浅析北方干旱区雨水利用技术

陈孟霞 禹 然 李雅琴 白敬涛 於 洁 陈翠忠 徐威龙 谢可飞 王一凯 徐 昊

（石河子大学水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003）

我国西北干旱区约占全国面积的27.3%，北方农业的可持续发展受干旱的影响较大，高效利用降雨资源能解决或缓解干旱。

1 干旱区雨水利用现状

20世纪80年代至今，发达国家的雨水利用逐步成熟，如地表回灌系统、屋顶蓄水系统、雨水截污、屋面雨水集蓄系统与渗透系统和生态小区雨水利用系统等[1]。

我国雨水利用历史悠久，但雨水集流系统在我国发展仍较缓慢。在1990年代，中国雨水利用还处于探究和研发阶段且北方干旱区存在水资源数量极为有限，大规模开发的河流数量少，水土流失严重以及干旱气候和疏松地质等问题，仅部分地区建立了小型且非标准的雨水利用工程。目前我国的雨水集流利用工程在北方干旱区已初具规模。同时在“21世纪初期首都水资源可持续规划”和《建筑与小区雨水利用技术工程规范》（GB50400-2006）的推动下，雨水利用技术在中国得到进一步发展。但我国的雨水利用技术相比于世界领先的德国还是需要多加努力[2]。

2 干旱区雨水利用方式

2.1 绿地节水

以城市人行道绿化带雨水收集利用为出发点，设计一种城市绿地雨水径流的收集利用模式，绿化带集雨模式的绿地类型主要有乔木、绿篱草坪花坛等，它主要依赖于城市人行道路面来进行雨水收集。该模型将路面设计为绿化带网点面积，以该网点为区域中心周围的路面设计为微微起伏地形，路面作为雨水收集面，最终形成城市人行道点集雨型的网点状绿地[2]。

在地处北方干旱区的城市实行这种绿地雨水收集利用模式，并种植耐旱性较强的绿色植物，如白三叶草，冬青等。与传统的未进行雨水收集相比，进行雨水收集的绿地土壤含水量显著上升，增加深层土壤水分，以确保绿色植被长期的供水及其生长周期。

而不同规格的集水型绿地，其光合性能指标，形态和地上和地下生物量显示的特点也不同，故根据当地土壤情况，气候，降雨量，雨水水质等因素确定出大小合适的集雨区是保证绿植的正常增长和观赏效果的关键。

2.2 直接利用

修筑小水库、塘坝、水窖等工程设施，把集流面所拦雨水积蓄起来，再根据用途要求，经四大水处理技术或不同程度的技术组合处理。经处理后雨水可用于绿化环境、道路喷洒等,即用降水资源产品来取代自来水或景观水。雨水时空分布极不均匀的西北干旱地区，如新疆石河子市约85%以上的降雨量集中在6～7月，年降雨量小于200mm，故不适合采用雨水收集回用系统。

2.3 雨水高效利用

新疆地区主要发展种植业，如棉花，红枣，玉米，水稻等，故高效利用雨水在农业发展中尤为重要，它主要包括以下四个方面。

①输水方式。为了增加雨水的利用率,我们使用管道输送 ,其利用率可达97% ～ 99%,比传统输水节水35%,比砼质渠节水5% ～ 15%。

②节水灌溉形式。主要有喷洒灌溉、滴水灌溉、喷雾灌溉、管道灌溉等几种形式。

③节水灌溉系统。灌溉系统是农田灌溉的重要组成部分，它是指在一定条件下，如气候，土壤和农业技术措施，以便获得一系列农田灌溉系统的作物的高产稳产，包括灌溉定额、灌溉定额、灌溉频率和灌水时间。

④先进集水农业技术。随着国内外科学技术的快速发展，我国研发出了许多先进的农业集水技术。比如使用保水剂，代抗旱剂为农作物集水[3]。

2.4 农田节水

在西北干旱区，雨水收集沟垄种植技术使旱地作物的水分状况得到改善，使作物产量保持稳定。为了进一步提高雨水收集技术，并在此基础上，研究开发可以有效地增加农作物水分比率的方法，缓解北方灌溉农田灌溉技术模式中灌溉用水的高消耗，低效率。即在干旱的典型地区，组建槽脊雨水收集和传统收集两种，考虑到作物关键灌溉生长期，形成8 个不同时期的处理，即大喇叭口期间1 次灌溉;大喇叭口期和扬花期均灌溉;扬花期1 次灌溉;整个灌溉[4]。

相较于不灌水而言，灌水可显著提高土壤水分含量，农作物养分含量，各集雨补灌和畦灌处理均显著提高了农田耗水模系数。雨水灌溉可以极大程度地提高农作物产量,但是降雨量越多，农作物产量增幅越少。与相应的畦灌相比,雨水灌溉可以显著(P < 0.05)提高农作物的净收入。对于降雨量小于200mm 的干旱区，适合采用沟垄集雨种植技术。

3 干旱区雨水利用实例

甘肃省“121 雨水集流工程“自1995 开展以来，会宁县点浇地膜玉米8000 亩,亩产都在350kg 以上，秋季集蓄雨水都在40m3 以上。一系列的实践证明，“121 工程”不仅是解决饮水的有效途径，而且是在西北干旱山区水利建设的突破，开拓了山区经济发展的新路[5]。总之，雨水集流工程对地区的经济、社会、生态都大有益处。

4 干旱区雨水利用的展望

在干旱地区，农业的发展的受到了极大的限制，这主要是水资源不足造成的农作物减产。而北方的干旱具有发生频率高，受灾面积大，持续性长等特点，防旱减灾任务艰巨。如何更有效地利用有限的水资源，目前仍是我们面前的重大课题。