西部集雨飲用水地區安全飲水的發展方向

鄭 勇，金彥兆，唐小娟

(甘肅省水利科學研究院，甘肅 蘭州 730000)

1 概 述

非常規水資源是指區別于傳統意義上的地表水、地下水(常規)水資源，主要有雨水、再生水、海水、苦咸水等[1]。我國西部黃土高原地區水土流失嚴重，溝壑縱橫，許多偏遠地區地表水和地下水礦化度高，利用常規水資源解決這一地區群眾的安全飲水將面臨建設和建成后管理成本巨大等方面的難題[2]。雨水是該地區唯一可高效利用的優質水資源。充分利用這種非常規水資源的特點和優勢，可在一定程度上部分替代常規水資源，使有限的水資源發揮更大的效用。雨水作為水源在其利用方面，因集流面和蓄水設施的不同，大致分為兩類，一類是雨水集流面采用農戶自家的屋頂和庭院收集雨水，利用水窖儲存雨水，這類雨水污染物可控，可主要用于飲用水水源；另一類則是城市道路、荒山荒坡等作為集流面收集雨水，利用塘壩、人工湖泊等蓄水設施儲存雨水，這類雨水污染物復雜，因此，收集的雨水主要用于農業灌溉、城市景觀等。

我國西部地區利用窖水作為飲用水水源已經有很長時間了。尤其是近20年以來，在國家和當地政府的資助下，修建了大量的混凝土水窖，其中僅甘肅省就有200萬個，年蓄水量高達7 800 萬m3，相當于一座中型水庫，而且98%的水窖依靠農戶的屋頂和庭院收集儲存，具有“不需要長距離輸水、就近使用、水質優良”等優點。截止2016年12月，僅甘肅省還有93萬人依靠集雨水窖解決飲用水。因此，如何解決類似地區的安全飲水問題，廣大水利科技工作者做了大量有益的工作。

2 集雨飲用水發展歷程

中國利用雨水的歷史悠久，尤其是在我國西部偏遠地區。利用屋頂、庭院和水窖收集雨水作為飲用水水源，大致經歷了兩個階段：

第一階段是始于1990年左右，主要以解決農村飲用水困難為主要目的。在這一階段，國家和地方政府通過各種方式資助農戶修建了許多混凝土水窖，在很大程度上有效緩解了受益地區農戶的飲水難題，解決了當地群眾數百年來面臨的飲水困難，也改變了曾經的極度缺水之現狀，現如今廣大群眾都有水可用，因此，集雨工程受到了廣大群眾的空前歡迎。同時，在此階段人們對水質的要求較低，方法也簡單，尤其對水質的處理方法也很簡單，基本上無有效的處理途徑。第二階段是始于2010年前后，正值國家積極倡導“安全飲水階段”。國家“十三五”發展規劃中要求集雨飲用水水量保證率達到90%，水質標準必須滿足《生活飲用水衛生標準》(GB/T 5750-2006)。尤其對于農村安全飲水提出必須滿足用水量安全和水質安全兩個基本條件。同時，對集雨飲用水安全保障工作的目標也提出了更高的要求。

3 水量安全研究與評價

農村安全飲水中，用水量的安全保障是必要條件。現以甘肅省白銀市會寧縣開展集雨飲用水為例，進行水量安全性研究與評價。該地區是雨水收集利用的典型區域，全縣58萬人口，近40萬人口使用集雨水窖。自2008年開始，在這里建立集雨飲用水安全保障示范區，研究和推廣一些先進的適用技術。在集雨水量安全保障的研究中，選擇該縣的翟家所鄉、會師鎮、柴家門鄉、新添堡鄉、老君坡鄉、太平店鎮等6個鄉鎮為主要研究對象，開展的現狀調研，主要摸清了707戶家庭的集雨飲用水背景狀況，逐戶測量了集流面面積和水窖容積，并依此計算出了不同降雨保證率條件下的雨水收集量。同時，通過統計每個家庭的人口數量，估算出單個家庭的需水需求[3]。研究成果表明：在降雨保證率50%的條件下，707戶家庭均可滿足安全水量的要求；在降雨保證率90%(安全水量保證率)的條件下，有615戶滿足安全水量的要求，占總調查戶的87%。

由此可見，近10多年來針對西部偏遠地區農村所開展的解決安全飲水水量的工作是卓有成效的，尤其是在國家和當地政府的資助下，各用水戶修建了大量的混凝土水窖，硬化集流場，改善了集流條件，大部分以家庭為用水單元的用水戶均可滿足安全飲水中收集水量的基本條件。

4 水質安全研究與評價

隨著農村居住人口生活水平的提高，尤其是在我國西部農村使用窖水的地區，人們對水質的要求越來越高。在上述的調查區域內，98%以上的用水戶的集流面是瓦面屋頂，且庭院硬化。利用荒坡、未硬化的庭院做集流面集雨的用戶則不足統計農戶的2%。同時，在調研中我們發現，集雨前農戶大都能保持庭院清潔，且采用集雨初期棄流措施，盡可能地確保所收集雨水之清潔度。

通過對大量檢測數據的分析結果表明：混凝土窖水在毒理指標、化學指標、放射性等類常規及非常規指標中均未檢測出超標物。水質污染主要源于渾濁度和微生物(總大腸桿菌群、菌落總數)指標超標。按照《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)[4]，集雨水質可達到二類水質的標準。由此可推斷出，西北旱區混凝土水窖的水質不存在嚴重的污染問題，水質能滿足生活飲用水之標準，因此，可以作為這些地區安全的飲用水源。

