足作物一次補充灌溉面積27.66 hm2。同時，所選地塊果樹已成形，1 a～2 a 全部進入盛果期，預(yù)期每年可增產(chǎn)水果33200 kg，增收30 萬元左右。

表4 集雨水窖工程預(yù)期效益分析表

4.2 社會效益

北票市多年來由于水資源分配不均，部分偏遠地區(qū)水利設(shè)施基礎(chǔ)薄弱，灌溉水源沒有保障，導(dǎo)致農(nóng)戶種植結(jié)構(gòu)單一、收入低，干旱缺水也是造成部分農(nóng)戶貧困的原因之一。建設(shè)集雨水窖，可以使部分農(nóng)戶有一個補充灌溉保障，使偏僻地塊很好的利用起來，促進林果業(yè)及經(jīng)濟作物的發(fā)展，形成穩(wěn)定兜底的產(chǎn)業(yè)項目，助力脫貧攻堅。試點工程地形選擇在丘陵坡地果樹臺田上，項目區(qū)栽植蘋果樹齡已經(jīng)2 a 以上，果樹成形，在作物最為需水的播種、座花、座果時期，澆上一次水，每個水窖就發(fā)揮了其最大的“保命”作用，發(fā)展?jié)摿Υ螅岣吡宿r(nóng)戶積極性，推廣潛力巨大。

4.3 生態(tài)效益

朝陽地區(qū)干旱缺水，水資源嚴(yán)重匱乏，降雨時空分布不均，季節(jié)性缺水現(xiàn)象嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)灌溉用水全部開采地下水，多年來地下水位持續(xù)下降，地表徑流銳減，供需矛盾突出，干旱是制約朝陽市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。集雨水窖工程建成后，徹底打破了地域、時空的約束，科學(xué)合理的利用了天上水，使雨水資源化，解決了降雨時空分布不均的困擾，又不與其他作物爭用地表水、地下水，避免過度開采地下水，緩解部分地區(qū)灌溉水源保障能力不足。從灌溉保障率看，由于部分地區(qū)水位下降，導(dǎo)致出水量不足，修建集雨水窖，能夠進一步補充灌溉水源，提高灌溉保障率。