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水资源管理学导论

                              姜文来 唐曲 雷波 等著

化学工业出版社,北京,2005


三、雨水利用

雨水利用就是直接对天然降水进行收集、储存并加以利用,雨水利用可以粗略地分为农业利用和城市利用。

(一)农业雨水利用

雨水资源的利用有悠久的历史。4000年以前,古代中东的纳巴特人(Nabateans)在涅杰夫沙漠,把从岗丘汇集的径流由渠道分配到各个田块,或把径流贮存到窖里,以供农作物利用,获得了较好的收成。自20世纪70年代以来,美国、前苏联、突尼斯、巴基斯坦、印度、澳大利亚等国对集水面进行了大量研究。近年来,世界各地悄然掀起了雨水利用的高潮,并成立了国际雨水集流系统协会(IWRA),19821997年在世界各地召开了8次国际雨水收集大会。联合国粮农组织和国际干旱地区农业研究中心,对雨水资源的利用也很重视。以色列、美国、澳大利亚等国成立了干旱研究机构,专门研究有关农业用水的问题(任杨俊,2000)。

我国4100年夏朝的后稷便开始推行区田法。战国末期有了高低畦种植法和塘坝,明代出现了水窖。本世纪5060年代,创造出鱼鳞坑、隔坡梯田等就地拦蓄利用技术。近年来,各地纷纷实施雨水集流利用工程,如甘肃的“121”工程,陕西的“甘露工程”,山西的“123”工程,宁夏的“窖窑工程”和内蒙的“11338”工程。通过雨水就地拦蓄入渗、覆盖抑制蒸发利用、雨水富集等技术,提高了雨水的利率。

雨水利用的形式很多,包括:(1)雨水的当时和就地的利用,包括为了捉高土壤水利用率的措施,如深耕耙耧,覆盖保墒等;(2)水土保持措施,主要是拦截降水径流,提高土壤水分含量,梯田、水平沟、鱼鳞坑、以及在小流域治理中的谷坊、淤地坝等治沟措施;(3)拦截雨洪进行淤灌或补给地下水;(4)微集雨,即利用作物或树木之间的空间来富集雨水,增加作物区或树木生长区根系的水分;(5)雨水集蓄利用,是指采取人工措施,高效收集雨水,加以蓄存和调节利用的微型水利工程。

我国开展雨水集蓄利用的范围主要涉及13个省(市、自治区),700多个县,国土面积约200多万km2,人口2 6亿。主要在西北黄土高原丘陵沟壑区、华北半干旱山区、西南季节性缺水山区、川陕干旱丘陵山区以及沿海及海岛淡水缺乏区。据统计,从20世纪80年代后期到现在,全国已建成水窖、水池、小塘坝等小微型工程1200万处,可集蓄雨水160亿m3,初步解决3600万人的饮用水问题,为近267万hm2旱作农田提供了补充灌溉水源,使近3000万人开始摆脱干旱缺水的束缚和困扰(朱强等,2004)。农业雨水利用具有显著的经济效益和社会效益,以黄土高原为例,西北地区作物地年总无效蒸发耗水达33亿立方米,若采取集流保墒措施,年可减少蒸发损失6 4亿立方米。如果收集居民工矿地和交通地的汇流潜力,可使西北的粮食增产超过10%,初步推算黄土高原地区可增产粮食约28 亿公斤(徐学选等,2000)。

 

(二)城市雨水利用

城市雨水利用与以下几种方式,(1)屋面雨水集蓄利用,利用屋顶做集雨面用于家庭、公共和工业等方面的非饮用水,如浇灌、冲厕、洗衣、冷却循环等中水系统。(2)屋顶绿化雨水利用,屋顶绿化是一种削减径流量、减轻污染和城市热岛效应、调节建筑温度和美化城市。(3)园区雨水集蓄利用,绿地入渗,维护绿地面积,同时回步地下水。(4)雨水回灌地下水,在一些地址条件比较好的地方,进行雨洪回灌,人工补给地下水。

城市雨水利用有很多成熟的案例。伦敦世纪圆顶的雨水收集利用系统。英国2000年在伦敦修建了世纪圆顶示范工程,该工程面积10万m2,相当于12个足球场大小。设计者将从圆顶盖上收集雨水在芦苇床中进行处理,处理过程包括两个芦苇床(每个的表面积为2502)和一个塘(其容积为3003),将雨水利用与生态有机地结合起来,体现了人与自然的和谐。位于柏林的HLankwitzBeless luedecke Strasse公寓,将从屋顶、周围街道、停车场和通道收集的雨水,通过雨水管道送入1603地下贮水池,经简单的处理步骤后用于冲厕所和浇洒庭院。丹麦从屋顶收集的降雨量为2290万m3,相当于目前饮用水生产总量的24%(王琳等,2001)。新加坡水资源短缺,人均水资源为2113,占世界倒数第二位,该国40%的水主要通过集雨来解决,几乎每栋楼顶都有专门用于收集雨水的蓄水池,经过专门的管道输送到全国18个水库储存,供城市利用。

城市雨水利用具有重要的积极作用,主要表现在以下几个方面,(1)雨水渗透能够适当提高地下水位,补充地下水,对于地下水超采城市来说具有更重要的意义。(2)雨水利用,减少了城市街道雨水径流量,减轻城市排水的压力,甚至一些区域不必铺设雨水管道,同时有效降低雨污合流,减轻污水处理的压力。(3)雨水利用用于工农业用水和生活用水,为城市提供新的供给水源,缓节水资源供需矛盾。

我国城市雨水利用具有很大的潜力。我国城市雨水利用潜力如下表3-4-1。

 

3-4-1 我国城市雨水利用潜力估算

项目

1997

2010

2030

2050

城市人均绿地面积(3

31

35

39

40

绿地总面积(2

114.7

192.5

292.5

384

绿地入渗补给量(亿3

37.2

63.5

94.8

124.4

城市不透水面雨洪水量(亿3

69.4

118.5

176.9

217.7

绿地雨洪水量(亿3

11.9

20.3

30.3

37.3

绿地雨洪总水量(亿3

81

139

207

255

城市雨洪利用量(亿3

32.5

55.5

82.9

102.0

城市雨水利用量(亿3

69.7

119.0

177.7

226.4

资料来源,钱易等主编,中国城市水资源可持续利用开发利用,2002。

 

从表3-4-1可以看出,我国雨水利用具有很大的潜力,科学地开发利用雨水资源,能有效地缓解我国水资源供需,促进经济社会和环境的协调发展。 

(三) 洪水资源化

  洪水给人类带来过巨大灾难,但其本身并不单具有灾害属性,在某种程度上还具有资源属性,即具有水害和水利双重特性。随着水资源短缺的加剧,愈来愈多的水利专家学者开始关注洪水资源化问题。

洪水资源化的主要途径(1)通过调蓄,将汛期洪水转化为非汛期供水。水库是调蓄洪水的重要手段,适当抬高水库的汛限水位,多蓄汛期洪水增加水资源可调度量,可以用于下游城市供水和农田灌溉。(2)环境用水,利用洪水输送水库和河道中的泥沙和污染物,将洪水作为调沙用水和驱污用水,输沙减淤,清除污染物。(3)引洪灌溉,将汛期洪水用于补源和灌溉,如可以弥补湿地水源不足和地下水源不足 。

 

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