溫室雨水集蓄與智能節(jié)灌系統(tǒng)探討

邊厚華

（山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)東校，山東 濟(jì)南 250109）

山東省是一個(gè)水資源比較匱乏的地區(qū)，尤其是西北部地區(qū)，多年平均降雨不足600 mm，且年內(nèi)年際變化較大，降雨量70%集中在汛期，經(jīng)常出現(xiàn)連豐連枯現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)水資源的需求量越來(lái)越大，長(zhǎng)期大量開采地下水造成許多較大面積的漏斗區(qū)，地下水環(huán)境嚴(yán)重惡化。如果沒(méi)有外調(diào)（如引黃、引江）淡水，當(dāng)?shù)厮Y源已經(jīng)不可持續(xù)。山東是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，是糧食、蔬菜和北方水果的主要產(chǎn)地。而農(nóng)業(yè)又是用水大戶，約占用水總量的65%，除引黃、河、庫(kù)灌區(qū)外，大部分農(nóng)業(yè)用水為地下水。隨著最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施，地下水將逐步施行限采、禁采，地下水農(nóng)灌區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將會(huì)受到嚴(yán)重制約。根據(jù)目前的初步研究，雨洪水資源利用在理論上和技術(shù)上是可行的，也是解決某些地區(qū)缺水的有效途徑。本文針對(duì)平原農(nóng)業(yè)溫室種植區(qū)開發(fā)利用雨水資源進(jìn)行探討。

1　溫室用水現(xiàn)狀

溫室的功能是在自然環(huán)境的逆環(huán)境下，創(chuàng)造適于作物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件，如光、溫、氣、水、土和肥等，進(jìn)行有效生產(chǎn)。我國(guó)溫室主要以日光溫室和各類塑料大棚為主。溫室是個(gè)相對(duì)封閉的生產(chǎn)設(shè)施，無(wú)法利用自然降雨澆灌，需要完全靠人工灌溉措施，很多已實(shí)現(xiàn)滴灌、微噴灌、滲灌、涌泉灌等節(jié)水灌溉措施。由于上述節(jié)水灌溉對(duì)水質(zhì)要求較高，故多數(shù)溫室所用水源為地下水。而溫室區(qū)通常沒(méi)有存貯水設(shè)施，雨水通過(guò)排水溝排走，造成當(dāng)?shù)厮Y源浪費(fèi)。

2　系統(tǒng)布局

系統(tǒng)包括兩部分（如下圖），一是雨水集蓄系統(tǒng)，包括集雨面、匯流溝（渠）、沉砂池、攔污柵、蓄水池（保鮮措施）、濾水設(shè)施、回用池（井）；集雨面包括溫室棚面、溫室間地面以及生產(chǎn)路面等區(qū)域。二是水肥一體化節(jié)水灌溉智能系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱智能節(jié)灌系統(tǒng)，下同），包括水泵、水肥一體化機(jī)、灌溉管網(wǎng)、墑情自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀及風(fēng)電互補(bǔ)、蓄電池、纜線、信息傳輸和自動(dòng)化控制等設(shè)施。

系統(tǒng)工藝原理：雨水匯集后流入沉砂池沉淀泥沙，初期徑流可設(shè)棄水設(shè)施排掉；沉淀池前后設(shè)置攔污柵（網(wǎng)），以去除漂浮雜物；然后雨水流入蓄水池，當(dāng)蓄水池滿后，多余的水通過(guò)管或渠放到排水溝中，管或渠一般做成可滲透式的，其上也可設(shè)置地下滲井，以盡可能將多余的雨水補(bǔ)充地下水；蓄水池中的水通過(guò)透（濾）水材料進(jìn)一步凈化進(jìn)入回用池（井），水質(zhì)基本可達(dá)到（微）滴灌、噴灌要求。在回用池（井）安裝水泵，水泵出口處安裝水肥一體化機(jī)，當(dāng)溫室種植區(qū)安裝的墑情在線監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到需要灌水時(shí)，智能控制系統(tǒng)就發(fā)出指令，水泵及水肥一體化機(jī)啟動(dòng)工作。

3　工程設(shè)計(jì)

雨水集蓄系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮地形、水流、集雨型式、沉淀與過(guò)濾方式、蓄水池布設(shè)等因素。普通溫室通常為南向單面拱坡，蓄水池布置在地面高程較低一端附近，這樣雨水就很容易經(jīng)匯流溝（管）流向蓄水池。因集雨面主要為溫室棚面，所集雨水水質(zhì)相對(duì)較好，主要雜物為泥沙、柴草、樹葉和廢舊塑料等。匯流溝可設(shè)計(jì)為上下兩層，層間設(shè)過(guò)濾層，過(guò)濾層的滲透率和當(dāng)量孔徑應(yīng)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，這樣過(guò)濾后的雨水基本可達(dá)到節(jié)水灌溉的水質(zhì)要求（主要指雜質(zhì)大小），并直接導(dǎo)入蓄水池供灌溉使用；當(dāng)降雨較急時(shí)，來(lái)不急過(guò)濾的水可排入排水溝。當(dāng)匯流溝不考慮過(guò)濾作用時(shí)，進(jìn)入蓄水池前應(yīng)根據(jù)實(shí)際設(shè)置攔污柵（網(wǎng)）和沉沙池等設(shè)施，以減少蓄水池的清污量和頻次，蓄水池經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)入回用池（井），回用池（井）可設(shè)在蓄水池內(nèi)部，也可設(shè)在外側(cè)。蓄水池可利用地面現(xiàn)有坑塘，優(yōu)點(diǎn)是投資相對(duì)較小，缺點(diǎn)為蒸發(fā)量大、冬季結(jié)冰、占用地面空間；也可設(shè)在地面以下，優(yōu)缺點(diǎn)與前相反。為避免蓄水池和回用池（井）中的水滋生厭氧生物，使水質(zhì)變差，建議池底、側(cè)及頂（地下池）設(shè)置透氣裝置。

智能節(jié)灌系統(tǒng)采用回用池（井）中的水，在出水口處設(shè)置水肥一體機(jī)，通過(guò)主支管進(jìn)入溫室與室內(nèi)的節(jié)水灌溉管道相接。水泵揚(yáng)程根據(jù)灌溉流量及水力損失確定。為給水泵、水肥一體機(jī)、監(jiān)測(cè)及控制等設(shè)備提供電能，在溫室側(cè)小房或其他便宜位置設(shè)置光電互補(bǔ)及儲(chǔ)存設(shè)備。因采用節(jié)灌措施后流量、水力損失均較小，所需揚(yáng)程較小（相對(duì)于取井水）、用電量低，故通常供電設(shè)備不需要占用太大空間。

4　結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代大型溫室一般包括溫控、通風(fēng)、空氣監(jiān)測(cè)、墑情監(jiān)測(cè)、風(fēng)光互補(bǔ)供電、水肥一體化節(jié)灌等系統(tǒng)，很多還實(shí)現(xiàn)了智能化（人工APP和自動(dòng)控制結(jié)合）。如果再加上本文所述的雨水集蓄系統(tǒng)并與智能節(jié)灌系統(tǒng)結(jié)合，整個(gè)溫室就成為集綠色、環(huán)保、智能、節(jié)能、節(jié)水于一體的現(xiàn)代化溫室了。如果在技術(shù)上能進(jìn)一步優(yōu)化，使工程造價(jià)控制在合理范圍內(nèi)，且工程便于維護(hù)、管理成本低，則該措施可在一定程度上緩解我國(guó)北方溫室種植區(qū)的缺水狀況，將有較高的推廣價(jià)值。