陜北地區集雨補灌技術研究

薛鵬 席丁2 張通

（1.西北農林科技大學 陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學 陜西 楊凌 712100；3.西北農林科技大學 陜西 楊凌 712100）

干旱缺水和水土流失并存是黃土高原地區頭號生態與環境問題，亦是一對難以調和的矛盾。黃土高原地處內陸，為典型的大陸性季風氣候，降水稀少，且年際年內不均勻，加劇了旱災的發生。窖水節水灌溉技術可以利用干旱半干旱地區降雨產生的雨水徑流，在作物遇旱的關鍵時期采用存儲的窖水進行節水灌溉方式進行農田補充灌溉，從而提高農田果蔬的產量。

1 項目區概況

示范區位于陜西省延安市安塞縣方塔村，屬于典型的黃土高原丘陵溝壑區。海拔為1012m～1731.1m，相對高差719.1m。干旱缺水和水土流失是該地區的主要特征，蘋果是該地區的主要經濟作物，該地區年平均降水量約505.3mm，多年平均蒸發量1054mm，干旱指數2.08，年日照時數為2395.6小時，日照百分率達54%。

該地區土壤類型主要為黃土性土和紅膠土、銹黑壚土等，土壤田間持水量20%左右，有機質含量在0.5%～1%之間，土壤養份缺乏，肥力很低，pH值在8～8.6之間，呈微堿性。適耕性好，適耕期長，土性熱。

表1 不同降水量地區不同材料集流面年集流效率表

表2 一般集流面面積條件下蓄水設施容積系數表

2 集雨節灌模式

高塬溝壑區雖然千溝萬壑，但根據其地形地貌特征可主要分為塬、坡、溝、川幾種地貌單元，方塔示范區屬于塬坡地形，本文僅針對塬的集雨節灌發展模式進行研究。

示范區地形屬于塬地貌單元中的塬坡地形，坡度在10°～15°之間，較為平緩，該地形適宜采用坡面上部集雨，自壓灌溉下部經濟林的模式[2]。

3 窖水節水灌溉系統組成

窖水節水灌溉系統主要由集流場、水窖、節水灌溉設備三部分組成，具體的作用分別為收集降雨徑流、蓄集雨水資源和及在高效利用用水資源。

3.1 集流場

集流場是收集降雨徑流的主要設施，作為雨水集蓄工程技術體系中的首要環節，隨著雨水利用技術的發展正得到不斷的發展、推廣和應用。

在水窖蓄水技術中所采用的集流面主要利用坡面、溝壕、庭院、麥場、路面作集流場收集降水。傳統集流面采用的材料主要為混凝土，水泥瓦，漿砌石及水泥路面等。新型的集雨防滲材料有土壤固化劑、有機硅和地衣等。

集流面的面積計算時分為單用途多用途雨水集蓄利用工程的集流面進行計算，單用途雨水集蓄利用工程的集流面面積按公式(1)計算。

式中，Wj——設計保證率條件下，單用途雨水集蓄利用工程的年供水量，m3；

Si——第i種材料的集流面面積，m2；

Ki——第i種材料的年集流效率；

Pp——頻率等于設計保證率的年降水量，mm；

n——集流面材料種類數。

多用途雨水集蓄利用工程的集流面總面積按公式(2)計算。

式中，Si——第i種材料的集流面面積，m2；

Sij——第j種用途第i種材料的集流面面積，m2；

m——雨水集蓄利用工程用途的數量。

集流面的年集流效率應根據各種材料在不同降水特性下的試驗觀測資料分析確定。在資料缺乏的情況心下，可按表1的規定選用。

3.2 蓄水設施

黃土地區常用的蓄水設施有水窖、水窯、水池和澇池四大類,其中水窖由于具有體積小、用材少、費用低、易保持水質、成本低、使用時間長以及操作簡單的特點，在西北廣大農村得到了廣泛的應用。

本次工程選用水窖做為蓄水設施，黃土地區常用的水窖按形式可分為方形、圓柱形、瓶形、窯式水窖等。按其用途可分為人畜飲水和灌溉2種，前者多建于家庭和場院附近，所需材料一般就地取材，容積相對較小；后者多建于田邊地頭，其上部結構分為自然土拱窖和剛性材料蓋窖，容積相對較大。

