西部集雨饮用水地区安全饮水的发展方向

郑 勇，金彦兆，唐小娟

(甘肃省水利科学研究院，甘肃 兰州 730000)

1 概 述

非常规水资源是指区别于传统意义上的地表水、地下水(常规)水资源，主要有雨水、再生水、海水、苦咸水等[1]。我国西部黄土高原地区水土流失严重，沟壑纵横，许多偏远地区地表水和地下水矿化度高，利用常规水资源解决这一地区群众的安全饮水将面临建设和建成后管理成本巨大等方面的难题[2]。雨水是该地区唯一可高效利用的优质水资源。充分利用这种非常规水资源的特点和优势，可在一定程度上部分替代常规水资源，使有限的水资源发挥更大的效用。雨水作为水源在其利用方面，因集流面和蓄水设施的不同，大致分为两类，一类是雨水集流面采用农户自家的屋顶和庭院收集雨水，利用水窖储存雨水，这类雨水污染物可控，可主要用于饮用水水源；另一类则是城市道路、荒山荒坡等作为集流面收集雨水，利用塘坝、人工湖泊等蓄水设施储存雨水，这类雨水污染物复杂，因此，收集的雨水主要用于农业灌溉、城市景观等。

我国西部地区利用窖水作为饮用水水源已经有很长时间了。尤其是近20年以来，在国家和当地政府的资助下，修建了大量的混凝土水窖，其中仅甘肃省就有200万个，年蓄水量高达7 800 万m3，相当于一座中型水库，而且98%的水窖依靠农户的屋顶和庭院收集储存，具有“不需要长距离输水、就近使用、水质优良”等优点。截止2016年12月，仅甘肃省还有93万人依靠集雨水窖解决饮用水。因此，如何解决类似地区的安全饮水问题，广大水利科技工作者做了大量有益的工作。

2 集雨饮用水发展历程

中国利用雨水的历史悠久，尤其是在我国西部偏远地区。利用屋顶、庭院和水窖收集雨水作为饮用水水源，大致经历了两个阶段：

第一阶段是始于1990年左右，主要以解决农村饮用水困难为主要目的。在这一阶段，国家和地方政府通过各种方式资助农户修建了许多混凝土水窖，在很大程度上有效缓解了受益地区农户的饮水难题，解决了当地群众数百年来面临的饮水困难，也改变了曾经的极度缺水之现状，现如今广大群众都有水可用，因此，集雨工程受到了广大群众的空前欢迎。同时，在此阶段人们对水质的要求较低，方法也简单，尤其对水质的处理方法也很简单，基本上无有效的处理途径。第二阶段是始于2010年前后，正值国家积极倡导“安全饮水阶段”。国家“十三五”发展规划中要求集雨饮用水水量保证率达到90%，水质标准必须满足《生活饮用水卫生标准》(GB/T 5750-2006)。尤其对于农村安全饮水提出必须满足用水量安全和水质安全两个基本条件。同时，对集雨饮用水安全保障工作的目标也提出了更高的要求。

3 水量安全研究与评价

农村安全饮水中，用水量的安全保障是必要条件。现以甘肃省白银市会宁县开展集雨饮用水为例，进行水量安全性研究与评价。该地区是雨水收集利用的典型区域，全县58万人口，近40万人口使用集雨水窖。自2008年开始，在这里建立集雨饮用水安全保障示范区，研究和推广一些先进的适用技术。在集雨水量安全保障的研究中，选择该县的翟家所乡、会师镇、柴家门乡、新添堡乡、老君坡乡、太平店镇等6个乡镇为主要研究对象，开展的现状调研，主要摸清了707户家庭的集雨饮用水背景状况，逐户测量了集流面面积和水窖容积，并依此计算出了不同降雨保证率条件下的雨水收集量。同时，通过统计每个家庭的人口数量，估算出单个家庭的需水需求[3]。研究成果表明：在降雨保证率50%的条件下，707户家庭均可满足安全水量的要求；在降雨保证率90%(安全水量保证率)的条件下，有615户满足安全水量的要求，占总调查户的87%。

由此可见，近10多年来针对西部偏远地区农村所开展的解决安全饮水水量的工作是卓有成效的，尤其是在国家和当地政府的资助下，各用水户修建了大量的混凝土水窖，硬化集流场，改善了集流条件，大部分以家庭为用水单元的用水户均可满足安全饮水中收集水量的基本条件。

4 水质安全研究与评价

随着农村居住人口生活水平的提高，尤其是在我国西部农村使用窖水的地区，人们对水质的要求越来越高。在上述的调查区域内，98%以上的用水户的集流面是瓦面屋顶，且庭院硬化。利用荒坡、未硬化的庭院做集流面集雨的用户则不足统计农户的2%。同时，在调研中我们发现，集雨前农户大都能保持庭院清洁，且采用集雨初期弃流措施，尽可能地确保所收集雨水之清洁度。

通过对大量检测数据的分析结果表明：混凝土窖水在毒理指标、化学指标、放射性等类常规及非常规指标中均未检测出超标物。水质污染主要源于浑浊度和微生物(总大肠杆菌群、菌落总数)指标超标。按照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[4]，集雨水质可达到二类水质的标准。由此可推断出，西北旱区混凝土水窖的水质不存在严重的污染问题，水质能满足生活饮用水之标准，因此，可以作为这些地区安全的饮用水源。

