溫室膜面集雨新型材料應用效果研究

肖長坤石文學項陽李權輝李海燕安順偉

1、北京市密云區優質農產品服務站2、密云縣農業技術推廣站3、北京市農業技術推廣站

溫室膜面集雨新型材料應用效果研究

肖長坤1石文學2項陽2李權輝2李海燕2安順偉3

1、北京市密云區優質農產品服務站2、密云縣農業技術推廣站3、北京市農業技術推廣站

針對傳統磚砌混凝土膜面集雨系統存在的施工速度慢、防滲效果差、雨水易滋生綠藻、使用壽命短等問題，引進了溫室膜面集雨新型材料，具有安裝方便省工、對耕地屬性破壞性小和可回收利用等優點。全年共收集雨水284.3m3，全年平均集雨率為83.7%。收集的雨水與井水相比，呈弱酸性，電導率降低了28.5%，總硬度（以Ca-CO3計）降低了41.9%，溶解性總固體降低了28.2%，水質較好，適宜采用滴灌施肥設施進行高效利用。

溫室膜面；集雨；新型材料

北京市水資源極度緊缺，目前人均水資源量不足100立方米，大大低于國際公認的人均1000立方米的缺水警戒線。據統計，近10年來北京市水資源總缺口約100億立方米，水資源供需矛盾日益尖銳，已成為北京市可持續發展的主要瓶頸。

農業是用水大戶，2013年農業用水總量9.1億立方米，占社會用水總量的25%（水資源公報2013）。因地制宜地在設施農業區發展雨水利用技術，可在一定程度上減少地下水的開采，對當前北京都市型現代農業的發展有著重要的意義[1]。根據雨水集蓄方式，北京市農村雨洪利用工程主要采取了坑塘、溝道、塘壩、庭院和設施農業等五種模式[2]。據不完全統計，北京市現有設施農業膜面集雨示范區3460畝，集雨窖（池）總容積9.7萬立方米，主要以磚混結構加水泥襯砌為主，存在施工速度慢，用工多、對耕地屬性破壞性大及不能回收利用等問題。因此，項目組引進了溫室膜面集雨新型材料，開展了新型材料雨水收集率、雨水水質等研究，以期為安裝溫室膜面集雨新型材料提供相關技術參數。

1 溫室膜面集雨新型材料的組成

溫室膜面集雨新型材料主要由PP（聚丙烯塑料）模塊、防滲土工膜、透水軟管、進水井、供水井和沉淀池等組成。其中PP模塊材料為聚丙烯，單個體積0.2立方米，儲水容積0.19立方米，空隙率95%；透水軟管是一種具有倒濾透（排）水作用的新型管材，內襯高強力彈簧鋼絲，外覆PVC，規格DN150。供水井材料為高密度聚乙烯，規格φ600x2500mm；進水井材料為低密度聚乙烯，規格φ600x1000mm。以上材料為環保型材料，均可回收再利用。新型集雨材料由北京泰寧科創雨水利用技術股份有限公司提供并負責安裝。

集雨窖安裝時首先由pp模塊組裝成骨架，四周鋪防滲土工膜而成。集流槽采用磚砌，內寬400mm，內高350mm，墊層為C10素混凝土，厚度100mm，鋪設防滲土工膜后放入透水軟管，上面鋪5～30mm大小的碎石，厚度約60mm。

2 溫室膜面集雨新型材料的優勢

（1）安裝方便省工：集雨窖主體結構采用pp模塊組裝而成，四周鋪設土工膜進行防滲處理，施工簡單快速。以75方的集雨窖為例，只需用工4個，比傳統磚砌、混凝土結構的集雨窖省工12個左右。

（2）三級過濾水質好。溫室膜面承接的雨水先后經過碎石（規格5～30mm）、透水軟管和過濾網進行三級過濾，去掉了水中的雜質、雨水水質好。同時，整個系統密閉，不滋生蚊蠅和藻類。