蓄水設施容積可按公式（3）計算。

式中，V——蓄水容積，m3；

W——設計保證率條件下，年供水量，m3；

α——蓄水工程蒸發、滲漏損失系數，可取 0.05～0.1；

K——容積系數。容積系數可按表2的規定取值。

3.3 灌溉方式

節水滴灌采用滴灌模式進行灌溉。滴灌模式主要有兩種。在水窖與果園地面高差小于6 m時，采用太陽能泵與干管和毛管半移動相結合的模式，每套設備控制4眼窖，每眼水窖設計灌溉0.53hm2地。太陽能泵功率0.75kW，揚程15 m，流量3 m3/h，布設在株行距為3 m×4m的果園中，設計灌水定額330m3/hm2，滴頭灌水定額50 L/個。設計作物日耗水強度2.5 mm/d，滴灌作物根部土壤濕潤比80%，灌水均勻度95%，灌溉水利用系數0.85。滴頭直徑為1.2 mm，滴頭出水量4 L/h。干管長50m～60 m，直徑50 mm。每個干管上配有5～7根毛管，每根毛管長20m～30 m，直徑16mm，每根毛管上裝100個滴頭，滴頭間距0.3 m。

對于水窖與果園地面之間有6 m以上的高差時，可以利用地形落差或者虹吸管形成自流灌溉，從而提高經濟效益。

4 基本結論

窖水滴灌技術具有節水、節能、灌水易于控制的優點，而且具有顯著的經濟效益。由于在利用窖水滴灌時，在水泵出口到作物根部范圍內全部采用封閉的管道，因此沿程滲漏和蒸發損失少，不會發生地表徑流和深層滲漏，水利用率可達95%。

采用果園滴灌系統，可節約用水30%～50%，比同等條件下非滴灌旱地果園，可節省勞動力成本20%～30%，增加蘋果產量20%～40%，提高果品商品率30%左右，增加收入50%以上，當年可收回全部投資，具有明顯的社會經濟效益和生態效益。由此說明，通過水窖收集降雨及滴灌蘋果是調控降雨徑流、高效利用水土資源的重要形式。

5 注意的問題

（1）本研究針對的模式有限，在今后的研究中，還可對其他的水泵及滴灌方式進行二者的組合模式進行研究，以期達到最佳的社會和經濟效益。

（2）水窖蓄水要有完善的配套設施。水窖相關的配套設施主要有集流場、沉沙池等。如果相關設施缺乏，就會提高水窖蓄水難度，或者造成水窖來水中摻雜大量污染物及雜質，影響水窖水質。

（3）打窖要與農田基本建設相結合。在修建水窖時，要因地制宜，結合不同的地形地質條件，選擇相對應的灌溉模式，這樣才能最大程度地發揮集雨補灌技術的效益。陜西水利

[1]李懷有，趙安成，郭永樂.加快集雨節灌發展促進西部大開發[J].中國水利，2001，（9）增刊：147-148.

[2]李懷有，趙安成，白文璦，陳智漢.高塬溝壑區集雨節灌發展模式與對策 [J].節水灌溉，2001，（3）：24-25.

[3]付國巖.雨水集蓄利用工程蓄水設施容積計算.防滲技術,1999,(3).

[4]許紅艷，何丙輝，李章成,丁德蓉.我國黃土地區水窖的研究.水土保持學報[J]，2004，（2）：58-62.

[5]崔靈周，魏丙臣，李占斌，等．黃土高原地區雨水集蓄利用技術發展評述［J］．灌溉排水，2000，19(4):75 －78．

[6]沈澤昊.江蘇洞庭東山果園生態系統分析與優化設計 [J].長江流域資源與環境,1994,12(2):137-144.

[7]吳剛,蘇瑞平.三峽庫區移民安置區生態農業發展模式研究[J].應用生態學報,1998,9(6):665-668.

[8]呂俊強,鐘章成.三峽庫區農林復合經營模式及其可持續發展研究[J].西南農業大學學報,1998,20(6):644-649.

[9]朱鶴健,程炯.閩東南特色農業生態模式研究[J].自然資源學報,2002,17(3):313-317.