雨水和城市再生水用于農業灌溉若干問題的探討

何婷婷　王靜　史志鵬

摘要 從再生水的處理標準、運輸、對作物土壤和地下水的影響、雨水的收集方法、處理工藝和灌溉設施的選擇等9個方面，對雨水和城市再生水用于農業灌溉的若干問題進行詳細闡述，為今后雨水和城市再生水用于農業灌溉的深入研究提供依據。

關鍵詞 雨水；再生水；農業；灌溉

中圖分類號 S275.9 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-235-02

隨著現代社會經濟的飛速發展，水資源的供需矛盾日益尖銳。我國淡水資源的人均占有量不足世界平均水平的1/4，而在很多地區，農業灌溉用水量幾乎占整個淡水資源的90%以上，成為名副其實的用水大戶。如何緩解水資源危機，保證社會經濟的健康持續發展就顯得尤為重要。近年來，不少學者開始研究雨水和城市再生水在農業灌溉中的應用，并取得了一定的成就。如師榮光等認為，城市再生水用于農業灌溉時的控制指標有11項一般化學指標、5項毒理學指標和2項衛生指標[1-2]；王會肖等研究了目前再生水農業利用的現狀和研究進展，指出再生水灌溉對土壤和作物的影響[3]；有學者詳細闡述了近年來世界上和我國各省關于雨水集蓄利用的狀況，并利用GIS軟件提出了丘陵山區雨水利用的三大模式[4-7]；胡正軍研究了雨水在高校道路綠地灌溉中的應用[8]；有學者研究了雨水和自來水的不同處理對高羊茅草生長的影響，發現雨水灌溉因為所含營養成分較多。因此相對于自來水來說，雨水灌溉對植物的生長有一定的促進作用[9-10]，證實了雨水灌溉的可行性和優越性。雖然雨水和城市再生水用于農業灌溉有一定的可行性，也在一定程度上緩解了水資源不足的矛盾，但是其發展應用中仍然存在一定的問題。

1 城市再生水的處理標準難以統一

城市再生水指的是城市中的生活污水和工業廢水經過處理以后用于其他非飲用的水源。如果要將這種再生水用于農業灌溉就必須要有相應控制指標的標準，也就是處理到什么程度才可以用于農業灌溉。目前，國際上認可的再生水控制指標主要有11項化學指標、5項毒理學指標和2項衛生指標[1]。一般化學指標的限值見表1。毒理性指標包括總汞、總鎘、總砷、鉻、鉛，最大限值分別為≤0.001、≤0.01、≤0.05、≤0.1、≤0.2 mg/L。另外，還應該考慮其他選擇控制項目的限值，如鈹、鈷、氟化物、鐵、錳、鉬、鋅、硼、釩、氯化物、硫化物、氰化物、三氯乙醛、丙烯醛、甲醛、苯等。衛生學指標包括類大腸菌群數、蛔蟲卵數，最大限值分別為≤10 000、≤2個/L。但是，不同的農作物對于水質的敏感程度不同，如果按照最敏感的作物對水質的要求進行污水處理，勢必會增加污水處理廠的負擔，也不經濟；但是如果按照大多數的作物對水質的要求進行污水處理，那么有些作物就不適合再生水灌溉。另外，不同地區同一種作物由于土壤和氣候環境的不同，對水質的敏感程度也可能不一樣，建議根據當地作物的種植情況和其他農業氣象條件，制定適宜當地的再生水處理標準。

2 城市再生水的運輸困難

2010年，全國污廢水排放量達617億m3，如果能將這部分水全部經過處理后用于農業灌溉，將是一筆巨大的資源，同時對于緩解農業和生態用水的不足有著重要的意義。然而城市污廢水必須經過統一集中的處理以后才能回用于農業灌溉，如何將處理后的城市污廢水運輸到相應的農業灌溉區，是一項艱巨的課題。如果將處理后的污廢水合并到市政管道中后再運輸到相應灌區，然后再并入當地灌溉系統，那么當地的灌溉水源就無法分級對不同作物進行灌溉，因為有些露天蔬菜和生蔬類不適合污水灌溉；如果通過單獨設立的管道將處理后的污廢水運輸到灌區的相應灌溉點，那么從投資成本上考慮又是否經濟呢？因此，應該通過詳細的比較論證后，確定一個合適的污廢水運輸方式。