5 雨水水质处理设备的研制和应用

5.1 水质处理现状

西部偏远地区用水量安全保障条件大部分都能满足，而对于不能达到条件的地方，只需增加少量资金投入，增加硬化集流面和水窖，就可达到用水量安全保障的要求，因此，不存在技术上的难度。难点在于水质方面，传统的仅依靠粗放过滤方式净化的水质很难完全满足《生活饮用水卫生标准》(GB/T 5750-2006)的要求。

根据普查，目前雨水收集入窖前的各种过滤装置、设施几乎很少被利用，当地广泛采用的方法是通过降雨前清扫和保持集流面清洁，即简易的降雨初期弃流技术。虽然这种方法简单易行，也是适合当地群众最有效的方法，但集雨水质仍存在浊度和微生物不达标的问题。

5.2 水质处理设备存在的问题

集雨饮用水水质的处理方法有很多，但被广泛应用的产品却很少。尽管国内外各科研机构已通过各种研究示范项目建成了一些示范区，但通过跟踪调查示范户，结果表明这些装置在建成后使用3年左右时间内基本上均由于各种原因被弃用，剖析其主要原因如下。

(1)净水装置结构复杂，操作难度大。由于西部偏远地区农村人口文化程度低，人口比例中老人与小孩占大多数，因此，他们很难熟练地掌握这些设备的操作技术。

(2)净水装置简陋且耐久性差。为了降低装置造价，生产厂商往往采用价廉材料，有的甚至是非标准部件，因此，一旦水质处理设备损坏，农户无法自行维修。

(3)工程量大，效率低。利用集雨解决饮用水的农户基本上是以单个家庭为用水单元，工程量大，投资高，而净水效果较低，因此，用水户一般很难接受。

(4)标准化与产业化产品少。科技进步的主要标志是科技转化为产品，进入市场，被市场接受，才能形成良性的循环。而目前针对农村集雨饮水水质的产业化产品仍极少，而且也缺少统一的标准。

5.3 水质处理设备的研制和应用

西部偏远地区用水农户居住分散，这就决定了水质净化设备的研制方向主要是针对以单个家庭为用水单元的小型或微型设备，而主要解决的集雨水质处理污染物问题则是上述提及的水体浑浊度和微生物超标问题。

尽管目前市场上存在许多专供城市家庭的水处理设备，其主要水质净化原理是依靠超滤膜或反渗透膜处理，处理的主要目标则是城市自来水的二次净化，所以如果用这些设备直接来处理农村雨水的话，则成本太高，当地农户很难接受。因此，不建议大面积使用。基于此现状，甘肃省水利科学研究院研发了“国源”系列集雨饮用水水质净化设备(发明专利)，该设备是当前在甘肃省集雨饮用水地区使用最为广泛的雨水净化设备之一，其主要工作原理是利用微絮凝装置降低水体浑浊度，同时，通过研制微孔陶瓷滤膜而达到过滤微生物之目的。由中国水利水电科学研究院，水环境研究所研制的“家用自动生物慢滤水处理设备”[5]也是在西部偏远地区集雨饮用水水质净化处理中成功应用的设备。通过这些设备净化后的水质可满足《生活饮用水标准》(GB5749-2006)，能直接饮用。同时，该系列设备具有小型化、效果好、成本低、易建设等特点，基本上能解决集雨饮用水净化处理的技术难题。同时，自2008年以来，已经在会宁县6个乡镇建立了示范点，水处理成本仅为0.6 元/m3，大大低于甘肃省农村集中供水的成本。目前为止，这些设备已连续运行9年，仍完好无损，受到示范区农户的一致好评。而且，这项技术已推广到阿尔及利亚、肯尼亚、乌干达等非洲国家。

6 结 语

经过多年的努力探索和实践，在利用雨水资源解决西部偏远地区安全饮水方面，对水量安全保障方面已能普遍满足，而且，通过科技成果转化，也实现了对集雨水质的安全保障。因此，利用雨水资源解决西部偏远地区安全饮水问题，无论从技术保障层面还是实践方面都是切实可行的。对于集雨饮用水安全保障的关键则聚焦于水质净化设备的标准化和产业化。众所周知，我国西部偏远地区还有300万人口仍需要依靠收集雨水来解决饮用水问题，仅甘肃省就有93万人，20万个家庭需要利用雨水来解决饮用水问题，所以发展市场化和产业化集雨水处理设备势在必行。

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[1] 王锐浩,单 科,黄鹏飞,等. 边远海岛非常规水资源价值评价研究[J]. 生态经济,2014,(12):177-179.

[2] 朱 强,李元红,约翰·高德.. 珍惜每一滴水[M]. 北京：中国水利水电出版社, 北京, 2014.

[3] GB/T 50596-2010，雨水集蓄利用工程技术规范[S]. 2010.

[4] GB3838-2002，地表水环境质量标准[S].2002.

[5] 刘来胜，周怀东，刘玲花，等.生物慢滤技术在西北村镇集雨饮水处理中的应用[J]. 水利水电技术，2013,44(9)：131-133.