活动式集雨场技术探索

2015-12-15李贵兰

地下水 2015年4期

关键词：集雨集流蓄水

李贵兰，刘江

(1.山东省临沭县郑山水利站，山东临沂276715;2.山东省水文局，山东济南250002)

1 活动式集雨场

1.1 基本概念

活动式集雨场是指雨水集蓄利用系统中的集雨子系统的集流面是活动的，可以拆装。通常使用防雨布和支架组建，可以在雨前临时搭建，雨后可随时拆移。另外，在特殊需要的时候，蓄水子系统也可以采用可移动的设施。

活动式集雨场是相对于传统的雨水集蓄利用技术中的集雨场地而言的。传统雨水集蓄利用技术中的雨水集流面一般分为天然坡面、现有人工建筑物的弱透水面以及修建的专用集流面等三种类型[1]。这三种集流场都是固定在一个地方。而活动式集雨场可以根据需要在适合的时间、地点随时搭建和拆移。通常是根据天气预报信息，在降雨之前安装好，一次降雨过程结束后就收存起来，既起到了集雨的作用，同时又不影响集雨场空间的日常使用功能，包括通过功能、通风透光功能、以及景观功能等。

1.2 活动式集雨场的结构和安装

活动式集雨场由五部分构成，分别是集雨布、出流口、支架、引水管、蓄水设施。见示意图。

集雨布:可使用聚乙烯或聚丙烯材料的防雨布作为集雨布，根据防雨布的材质及实际的需要确定集雨布的大小和形状。通常单个集雨布的面积一般可在数平方米至数十平方米之间。

出流口:根据需要出流口可设计在集雨布的一端、一角、或中部。出流口尺寸要保证最大雨强情况下，集蓄的雨水能及时流出。出流口的进水端要设置过滤网，防止树叶等杂物堵塞。出流口的下端要设计与输水管道的接口，便于使用操作。

支架:支架的设计主要考虑两个方面，一是支架的高低，一是支架的固定。支架的高低主要根据集雨地点的地形地物，以及蓄水池(窖)口的高低确定。支架的固定有两种主要方式，一种是插钉式，即支架下端做成钢叉式，在松软的土地上可以方便地固定安装;另一种是预制墩座式，即在集雨地点设置几个带眼的混凝土墩座，方便支架的固定。

引水管:根据引水距离的远近，选用轻便的塑料软管或PVC管。

蓄水设施:根据活动式集雨场的特点，蓄水设施以水池为主，也可选择水窖、水桶等。

活动式集雨场最大的问题是集雨布的防风问题。这个问题的解决办法:一是适当减小单块集雨布的面积，增加固定绳索;二是尽量降低集雨面的高度，在适宜的地方也可以将集雨布铺设在地表。另外，在实践中应该还会发明出巧妙的解决办法的。

总之，活动式集雨场所用设备材料简易，装卸操作简单可行。

2 活动式集雨场的优越性

2.1 拓展了雨水集蓄利用的空间

在田间野外可利用的屋面、场院、公路面、乡村道路、运动场、打谷场等人工建筑物相对是很有限的。

在华北半湿润地区虽然可以利用天然坡面作为集流面，但受到下垫面的下渗条件、地形地貌等因素的制约，雨水的积蓄利用受到很大的限制。首先，利用天然坡面集雨，水窖、水池等蓄水设施只能建在坡面下游汇水处，所以既要求有适宜的集流坡面，还要求坡面下游具备建水池(窖)的条件，二者必须同时满足，如果再同时满足需水地点的要求就更加困难。另外，在一些天然下垫面下渗条件好的地区，集流效率很低，如果没有足够的集水面积，也不适宜雨水的集蓄利用，比如在一些地表岩溶发育的地区。

而活动式集雨场可以克服这些障碍，集流面与蓄水设施的空间位置可以不受地面坡向的控制，甚至可以跨越地表分水线集雨，见示意图。活动式人工集雨面的集雨效率高，也解决了在一些天然坡面集流效率低的地区，不适宜雨水集蓄利用的问题。因此，活动式集雨场技术可以大大地拓展雨水集蓄利用的空间。

2.2 实现自压供水

传统的天然坡面集雨，蓄水设施都建在最低处，所蓄水面通常低于周围地表高度，用水时必须再人工提水。特别是对于需要一定压力的灌溉方式，如滴灌、微喷灌等，需要利用水泵把储存在水池(窖)内的水提升到高位水池。而活动式集雨场可以把蓄水设施建在高处，蓄水池的底部可以高出地表，从而实现自压供水。见示意图。

