山丘區雨水集蓄工程技術經濟分析

□董崇偉（偃師市水利局）

1 雨水集蓄工程系統的組成

所謂雨水集蓄工程是指在干旱半干旱及其他嚴重缺水地區，將規劃區內及周圍的降雨進行匯集、存儲，以便作為該地區水源加以有效利用的一種微型水利工程。它有投資小、見效快、適合家庭經濟等特點。雨水集蓄工程系統一般由集流設施、凈化設施、存儲設施、提取設施、節水灌溉設施5部分組成。

2 工程模式及適用條件

根據集流系統各部分的功能及作用不同，雨水集蓄工程一般按集流、存儲、節灌及綜合等方式分類。

由于雨水集蓄工程的特點是積蓄雨水，這里按集流方式將集流模式分為自然集流場模式、人工集流場模式及人工及天然相結合集流場模式。

2.1 自然集流場模式

主要是利用天然或其它已形成的集流效率高，滲透系數小，適宜就地集流的自然集流面集流。如東南沿海的海島、石灰巖溶地區的局部地方及村莊、房舍、庭院、道路等可作為集流面集流。

2.2 人工集流場模式

在不適宜直接利用作為集流場的地方如需集流就必須修建人工集流場。如在華北、西北黃土高原丘陵山區需要集流雨水進行節水灌溉的田間等。

人工集流常用的集流防滲材料有混凝土、瓦（水泥瓦、機瓦、青瓦）、塑料薄膜、襯砌片（塊）石、天然坡面夯實土等。常用集流材料在不同降雨量及降水保證率條件下的集流效率也是不同的。見表1。

近來，相關科研單位也正對一些價格便宜、集流效率較高的新材料如：HEC土壤固化劑、復合型石油瀝青玻璃布油氈、機制防滲布等材料的集流性能進行試驗。初步結果表明，效果良好。

2.3 自然與人工相結合集流模式

表1 集流材料的集流效率表

在一些地區，由于自然形成的集流場集流規模有限，需修建人工集流場作為補充，形成人工與自然相結合的集流場。這種模式適宜在解決人畜飲水、發展庭院經濟的農村地區發展。其集雨工程工藝流程主要為在屋頂（庭院或其它人工集流場）通過下水道收集降水，經過濾池、儲水池（或由提水管到高位水池），供給生活及其他用水，通過送水管經過水處理器供給飲用水。

在一些地方的鄉村，為充分利用村舍的屋頂、庭院、路面、谷場等硬化面集流雨水，將全村統一規劃，戶戶連通形成統一系統以提高集流的規模效益。

3 雨水集蓄工程單項工程技術經濟分析

3.1 集流場單位投資

3.1.1 集流規模

不同的用水需求，在不同條件下（降雨量、集流材料等）所要求的集流面積不同。根據經驗，洛陽市在雨水集蓄工程中常用的硬路面、二（三）合土、水泥土面、塑料膜等幾種材料中，集水面積相同情況下，塑料膜的集水量最大，其次分別為水泥土面、二（三）合土、硬路面。故在相同的條件下，集流材料對集水量影響很大。

3.1.2 集流面單位造價估算

不同的集流材料，造價差別較大。常用的混凝土集流面厚4cm，選用C20混凝土現澆。根據洛陽市2013年下半年人工、材料價格和當地實驗資料，C20混凝土預算單價380元/m2左右，；砂石料7m3合280元，混凝土集流面單位造價共需材料費660元（不含土方人工費）。其它地區材料單價各異需自行核算。

目前常用的集流材料有混凝土、水泥瓦、黑塑料膜，根據實際情況測算，以上3種主要材料參考單價分別為6.60元/m2、6.50元 /m2、1.20元 /m2。

3.2 水窖造價

根據建造水窖的容積與投資的關系對比分析，水窖容積越大，造價越高，混凝土窖一般造價比其它較高。相對講水泥沙漿抹面，造價較底。對于水泥沙漿抹面，當窖容＞30m3時，單位容積造價明顯提高。

3.3 節灌設施投資

由于雨水集蓄工程的特點，其配套灌溉設施一般以微灌為主（多為滴灌或微噴）。根據歷年來偃師市半山丘陵區不同微灌工程模式單位投資情況，利用高位配水池自壓滴灌系統每公頃投資9000元，采用水泵提水發展滴灌每公頃投資高達16500元。系統包括首部樞紐和水過濾器、施肥罐、田間地埋輸水管網、地面滴灌毛管。