3 多余雨水的收集方法難以統一

目前，在丘陵山區，一般是采用集雨場和蓄水設施相結合的方式進行雨水的收集，比如可以采用庭院、屋面、道路、山坡等作為天然的集雨場，也可以在蓄水池周圍修建一定面積的人工集雨場進行集雨，蓄水設施可以是水窖、蓄水塘壩和水庫；在城市，一般是單獨收集屋面雨水、綠地雨水和道路雨水，雨水收集后主要是凈化后用于城市綠化灌溉和其他生活雜水，也可以經過滲透回補地下水。但是這些收集方法和工藝各有特點，很難統一。另外，雖然丘陵區的雨水比較容易收集，但是我國仍然有大面積的平原地區，這些地區雖然總的降雨量很充沛，然而由于降雨時空分布不均勻，近年來冬春季節的干旱也時有發生，而有關這些地區的雨水蓄集利用模式研究較少。

4 多余雨水的儲存容積難以確定

雨水收集后必須先儲存起來，目前雨水儲存設施主要有水窖、蓄水塘壩和水庫。在丘陵山區，水窖主要是以零散的家庭式水窖和較小規模的田間水窖為主，這些水窖大多容積較小，收集的雨水量有限，作物的灌溉保證率只有40%左右，如何根據集雨場和當年設計降雨量的大小合理選擇水窖的容積，以及較大容積水窖的施工工藝如何優化等是今后研究的重點。如果采用蓄水塘壩和水庫進行蓄水，那么也應該考慮水庫的容積，既要滿足水庫充分蓄集雨水的需要，也要保證水庫在汛期的安全。在丘陵山區常見的水窖模型見圖1。

5 雨水的處理工藝不細化

目前雨水的常規處理工藝見圖2。在丘陵山區，由于天然集雨場收集的雨水攜帶大量的泥土，因此雨水的水質較差，必須經過長時間的沉淀和過濾才可以用于灌溉。另外，在進行灌溉時，也應該根據水源的含泥含沙量選擇適宜的灌溉方式，以免泥沙堵塞灌水器。因此，不同地區進行雨水收集時，應該根據具體條件，在雨水的常規處理工藝上進行細化和優化，尋找適合當地的雨水處理工藝。

6 雨水灌溉設施的選擇

在丘陵山區，雨水收集到蓄水池后如何選擇適當的灌溉設施也需要斟酌。目前較多采用的是通過水泵將水抽上來進行灌溉，在丘陵山區建議采用泵房的井首下臥式，這種方式減少了水流過程中的局部水頭損失，并且占地少、節省材料、防水防盜，而且施工管理方便。井首下臥的泵房剖面圖見圖3。

7 灌溉區和灌溉作物的選擇

采用再生水灌溉的灌區，應當離當地居民的居住區200 m以上，并且應該設有相應的衛生防護設施，防止再生水污染當地水源而使當地出現水傳染性疾病。利用再生水進行灌溉時，應該對灌溉作物進行選擇，一般來說，露天蔬菜和生蔬類產品是不適合用再生水進行灌溉的。另外，如果當地有水產養殖業，一般也不建議采用再生水，以免由于生物的富集作用而使人類的健康受到威脅。最后，旱地作物在灌漿期也不適合用再生水進行灌溉，以免再生水中的微量污染物進入到作物的籽粒中或者可食部位。