2.3 节约土地

活动式集雨场不需要占用土地来建设专用的集流面。另外，也不需要建截流、汇流沟(渠)和输水沟(渠)，以及沉沙池、过滤设施等。因此，比传统集流技术节省土地。

2.4 保护水质

与天然坡面集雨相比，活动式集雨场集蓄的雨水没有经过地表的污染，因而更纯净，水质更优。

3 活动式集雨场技术的可行性分析

3.1 从降水特征分析该项技术的可行性

本次使用地处鲁中山丘区的一处雨量站(济南市QJ雨量站)的降水资料进行分析。该站多年平均降水量663.3 mm，属于典型的半湿润季风气候区，具有一定的代表性。2010年该站降水量662.2 mm，属于平水年份，本次以2010年为代表年分析降水情况。

2010年发生降水的天数共有76天，其中日降水量大于10 mm的天数有19 d，这19 d累计降水量509.7 mm。如果连续几日都有降水，把这几日称为一个降水过程，把一个降水过程中至少有一日降雨量(降雪除外)大于10 mm的降水过程，初步确定为可进行集雨的过程，这种过程共有13个，累计降雨量551.5 mm，各降水过程日期及降水量见表1。其中，降水量最大的前三个降水过程的降水量分别是140 mm，82.5 mm，79.5 mm，累计降水量302 mm;前六个高值降水过程累计降水量428.5 mm，集中在7、8、9三个月份。

可见，当地大气降水比较集中，13个集水过程，共26 d，就可以集雨551.5 mm，占当年降水量的83.2%，前六个高值降水过程可集雨428.5 mm，占当年降水量的64.7%。由此可得出以下两点结论:

(1)每年集雨次数少，省时省工。并且能够保证集雨设备对集雨地点空间资源的占用时间短，相关的影响小。

(2)每年有限次数的集雨就能收集500 mm左右的雨水，仅仅100 m2的集雨面积就可集雨水约50 m3，集雨效率高。而在鲁中南地区的野外，数百平方米的田埂、荒坡、路面几乎随处可见，只要有需求就可以建设，相比以往采用天然坡面集流建水窖，活动式集雨场技术的推广应用范围要大大增加。

总之，与鲁中地区类似的半湿润季风气候区的降水特征很适合活动式集雨场技术的推广应用。

表1 2010年QJ雨量站有效降水过程统计表

3.2 经济效益分析

1)制做成本低廉

除了蓄水设施，活动式集雨场的主要成本是防水雨布。防水雨布当前的市场价格一般在1～10元/m2，其中适宜用做集雨布的价格一般在3～5元/m2。建一个集雨面积100 m2的集雨场，除去蓄水设施，集雨布、出流口、支架、引水管等总造价一般不超过500元人民币。在妥善保管的条件下，这些设施可以重复使用多年。因此，活动式集雨场集流系统的造价相对是很低的。

2)经济效益显著

雨水集蓄利用对于解决我国缺水山区的人畜饮水、作物灌溉等具有重要的意义和作用。据有关文献，每立方米集蓄雨水的产值可达40～50元[1]。另据本文作者调研，济南东部山区冶河小流域是优质核桃产地，在遇到干旱需水的时候，当地农民经常需要花70～100元才能买一车水(约4 m3)，并且这些水还需要人工再一桶一桶地转到地里，对于远离道路的地块只能听任干旱的发展。而这些地区如果建起活动式集雨场，经济效益将十分显著。

3)环境保护效益突出

主要体现在两个方面，一是植树造林绿化荒山，一是森林防火。

华北地区许多荒山造林成活率低，最主要的原因就是缺水，无法灌溉。活动式集雨场可以建在任何需要的荒山坡上，从而解决灌溉用水问题，将显著提高植树造林成活率，对于荒山改造、改善环境起到突出作用。

从山腰到山脊都能建造活动式集雨场，一改只能把雨水蓄存于沟谷、下游、低处的局面，这对于森林防火也将起到重要的作用。

结实耐用，价格低廉的高分子材料给活动式集雨场技术带来了实现的条件，随着化工技术的发展，将更用利于该项技术方法的推广应用。