3.4 年運行費

年運行費包括雨水集蓄工程設施在正常運行期間每年需要支出的經常性費用，包括燃料動力費、工資等。也稱直接年運行費。雨水集蓄工程解決山丘區人飲和生活用水的年運行費主要為集流設施、儲水設施、凈化設施、輸水設施的日常維護費用，無其它運行費。

利用雨水集蓄發展的灌溉工程，不同灌溉模式年運行費不同。以高位配水池自壓和水泵提水兩種形式對比分析。根據洛陽市實際情況，山丘區糧食作物種植按一年兩季，高位配水池自壓滴灌系統年運行費僅考慮人工管理費約1200元/hm2，而水泵提水滴灌系統除人工管理費外，還應計算電費約2100元/hm2。由于滴灌的工程技術特點，除以上運行費用外，每兩年還需更新地面滴灌管一次，每公頃次需增加滴灌管購置費3000～3300元左右。山丘區發展滴灌后，根據糧食作物全生育期灌溉需水量要求，高效配水池滴灌系統年運行費為2700～2850元/hm2；水泵提水滴灌系統年運行費為4800～4950元/hm2。

4 雨水集蓄工程灌溉工程技術經濟分析

4.1 社會效益

推廣雨水集蓄工程是促進山丘區農村兩個文明建設的“幸福之泉”，工程雖然蓄水量有限，但通過發展高效節水灌溉技術，解決了作物生長關鍵時期的用水問題，是有效緩解山丘區旱情、抗旱減災的重要手段，改善了山丘區農村生產生活條件，提高了山區農業綜合生產能力，農民收入大幅度增加，是發展山丘區節水農業，積極調整產業結構，發展優質高效農業的有效手段，有力地推動了山丘區農業產業化快速發展。經濟效益

4.2 增產增收效益

山丘區采用雨水集蓄的工程形式主要有水泵提水滴灌、高位配水池滴灌、配水池蔬菜滲灌、管道坐水種等。根據以往經驗，山丘區糧食作物實施滴灌工程，公頃均可實現增產20%以上。玉米實施滴灌后公頃均增產1650kg，增產效益1980元；小麥實施滴灌后公頃均增產1350kg，增產效益1485元，則年均增產效益3465元/hm2，年可增產糧食3000 kg（小麥、玉米價格按2013年第四季度市場價格計算）。

由此可以看出，山丘區發展雨水集蓄灌溉工程，采用高位配水池滴灌系統相比水泵提水滴灌系統經濟效益更為顯著。同時，采用滴灌的灌溉水較為均勻，使土壤不板結，水分緩慢均勻地滲入土壤，對土壤結構能起到保持作用，保持土質松軟，對農作物生長十分有利，澆水和施肥可同時進行，且施肥均勻。

4.3 節水效益

山丘區現有水源單一且固定，新建水源工程成本較高，充分利用天然降水，建設雨水集蓄工程和配套的滴灌系統，緩解了山丘區水資源緊缺的問題，大幅提高了山丘區農田灌溉水有效利用系數，結束了山區農業生產“望天收”的歷史。

滴灌的工程特性決定了其灌溉精度，據測算，滴灌比大水漫灌節水70%，糧食作物實施滴灌后年公頃均用水量僅為375 m3左右，比滴灌工程實施前節水825m3。

4.4 節地效益和省工效益

與土渠灌溉比較，微灌工程可節省土地約5%～7%。微灌工程能夠適應各種地形，無須平整土地，不用修田，且灌溉中節省了人工。

4.5 雨水集蓄工程的生態效益

山丘區雨水集蓄工程攔蓄了一定的降雨徑流，減弱了徑流對下游農田、道路等建筑物和設施的沖刷，有效的減輕了山區水土流失現象，緩解和調節了暴雨洪水，減輕了洪峰水量對河流、水庫安全的壓力，對改善山丘區的生態環境起到了積極作用。

發展雨水集蓄工程，不僅緩解了山區水源緊缺和群眾吃水困難問題，同時還改善了當地農業生產條件，使山區群眾應對干旱的能力大大提高；促進了山丘區農業結構調整，加快了山丘區經濟發展步伐，幫助因嚴重缺水而致貧的農民盡快擺脫貧窮和落后；是實現山區農業經濟可持續發展戰略的有效措施。