相關研究表明，采用雨水進行灌溉則不會出現上述問題，在一定水分利用條件下，雨水相比于地下水有一定的優勢[9-10]，這是由于雨水含有一定的營養成分，對植物的某些生長特性有一定的促進作用。但是在干旱地區，雨水的可收集量非常有限，根本無法滿足農業生產的需要，而城市再生水卻是每天都流出的。結合雨水灌溉的優勢和再生水灌溉的缺點，如果能克服再生水的這些缺點，使得這兩種灌溉水源相互補充，必然能在很大程度上緩解水資源的危機，這需要進一步的研究。

8 再生水長期灌溉對土壤、地下水和作物質量的影響

目前，再生水用于農業灌溉的研究雖然取得了一定的成果，但是由于再生水灌溉技術起步晚，再生水長期灌溉是否會對土壤的特性產生影響；多余再生水回灌以后是否會對當地地下水產生污染；植物、土壤和大氣是一個連續的循環體，俗稱“SPAC系統”，長期的再生水灌溉是否會對作物果實的質量和人類的健康產生威脅。對于這些問題，都需要建立長期的觀測和分析，達到既不會浪費僅有的水資源，又能夠建立安全的農業生產灌溉模式。

9 雨水和再生水灌溉難于規范化和系統化

水資源嚴重短缺的現狀決定了我們必須另尋他徑，城市再生水和雨水就是一個很好的資源，雖然目前已經制定了關于再生水用于農業灌溉的相關規范，但是不同地區由于土壤、氣候和自然條件差異很大，因此應該根據各地的具體條件制定出適合當地的雨水和再生水灌溉模式。從全國意義上來講，雨水和再生水用于農業灌溉各地都還處于研究和探索階段，很難形成統一的系統和標準。

10 結語

雨水和再生水用于農業灌溉是緩解水資源緊缺和實現農業穩定發展的必由之路，然而在實際應用中還是存在著一定的問題。該研究僅從幾個方面論證和闡述雨水和再生水灌溉中的問題，提出了一些預防和改進措施，這些措施的應用和發展還需要今后在實踐中不斷地完善和改進。

參考文獻

[1] 師榮光，王德榮，趙玉杰，等.城市再生水用于農田灌溉的水質控制指標[J].中國給水排水，2006，22（18）：100-104.

[2] 師榮光，周啟星，劉鳳枝，等.城市再生水農田灌溉水質標準及灌溉規范研究[J].農業環境科學學報，2008，27（3）：839-843.

[3] 王會肖，蔡燕，王海龍，等.再生水農業利用現狀及其研究進展[J].南水北調與水利科技，2009，7（4）：98-100.

[4] 沈紅膺.充分開發雨水資源發展干旱山丘區灌溉農業[J].內蒙古水利，1998（3）：9-12.

[5] 王福泰.甘肅省雨水集蓄利用發展對策[J].甘肅水利水電技術，2010，46（2）：34-36.

[6] 單慶安.基于GIS的丘陵山區小流域雨水利用研究[D].揚州：揚州大學，2012.

[7] 漢京超，劉燕，高學瓏，等.國內外農村雨水調蓄利用進展綜述[J].中國農村水利水電，2012（1）：98-101.

[8] 胡正軍.高校道路綠地及雨水灌溉設計探析[J].后勤企業，2013（2）：62-63.

[9] 邢文剛，楊臘梅，寇麗娟.雨水灌溉對高羊茅草生理生態指標影響的試驗研究[J].節水灌溉，2010（5）：11-14.

[10] 寇立娟.雨水和自來水不同水分處理對高羊茅生長的影響[D].南京：河海大學，2007.

[11] 李梅玲，張錫根，閻葆瑞，等.GB/T14843-93（地下水質量標準）[S].北京：中國標準出版社，1994.

[12] 農業部環境保護監測所.GB5084-92（農田灌溉水質標準）[S].北京：中國標準出版社，1993.

[13] 中國環境科學研究院.GB3838-2002（地表水環境質量標準）[S].北京：中國環境科學出版社，2002.

[14] FAO.Water quality for agriculture[R].Rome：FAO，1985.