5 雨水水質處理設備的研制和應用

5.1 水質處理現狀

西部偏遠地區用水量安全保障條件大部分都能滿足，而對于不能達到條件的地方，只需增加少量資金投入，增加硬化集流面和水窖，就可達到用水量安全保障的要求，因此，不存在技術上的難度。難點在于水質方面，傳統的僅依靠粗放過濾方式凈化的水質很難完全滿足《生活飲用水衛生標準》(GB/T 5750-2006)的要求。

根據普查，目前雨水收集入窖前的各種過濾裝置、設施幾乎很少被利用，當地廣泛采用的方法是通過降雨前清掃和保持集流面清潔，即簡易的降雨初期棄流技術。雖然這種方法簡單易行，也是適合當地群眾最有效的方法，但集雨水質仍存在濁度和微生物不達標的問題。

5.2 水質處理設備存在的問題

集雨飲用水水質的處理方法有很多，但被廣泛應用的產品卻很少。盡管國內外各科研機構已通過各種研究示范項目建成了一些示范區，但通過跟蹤調查示范戶，結果表明這些裝置在建成后使用3年左右時間內基本上均由于各種原因被棄用，剖析其主要原因如下。

(1)凈水裝置結構復雜，操作難度大。由于西部偏遠地區農村人口文化程度低，人口比例中老人與小孩占大多數，因此，他們很難熟練地掌握這些設備的操作技術。

(2)凈水裝置簡陋且耐久性差。為了降低裝置造價，生產廠商往往采用價廉材料，有的甚至是非標準部件，因此，一旦水質處理設備損壞，農戶無法自行維修。

(3)工程量大，效率低。利用集雨解決飲用水的農戶基本上是以單個家庭為用水單元，工程量大，投資高，而凈水效果較低，因此，用水戶一般很難接受。

(4)標準化與產業化產品少。科技進步的主要標志是科技轉化為產品，進入市場，被市場接受，才能形成良性的循環。而目前針對農村集雨飲水水質的產業化產品仍極少，而且也缺少統一的標準。

5.3 水質處理設備的研制和應用

西部偏遠地區用水農戶居住分散，這就決定了水質凈化設備的研制方向主要是針對以單個家庭為用水單元的小型或微型設備，而主要解決的集雨水質處理污染物問題則是上述提及的水體渾濁度和微生物超標問題。

盡管目前市場上存在許多專供城市家庭的水處理設備，其主要水質凈化原理是依靠超濾膜或反滲透膜處理，處理的主要目標則是城市自來水的二次凈化，所以如果用這些設備直接來處理農村雨水的話，則成本太高，當地農戶很難接受。因此，不建議大面積使用。基于此現狀，甘肅省水利科學研究院研發了“國源”系列集雨飲用水水質凈化設備(發明專利)，該設備是當前在甘肅省集雨飲用水地區使用最為廣泛的雨水凈化設備之一，其主要工作原理是利用微絮凝裝置降低水體渾濁度，同時，通過研制微孔陶瓷濾膜而達到過濾微生物之目的。由中國水利水電科學研究院，水環境研究所研制的“家用自動生物慢濾水處理設備”[5]也是在西部偏遠地區集雨飲用水水質凈化處理中成功應用的設備。通過這些設備凈化后的水質可滿足《生活飲用水標準》(GB5749-2006)，能直接飲用。同時，該系列設備具有小型化、效果好、成本低、易建設等特點，基本上能解決集雨飲用水凈化處理的技術難題。同時，自2008年以來，已經在會寧縣6個鄉鎮建立了示范點，水處理成本僅為0.6 元/m3，大大低于甘肅省農村集中供水的成本。目前為止，這些設備已連續運行9年，仍完好無損，受到示范區農戶的一致好評。而且，這項技術已推廣到阿爾及利亞、肯尼亞、烏干達等非洲國家。

6 結 語

經過多年的努力探索和實踐，在利用雨水資源解決西部偏遠地區安全飲水方面，對水量安全保障方面已能普遍滿足，而且，通過科技成果轉化，也實現了對集雨水質的安全保障。因此，利用雨水資源解決西部偏遠地區安全飲水問題，無論從技術保障層面還是實踐方面都是切實可行的。對于集雨飲用水安全保障的關鍵則聚焦于水質凈化設備的標準化和產業化。眾所周知，我國西部偏遠地區還有300萬人口仍需要依靠收集雨水來解決飲用水問題，僅甘肅省就有93萬人，20萬個家庭需要利用雨水來解決飲用水問題，所以發展市場化和產業化集雨水處理設備勢在必行。

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[1] 王銳浩,單 科,黃鵬飛,等. 邊遠海島非常規水資源價值評價研究[J]. 生態經濟,2014,(12):177-179.

[2] 朱 強,李元紅,約翰·高德.. 珍惜每一滴水[M]. 北京：中國水利水電出版社, 北京, 2014.

[3] GB/T 50596-2010，雨水集蓄利用工程技術規范[S]. 2010.

[4] GB3838-2002，地表水環境質量標準[S].2002.

[5] 劉來勝，周懷東，劉玲花，等.生物慢濾技術在西北村鎮集雨飲水處理中的應用[J]. 水利水電技術，2013,44(9)：131-133.