中图分类号: S157; TV213. 4 文献标识码:A doi: 10. 3969 / j. issn. 100021379. 2010. 01. 021
水土流失和干旱缺水是导致黄土高原半干旱区人民生活贫困、生产力低下、经济落后和生态环境恶化的主要原因。雨水利用是减缓水土流失和干旱缺水的有效途径[ 1 ] ,是改善生态环境和提高土地生产的结合点,是实现生态环境恢复、资源可持续利用的重要手段。
1 雨水资源化的必要性及可能性
黄土高原半干旱区年降水量一般为250～600 mm,且季节分配不均匀,年内6—9月集中了年降水总量的70%左右。该区土质组成单一、土层深厚、地下水位较低,在降雨初期下渗损失严重;降雨中后期又易出现超渗产流,一部分降雨以径流形式流失。夏季作物生育期与秋季作物生育中期均处于低雨量期,不能满足作物需求。因此,需要对雨水资源进行高效集约利用。
黄土高原半干旱区雨水资源量为2 500～6 000 m3 /hm2 ,其中20%～30%被作物利用。雨水具有可储性、可分配性和可蒸发性的特点,进行雨水资源的集蓄利用是可行的[ 2 - 4 ]。
2 雨水资源化
雨水资源化是指雨水被开发、利用、转化为资源并产生其价值的过程[ 5 ]。当雨水作为一种用来满足生活和生产及其生态环境需要的物质资料时,它就成为雨水资源[ 6 ]。所有形式的水资源(包括河川径流、地下水等) ,从根本上说都来自雨水,因而雨水资源化不仅涵盖了雨水集流的家庭利用和雨养农业利用,而且还包括人工增雨、水土保持、水源地涵养、城市防洪和生态环境改善等水资源利用的各个方面。一般文献中提到的雨水利用是指对雨水的原始形式和最初转化为径流或地下水、土壤水阶段的利用,可将其称为狭义的雨水利用,内涵至少应包括: ①解决人畜饮水的家庭利用; ②用于作物补灌的农业雨水利用; ③用于消防、城市绿地灌溉的城市雨水利用; ④雨水的地下水补给利用。
农业雨水利用是指通过自然过程或人为过程将雨水用于农业生产以提高作物产量和改善农业生态系统的利用。根据农业雨水利用方式的不同,有的学者将农业雨水利用分为雨水自然利用、叠加利用和聚集利用[ 7 ] ;有的学者则将其分为雨水的原始利用或自然利用、被动利用和主动利用[ 8 ]。
3 雨水资源化技术
雨水资源化技术主要包括雨水收集技术、雨水储存技术、雨水净化技术和雨水灌溉技术[ 9 ]。
3. 1 雨水汇集技术
雨水汇集技术是雨水资源化的关键技术。雨水汇集是指利用天然或人工修筑的集流面,汇集雨水形成的地表径流以备高效利用。利用庭院屋顶、路面及一些城市建筑物收集雨水,具有投资少、集流效率高等优点。在黄土高原地区,将汇集的雨水用于作物补充灌溉是提高粮食产量的重要举措[ 10 ]。在生产中可采取混凝土、塑料薄膜、水泥土夯实、三七灰土夯实、原土夯实等措施对集流面进行处理,提高雨水的收集效率,不同材料处理的集流效率见表1。
表1 不同集水面的集水效率 %
应用经济、合理、安全、高效的防渗材料对集流面进行人工防渗处理,可以提高集流面的集流效率,各防渗材料的使用效果及其使用寿命见表2。
表2 不同集雨处理技术的效果及使用寿命
3. 2 雨水储存技术
雨水储存是雨水集蓄利用系统的中间环节,是指将集流面汇集的雨水通过导流渠(管)引入蓄水设施储存,在需水时从蓄水设施取水的过程。我国北方干旱半干旱地区使用较多的蓄水设施有水窖、塘坝、涝池等[ 11 - 12 ]。水窖主要用于人畜饮水和部分农田补灌,具有修建容易、使用方便、不易污染以及渗漏蒸发少等特点,是目前雨水储存的主要形式。随着雨水集蓄利用技术的发展和可利用集流面材料范围的不断扩大,蓄水工程的类型也在不断变化,水窖、蓄水池、涝池和塘坝等都被用来储存雨水,传统的土窖逐步被新型材料建造的水窖所取代。