（3）承重壓力大，安全性能高。集雨窖體底部鋪設厚度100mm的混凝土墊層，主體結構采用pp模塊拼接，完成后每平方米能夠承載20噸的重力，農機操作時安全性能高。

（4）使用壽命長。預計無人為損傷正常使用年限大于30年。

（5）對耕地屬性破壞性小。所用材料均為環保型，地表覆土后不影響耕作。并且能夠拆除遷移到其他地區繼續使用。

3 溫室膜面集雨新型材料的集雨效果研究

采用單棚單窖模式（一個日光溫室膜面收集的雨水匯集到一個集雨窖內）。試驗所用日光溫室長70m，寬8m，有效集雨膜面面積560m2，建有集雨窖容積75 m3。在水窖（溫室內蓄水池）和沉沙池之間的進水口裝置水表來測定每次降水后的集水量，降水量用量雨筒測定，集水效率按照下列公式計算：RCC=CRA(m3)／[CA(m2)×R(ram)／1000]×100%。式中，RCC為集水效率；CRA為集水量；CA為集水面積(560 m2)；R為降水量。

2012年1月～12月共降水607mm，但是降水量分布不均，降水主要集中在2012年的6月和7月份，兩個月共降水368mm，占12個月降水總量的61%。2012年1月～12月共收集雨水284.3m2，主要集中在6月和7月份，2個月共收集雨水182.5 m2，占總集雨量的64.2%。隨著降水量的增加，雨水收集率提高，全年平均集雨率為83.6%。

4 溫室膜面集雨新型材料收集雨水的水質研究

2012年10月15日對集雨窖內的水和井水各取樣3個，檢測了pH、電導率、總硬度、溶解性總固體等指標。檢測結果表明：與井水相比，雨水的pH減少了0.34，堿性降低了5%，呈現弱酸性，有利用土壤中鐵離子等營養元素的釋放，增加了土壤肥力；電導率減少了184 us/cm，降低了28.5%；總硬度（以CaCO3計）減少了132 mg/L，降低了41.9%；溶解性總固體減少了122 mg/L，降低了28.2%。懸浮物比井水有所增加，可能由于雨水將部分散落在集流槽內的泥土、枯葉等雜物帶進了集雨窖內；鐵、錳等元素均未檢出。綜合以上指標，雨水呈弱酸性、電導率和總硬度低，降低了滴頭堵塞的風險，適宜采用滴灌施肥設施進行高效利用。

表1 雨水與井水（灌溉用水）水質對比

5 結論與討論

（1）結論

溫室膜面集雨新型材料具有安裝快速省工、三級過濾水質好、可回收利用、對耕地屬性破壞性小等優點。當全年降水在607mm，單個溫室膜面為560m2時，能夠收集雨水284.3m2，并且當降雨量在45mm以上時，集雨率能夠達到80%以上。

收集的雨水與井水相比，呈弱酸性，電導率降低了28.5%，總硬度（以CaCO3計）降低了41.9%，溶解性總固體降低了28.2%，水質較好，適宜采用滴灌施肥設施進行高效利用。

（2）討論

北京的氣候為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，降水季節分配很不均勻，全年降水的80%集中在夏季6、7、8三個月。北京市設施蔬菜生產，7月和8月由于高溫，大部分日光溫室此時為休閑期不灌溉。當修建的單個集雨窖容積較小時，就會出現集雨窖集滿雨水無法再收集的現象，導致雨水白白流走。針對上述問題，可以嘗試修建大型集雨窖，收集園區溫室膜面收集的雨水供園區生產使用，而不局限于設施蔬菜生產。

[1]田金霞,肖華,姚少龍.北京市設施農業雨水利用模式分析[J].節水灌溉,2007(03):60～61.

[2]宋衛坤,魏恒文,周嶸王等.北京市農村雨洪利用總結與思考[J].農村水利,2014,24(13)：76～80.

肖長坤，男，1983年出生，本科，農藝師，研究方向：蔬菜節水灌溉。

果類蔬菜產業技術體系北京市創新團隊項目。