西峰黄土区庭院雨水径流调蓄利用经济效益评价研究

2014-04-03常文哲王志雄段景峰

中国水土保持 2014年9期

常文哲，王志雄，段景峰

(黄河水利委员会西峰水土保持科学试验站，甘肃庆阳745000)

通过大幅度提高雨水利用时空调控性，庭院雨水径流调蓄措施不仅能有效解决农村人畜饮水、果园灌溉和发展生态循环经济水源，而且能有效保护水土资源、改善农村生活条件、提高农村景观质量。近年来，在水资源紧缺地区，充分高效、经济合理地调蓄利用庭院雨水径流受到人们的重视和关注，但是在相关研究中技术集成较多、评价分析较少，难以为不同类型区雨水收集利用模式的优化发展提供支撑和依据。为此，黄河水利科学研究院“西峰黄土区雨水径流调蓄利用效应评价研究”项目组选择在黄河生态工程砚瓦川项目建设的寥坳、南庙和樊浩3个具有代表性的雨水调蓄利用示范村，以调查和监测的方式，对不同调蓄利用模式下雨水径流对农户经济活动的贡献率进行了研究。

1 基本概况

项目组选择的南庙、廖坳和樊浩3个雨水调蓄利用示范村地处甘肃庆阳西峰黄土区，为陇东黄土高塬沟壑区的典型代表。当地多年平均降水量560 mm，7—9月为丰水季，降雨量约占年降水量的70%，多以大雨、暴雨形式出现，能形成较大的雨水径流，这样的降雨特点使得庭院雨水径流调蓄利用具有了可行性。

南庙村有680户2 780人，人口密度230人/km2，以果业为优势产业，现有果园农户390户，按照庭院硬化-集雨-水窖蓄水-果园滴灌系统模式和庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚养畜-沼气池-果园滴灌系统模式，设有以单个农户为样本的独立径流高效利用示范户18户。廖坳村有247户1 127人，人口密度136人/km2，以养畜和果业生产为优势产业，按照庭院硬化-集雨-水窖蓄水-果园灌溉模式和庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚养畜模式，设有以单个农户为样本的独立径流利用示范户10户。樊浩村有206户927人，人口密度168人/km2，以养畜为优势产业，按照庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚养畜-沼气模式，设有以单个农户为样本的独立径流利用示范户30户。根据农户农业收入状况，按照好、中、差3个水平，在各示范村分别选定5户示范户进行监测，其中收入好的1户、中等的3户、差的1户。监测户基本情况见表1。

2 材料与方法

降水量资料采用距离各村最近的董志、胡同赵和元马3个雨量站的资料，采用自记雨量计和雨量筒同时量测。自来水消耗量数据来自自来水系统中各户水表读数，每月月初和月末各观测1次。机井水消耗量按照拉水桶子的容积和取水次数计算。每次降雨前后采用钢卷尺量取水深，根据水窖直径计算水窖雨水收集量。果园次灌水量根据潜水泵流量(3 m3/h)和灌水时间计算。农户生活用水量和养畜用水量根据取水桶(15 L)和取水次数计算。当地农村水资源紧缺，农民节水意识较强，洗菜、洗脸、洗衣和清洁用水等一般都会二次利用，用于养畜或庭院果树浇灌，该部分计入生活用水后不再计入灌溉用水或养畜用水。本试验于2010年布设，2011年开始监测。

3 结果与分析

3.1 监测户雨水集蓄量分析

3.1.1 降水量统计

南庙、廖坳、樊浩分别采用董志、胡同赵、元马雨量站资料，2011—2013年各雨量站降水量资料见表2。相比多年平均降水量，3个示范村2011、2013年降水量偏多、2012年降水量偏少，7—9月降雨量占年降水量的57.3%～68.1%，春季降水量少、土壤墒情差，通过硬化庭院收集雨水，用集蓄水结合自来水进行果园灌溉，基本能满足果树用水需求，人畜用水也能得到保障。

表1 监测户基本情况

表2 2011—2013年董志、胡同赵、元马雨量站降水量资料 mm

3.1.2 雨水集流场组成及面积

根据各监测户雨水集流场面积统计(表3)，在庭院集水面积中，混凝土庭院占总面积的62.1%，随着农村经济发展，混凝土庭院越来越普遍，已成为一种主要的庭院处理方式；屋顶面积占总面积的37.9%，其中机瓦面积占总面积的32.5%，是庭院雨水集流场的重要组成部分。

表3 监测户可集水面积统计 m2

3.1.3 雨水集流场径流系数确定

根据西峰水土保持科学试验站“黄土高塬沟壑区水资源调控利用技术研究”[1]和“黄土高塬沟壑区集雨节水灌溉技术”[2]成果，确定雨水集流场的径流系数分别为混凝土0.80、机瓦0.50、缸瓦0.85、石棉瓦0.75。

