寿光大棚雨水收集与回用研究

隋高阳，于 莉，陈 康

（1.山东兴水水利科技产业有限公司，山东 济南250014；2.济南市水文局，山东 济南250013）

近年来，由于水资源的供需结构不尽合理，寿光市对地下水资源的过度利用，造成了地下水漏斗区域面积的不断扩大。地下水漏斗区域的不断扩大和地下水位的下降已引起咸水入侵、地面沉陷等环境灾害问题，同时也严重危及当地水生态环境和人民生产生活。寿光市作为国内知名蔬菜基地，大棚雨水收集与利用技术发展潜力巨大，对于治理地下漏斗区及节水灌溉均有重要的借鉴和指导意义。

1 大棚雨水收集与利用优势

1.1 雨水收集系统组成

雨水收集与回用工程主要由雨水收集系统、雨水蓄存及回用系统以及嵌入雨水收集系统的净化设施组成。雨水收集系统包括集雨沟和汇流管、沟；雨水蓄存及回用系统包括蓄水池与水泵，经水泵提水进入现有灌溉管网；雨水净化由集雨沟上的弃流装置、集雨沟末端拦污栅、汇流沟末端的拦污栅、沉砂池以及清污泵等设施、设备完成。

1.2 雨水收集系统优点

雨水收集蓄水池采用新型PCCP 蓄水池模块，PCCP 模块具有以下优势：1）PCCP 具有良好的工程经济性和维护费用低。PCCP 管材内径为0.4～4 m，每百米蓄水量约为12.6～2 512 m3，能够满足中小型蓄水池的项目需求。2）蓄水池结构材料密封性能良好。蓄水池在使用过程中必须使渗水率控制在较小范围内，而PCCP 管材管体良好的抗渗性和接口密封性，杜绝了渗漏现象。3）蓄水池结构材料不能污染水质。PCCP 是一种由预应力钢丝、钢筒、混凝土、保护层砂浆构成的复合管材，而钢材都被密实的混凝土或水泥砂浆所包裹，所以PCCP 管材用于蓄水池结构不污染水质。4）蓄水池结构材料使用寿命长。PCCP 管材在压力管线运行的设计寿命在50 年以上，蓄水池属于低压结构，管材的使用寿命更长。5）蓄水池结构材料具有一定的经济性。PCCP 管材在工厂预制，结构设计合理，生产效率高，造价低于现场浇筑钢筋混凝土结构，并且不影响工程上方土地耕种及通过。

针对传统混凝土封闭蓄水池、PP 模块蓄水池、透水混凝土蓄水池，PCCP 蓄水模块的经济性为最主要亮点，由于此蓄水池针对农业项目使用，经济附加值相对于其他行业较低，如若利用传统蓄水模式，造价过高，不便于推广使用。以1 300 m3蓄水需求计算：2 m 直径PCCP 蓄水模块较传统混凝土封闭蓄水池节约造价约为30%，如若大规模使用，批量化生产，造价会进一步降低，价格便于使用单位、个人接受。

2 集雨条件与应用举例

2.1 集雨条件分析

据统计数据显示，我国年降雨量远大于供水总量，但直接以雨水为水源的供水量所占比例较小。我国的温室大棚面积世界第一，除了中小拱棚等简易棚外，日光温室、塑料大棚的建筑面积高达200 多万公顷以上。以目前应用范围最广的塑料薄膜大棚为基础，引进棚顶雨水收集技术，不仅可以保证棚内设施的正常运转，还可以储存降水，并循环利用，是集低碳、节水、节能、环保于一身的新型绿色高科技农业生态建设项目，这极大地促进了传统农业向工业化农业的发展，也对地区的农业发展起到了良好的示范作用。

项目区灌溉用水为深井水，在整个温室蔬菜和水果等生长周期中，需要消耗大量的地下水，而雨水却白白流失了，从节能环保及节省水资源的角度出发，增设大棚雨水及高质水的收集回灌系统是必要的。

2.2 应用举例

以寿光市面积为0.33 hm2的大棚为例，寿光多年平均降水量554.1 mm，降雨多集中在5～9月。单棚灌溉需水量每年627.0 m3。根据分析成果，单棚集雨、单棚用水情况下，降雨频率50%时可实现全部雨水灌溉，并有富余雨水量；降雨频率75%时，典型年1988 年实现全部雨水灌溉，并有富余雨水量；典型年1984 年雨水集雨量略少于灌溉用水量；特枯年份，降雨频率90%时，集雨量少于灌溉用水量，其中典型年2006 年雨水能满足73%的灌溉用水；典型年1992 年雨水能满足63%的灌溉用水。4 个大棚集雨3 个用水的情况下，降雨频率50%时、75%时，均可实现全部雨水灌溉，并有富余雨水量相机用于第4 个大棚灌溉；特枯年份，降雨频率90%时，集雨量略少于灌溉用水量，其中典型年2006 年雨水能满足97%的灌溉用水；典型年1992 年雨水能满足84%的灌溉用水。不同保证率下最大集雨量及实际蓄存水量详见表1。因此在寿光市进行雨水收集与回用推广是可行和必要的。

3 效益分析

科学的雨水收集、合理储存及使用是节能减排的一个有效途径，是充分发挥雨水利用价值的有效保障。科学、合理、高效地利用雨水资源，不仅可以有效缓解水资源紧缺压力，改善水资源短缺的状况，而且可有效减少地下水使用，改善目前地下水超采的状况，减少洪涝灾害，改善区域生态环境。

3.1 经济效益

本项目实施以后，蔬菜大棚外增设集雨系统，使温室利用雨水灌溉来降低生产成本成为现实，这不仅有效提高了灌溉水利用系数，而且节水、省工。本示例区内可实现年节水每亩281．0 m3，最大可减少抽取地下水每亩281 m3。按工程运行年限30 年计算，工程寿命期内可减少使用地下水0.85 万m3。根据一般大棚销售情况，较大的大棚每年毛收入30 万元左右，净利润每年6 万元。

表1 不同保证率下最大可集雨量及实际蓄存水量

3.2 生态环境效益

本技术充分利用雨水储水灌溉，既节能环保又减少了地下水的开采，使项目区地下水漏斗区域不再扩大，缓解项目区因地下水位的下降而引起的咸水入侵、地面沉陷等环境灾害，同时改善项目区的水生态环境。

项目建成后，保证了农业用水，涵养了水土，美化了环境，使该区域形成一个良好的生态环境，在一定程度上改善了当地小气候，因而具有较大的环境效益。

3.3 新技术推广效益

本项目引进棚顶雨水收集技术，不仅可以保证棚内设施的正常运转，还可以储存降水，并循环利用，是集低碳、节水、节能、环保于一身的新型绿色高科技农业生态建设项目，这极大地促进了传统农业向现代化农业的发展，也对地区的农业发展起到了良好的示范作用，具有较高的推广价值。