3. 3 雨水净化技术
降落于地表的雨滴本身带有空气中的一些尘埃及大气污染物,再加上一般地区集流面没有适当的卫生防护设施,使得汇集于蓄水设施中的雨水水质较差。其主要保护措施有:降雨前清扫集流面;设置沉沙池、滤网;水窖加盖;定期清洗水窖等。在采取保护措施的同时,应对储存的雨水进行净化。
雨水净化技术是指集蓄的雨水水质处理和净化技术。对于不同用途的窖水,应采取不同的水质处理和净化措施。对用作生活用水的窖水,应投入一定量的“漂白粉”和“灭疫皇”进行灭菌消毒;当水比较浑浊时,应投放一定量的明矾,同时将水煮沸后才可饮用。对用作作物灌溉的窖水,在水窖出水管上安装一定规格的网式过滤器除去水中杂质即可。
3. 4 集蓄雨水的利用技术
充分高效、经济合理地利用雨水是保证整个雨水集蓄利用技术体系取得最大效益的关键环节。集雨农业的出发点是从时空上调节雨水分配,使水分供给与作物需水相吻合。在干旱半干旱地区,水分亏缺限制了作物的生长,如果解除水分胁迫,初级生产力将会提高到目前的4～5倍。集雨农业必须采用节水灌溉方式(微喷灌、滴灌、渗灌、点浇、穴灌等) ,并与农业节水措施(覆盖、松耕等) 相结合, 有条件的地方应使用设施农业[ 13 ]。
雨水灌溉的关键是分析当地天然降水的时空分布规律,按照各种作物不同生长期需水量,选择作物生长需水关键期和缺水严重期进行补充灌溉,达到充分和高效利用雨水的目的[ 14 ]。目前采用的主要灌溉方式有点浇点种、坐水种、地膜穴灌、膜上膜下灌、滴灌等。针对不同的作物,宜采取不同的灌溉方法、灌溉次数和灌溉定额。
4 雨水资源化对区域环境的影响
4. 1 雨水资源化与水土保持
干旱半干旱地区降雨产生的径流很快下泄,冲刷土壤,雨后又容易干旱,农作物产量低而不稳[ 15 ]。雨水集蓄工程能有效增加土壤水分储量和抵御干旱能力,防止水土流失。如山西省运城地区通过雨水集蓄工程建设,共可拦蓄地表径流量152万m3 ,年拦泥沙量6. 3万t[ 16 ] 。同时集雨微灌工程改善了作物和林木的生长条件,增加了林草覆盖率,从而达到了水土保持的目的。
4. 2 雨水资源化与区域生态环境
干旱半干旱地区雨水资源化利用,可以提高作物产量和林草成活率, 改善农田生态系统, 增强区域生态系统的稳定性[ 17 - 19 ]。庭院屋顶雨水集蓄利用可解决人畜饮水问题,城市雨水收集可用于绿地灌溉,具有良好的环境效益;而地下水补灌,可缓解已形成的地下水漏斗和由此产生的地下水环境问题。但是人工雨水集蓄也干扰了正常的水文循环,对区域的径流、蒸发、入渗及地下水位产生影响,尤其在降雨量少的干旱半干旱地区, 要防止雨水资源的过度利用对环境带来的负面影响。
5 结 语
雨水资源的正确评价对其合理开发利用具有十分重要的意义。在雨水资源评价中,除对雨水资源的总量进行评价外,更重要的是对可开发利用的雨水资源潜力进行合理评价,确定合理的开发量。雨水资源的评价应防止过度利用而产生环境问题。
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作者简介:余海龙(1979—) ,男,甘肃酒泉人,讲师,博士,研究方向为雨水资源高效利用和生态恢复工程。
