大棚雨水蓄存系統方案比選

劉 凱，黃 乾，馬移軍

（1.山東省水利綜合事業服務中心，山東 濟南 250014；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014）

雨水直接收集利用歷史悠久，對半干旱、半濕潤及濕潤地區的農業灌溉發展起到了積極作用。隨著水資源的短缺和農業用水的進一步壓縮，雨水由于水質良好，作為農業和生活中可替代的水源，是一個成功可行的用水策略和方法[1]。

壽光市蔬菜大棚種植面積超過4 萬hm2，以使用地下水灌溉為主，壽光市北部地區，地表水缺乏，受海水入侵影響，淺層地下水含鹽量高不適宜作物灌溉，長期抽取深層地下水導致漏斗區面積不斷擴大。

壽光市作為利用亞行貸款進行漏斗區域治理的示范區，在壽光北部項目區示范推廣能夠進行雨水集蓄利用的綠色智能大棚供水灌溉系統，以大棚棚膜作為集雨面，收集利用清潔雨水代替傳統地下水水源進行灌溉，取得了較好的效果，達到了節水壓采的目的。

1 項目區基本情況

壽光市位于山東半島北部，渤海萊州灣西南岸，地處濱海平原，是我國重要的蔬菜生產基地。壽光市屬于半濕潤區，年均降水量為554.1 mm，為暖溫帶大陸行季風氣候。近年來，隨著壽光市經濟的不斷發展，地下水資源利用過度，地下水漏斗區域面積不斷擴大。

示范項目區位于壽光市北部清水泊農場，該地區淺層地下水為咸水，農場內大棚蔬菜采用深層地下水作為灌溉水源，隨著節水壓采的政策要求，以雨水集蓄利用作為替代水源是可行的方法。農場內的蔬菜大棚為本地常見的薄膜大棚，大棚長寬為200 m×10 m 左右，利用土墻作為北墻和側墻，大棚之間有行車土路和空地。推廣設施農業蔬菜大棚雨水集蓄利用技術，在蔬菜生長期內利用雨水代替常規地下水源，具有較好的典型示范性和推廣價值。

2 設施農業雨水集蓄工程

設施農業（溫室）雨水集蓄設施利用集雨面，通過修建集雨槽、沉淀池、地下集雨池（窖）等設施將降落在溫室、大棚等的塑料棚膜面上的雨水收集存儲起來，再將雨水通過灌溉系統利用于設施農業生產[2]。在大棚雨水集蓄設施中，蓄存工程投資是整個設施中投資的主體，占到工程總投資的70%以上。蓄存工程的規模、材料、形式是決定雨水集蓄利用工程經濟合理和可靠性的最重要的環節。因此，在壽光市“亞行貸款地下水漏斗區域綜合治理示范項目——綠色大棚棚頂雨水收集”示范工程建設伊始，對雨水蓄存工程方案進行了充分的比較，從工程造價、儲水能力、材料環保、維護管理、便于施工、運行管理、占地等方面進行了形式和材料比較優選。

3 雨水蓄存工程方案比選

3.1 預選方案

在綠色大棚雨水收集系統的初始方案中，就確定了蓄存采用閉合式存儲系統。因為開放式表面儲存，如開敞式水池、水塘等，雖然工程造價低，容易管理，形成親水美景，但水池占地后無法再利用,無法大面積推廣。采用閉合式存儲系統方案中，初選了鋼筋混凝土地下蓄水池（Concrete Tank，簡稱CT 方案）、PP 蓄水模塊（PP Module，簡稱PPM 方案）、管道式蓄水結構（Pipe Storage，簡稱PS 方案）三種方案。三種方案中都具有各自的優點和缺點，應從各方面綜合比較，并結合當地群眾的接受程度選擇實施。

3.2 方案比較因素

在進行蓄水池因素比選時，主要考慮因素包括工程造價、建筑物抗浮抗壓、施工難易程度、材料環保、工程壽命、維護管理等幾個方面。通過綜合比較，可以初步確定雨水蓄存工程方案。

1）從造價方面看CT 方案、PPM 方案和PS方案中，設計蓄水條件下的單方蓄水造價從高到低依次為：PPM 方案＞CT 方案＞PS 方案。

2）建筑物抗浮抗壓。三種結構形式和材料，都可以形成穩定的結構空間，蓄水池上面回填后可以恢復地表，項目區地下水位較深，抗壓抗浮三種方案均可行。地表恢復后均可進行種植和地面人車通行。

3）施工難易程度。CT 方案施工難度最大，基坑挖深大，對水文地質條件要求高，PPM 方案其次，PS 方案施工難度最低。

4）材料環保性。如果管道式蓄水結構采用PE 管或者玻璃鋼管材料，則PPM 方案和PS 方案均使用環保可再利用材料，優于CT 方案。如果管道式蓄水結構采用混凝土、夾鋼混凝土等材料，則PPM 方案優于PS 方案和CT 方案。

5）維護管理和使用。三種方案的后期運行維護管理難度、工程使用壽命相當。通過比較，該項目選擇了利用管道式蓄水結構作為雨水蓄存的工程結構形式。

3.3 方案優化

結合本工程雨水收集利用的實際情況，選擇利用管道式蓄水結構，管材可以使用鋼筋混凝土管、鋼管、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼夾砂管（FRP）、PE 管、預應力加鋼PE 管（SRPE）管等材料。選用的管材應具有一定的抗壓、抗滲、抗腐蝕（項目區淺層地下水為堿性硬水），且滿足有供貨的定型產品，方便柔性接頭連接、開通氣孔等設計要求，造價適中，使用壽命長等特點。根據綜合考慮，優選利用玻璃鋼夾砂管作為最終管道式蓄水結構所選管材。

根據項目區場地和蓄水庫容要求，將3 根DN2000 玻璃鋼夾砂管道組件東西向相鄰放置，組件間距1 m，管頂覆土厚度為1.4 m，施工完畢后不影響綠化、蔬菜種植和通行。雨水蓄存管道具備檢修孔、通氣孔、提水豎井、溢流裝置等。該雨水蓄存設施與雨水匯流設施、高效灌溉設施組合，成為完整的直接利用雨水的水費一體化高效節水灌溉工程體系。

4 應用效果

“亞行貸款地下水漏斗區域綜合治理示范項目——綠色大棚棚頂雨水收集”工程實施后，已投入使用，可以替代部分地下水源，顯示了較好的生態環境效益和經濟效益，對北方大棚區而言，是一項值得推廣的實用技術。