3.1.4 雨水可集蓄量计算

经计算，监测户2011—2013年平均可集水量见表4。

3.2 监测户用水量统计分析

经统计，监测户2011—2013年平均用水量及来源见表5。在总用水量2 614.1 m3/a中，自来水(机井水)用量、集蓄水用量分别为513.2、2 100.9 m3/a，占总用水量的19.6%和80.4%，说明集蓄水是监测户果园灌溉、养畜和洗涮用水的主要水源，尤其是廖坳集蓄水用量1 138.2 m3/a，占到其总用水量的94.7%。上述结果说明在干旱区特别是自来水管网不能覆盖且没有灌溉水源地的落后地区，发展径流集蓄对农户发展果园和畜牧业有着重要作用。

表4 监测户2011—2013年平均可集水量 m3/a

表5 监测户2011—2013年平均用水量及来源

3.3 监测户耗水量及去向分析

3.3.1 集蓄雨水消耗量及去向

监测户2011—2013年平均集蓄雨水消耗量及去向统计见表6。南庙监测户总集蓄水量为657.6 m3/a，其中果园灌溉平均用水量为521.6 m3/a，占总集蓄水量的79.3%；养畜平均用量为136.0 m3/a，占总集蓄水量的20.7%。廖坳监测户总集蓄水量为1 138.2 m3/a，其中果园灌溉用水量最多，占总集蓄水量的67.5%；养畜用水量和生活用水量分别占总集蓄水量的25.8%和6.7%。樊浩监测户总集蓄水量为305.1 m3/a，养畜用水量和生活用水量分别占总集蓄水量的80.0%和20.0%。

表6 监测户2011—2013年平均集蓄雨水消耗及去向统计 m3/a

3.3.2 自来水(机井水)消耗量及去向

根据监测户2011—2013年平均自来水(机井水)消耗量及去向统计，南庙自来水总消耗量为374.2 m3/a，其中果园灌溉用水量为222.7 m3/a，占全部自来水用量的59.5%；生活用水量为151.5 m3/a，占全部自来水用量的40.5%(表7)。廖坳和樊浩机井水年总消耗量分别为63.1和75.9 m3/a，全部用于生活用水。

表7 2011—2013年南庙监测户自来水(机井水)年平均消耗量及去向统计 m3/a

3.4 监测户经济效益分析与评价

监测户2011—2013年平均经济收入见表8。南庙监测户经济效益最高，为4.02万元/a，廖坳和樊浩则分别为3.36万和1.67万元/a；南庙和廖坳监测户的主要经济收入来自果园产出，分别占其总收入的79.0%和67.6%，樊浩为纯养畜户，平均收入相对较低。上述结果表明，在目前市场条件和有水源保障的前提下，当地以户为单元的家庭经济果园收益高于养畜。

3.5 监测户技术经济效益分析与评价

2011—2013年监测户平均技术经济效益分析结果见表9。3个示范村平均集蓄水效益为352.15元/m3，其中南庙为544.80元/m3，远高于樊浩的297.61元/m3和廖坳的214.04元/m3，这主要得益于南庙监测户把果园建设和养猪有机结合起来，并采用了果园滴灌技术提高水的利用率，应该重点推广；养畜耗水量远小于果园耗水量，樊浩的庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚养畜-沼气模式适合在水源紧缺的区域推广；廖坳的平均集蓄水效益最低，是因为廖坳监测户果园灌溉采用了渠灌和漫灌，水的有效利用率较低；南庙和廖坳监测户的人均纯收入分别为1.40万、1.11万元，均高于所在地西峰区农业人口人均收入0.95万元，樊浩监测户的人均纯收入为0.45万元，是所在宁县农业人口人均收入0.23万元的近2倍，说明径流利用能够提高农民收入，3个示范村的径流利用模式均能不同程度地促进了当地经济发展，尤其是采用滴灌等节水措施后经济效益更高。

表8 监测户2011—2013年平均经济效益分析万元/a

4 结语

分析研究表明，在西峰黄土区开展庭院雨水径流调蓄利用能够促进当地经济发展，结合滴灌等节水措施可以大幅度提高雨水资源在经济活动中的贡献率。在砚瓦川项目区提出并实施的 “庭院硬化-集雨-水窖蓄水-果园滴灌系统模式和庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚养畜-沼气池-果园滴灌系统模式”适合在塬区重点推广，“庭院硬化-集雨-水窖蓄水-暖棚养畜-沼气模式”适合在以山坡地为主的养殖区重点推广。