低碳視角下北方農(nóng)村庭院雨水集蓄利用模式探討

趙雪妍，王丹，陳映珠，徐蔚，石洋碩

（東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院 黑龍江，哈爾濱 150006）

引言

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，水資源是鄉(xiāng)村生產(chǎn)生活生態(tài)的基礎(chǔ)性資源，“十四五”規(guī)劃提出開展農(nóng)村人居環(huán)境整治活動(dòng)，穩(wěn)步解決鄉(xiāng)村黑臭水體等環(huán)境問題。2022年中央一號(hào)文件中也強(qiáng)調(diào)，要推進(jìn)農(nóng)村的生活污水治理，推進(jìn)小型化生態(tài)治理以及污水化資源的利用[1]。現(xiàn)階段我國(guó)正在加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)水管理，將“海綿城市”體系逐步用于農(nóng)村的生態(tài)建設(shè)中，但對(duì)農(nóng)村的庭院和農(nóng)宅等分散宅基地關(guān)注不夠，對(duì)院落式雨水利用推進(jìn)較少。

本文通過對(duì)北方的雨水以及水環(huán)境的分析，研究北方農(nóng)村庭院的蓄水模式，總結(jié)問題并提出相應(yīng)的建議，為推進(jìn)北方農(nóng)村庭院雨水利用和庭院的低碳優(yōu)化發(fā)展提供參考。

1 北方地區(qū)水資源現(xiàn)狀

按照我國(guó)四大地理區(qū)域劃分，北方地區(qū)主要包括關(guān)中、關(guān)東、華北和東北四個(gè)地區(qū)。北方水資源現(xiàn)有條件并不優(yōu)越。受氣候影響，北方雨水季節(jié)性分布不均、階段性旱澇明顯。干旱現(xiàn)象常有發(fā)生，春旱更為嚴(yán)重，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展造成了一定的影響。北方作為人口和農(nóng)業(yè)大省，家庭和農(nóng)業(yè)用水總體上都呈現(xiàn)實(shí)際大于承載的現(xiàn)象。此外，由于各類開發(fā)建設(shè)，加上人們節(jié)水和環(huán)保意識(shí)薄弱，使現(xiàn)有水環(huán)境變得更加惡劣，在多方面的壓力下，導(dǎo)致水資源的開發(fā)利用缺少優(yōu)勢(shì)，難度較大。

2 農(nóng)村庭院的用水現(xiàn)狀和雨水利用方式

農(nóng)村庭院用水情況綜合雨水的利用模式直接反映出院落內(nèi)整體水資源使用現(xiàn)狀和村民們的用水意識(shí)。

2.1 農(nóng)村庭院用水現(xiàn)狀

2.1.1 主要用水方式

我國(guó)北方農(nóng)村供水工程水源主要來自地下水，通過集中式、二次供水和分散式供水模式對(duì)村民用水進(jìn)行供應(yīng)。現(xiàn)有北方農(nóng)村庭院中主要用水方式有自來水和井水。集中式供水是水源直接到各村的供水站或公共取水點(diǎn)，二次供水是各家用的自來水。自來水是現(xiàn)在農(nóng)村家庭常用的用水方式，目前全國(guó)農(nóng)村的自來水普及率可達(dá)84%[2]，自來水引進(jìn)農(nóng)村后，一是人們不注意節(jié)約用水，造成了不必要的浪費(fèi)；二是過于在意用水的費(fèi)用，出現(xiàn)自來水管閑置的情況。分散式供水是村民直接從水源取水，如井水、泉水、河水等。在自來水引進(jìn)之前，壓水井是北方地區(qū)農(nóng)村家庭最常見的用水方式，現(xiàn)在村民的用水也多是自來水和水井共同結(jié)合使用。

2.1.2 主要用水途徑

庭院內(nèi)的家庭經(jīng)營(yíng)活動(dòng)豐富，水是庭院各類活動(dòng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要資源，庭院用水途徑大致可以包括以下四個(gè)方面：

第一，用于灌溉。庭院內(nèi)用于種植的水占比較大，在季節(jié)性降雨分布不均時(shí)，還易受到內(nèi)澇干旱等影響，對(duì)此，需要探究更全面的用水模式。

第二，用于畜牧養(yǎng)殖。家禽牲畜喂養(yǎng)需要用水，雞舍、牛棚等需要用水進(jìn)行定期清理。如果不注意衛(wèi)生，會(huì)滋生細(xì)菌病毒，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)使人畜的健康問題都受到威脅。

第三，用于加工生產(chǎn)等。經(jīng)營(yíng)作坊和企業(yè)，這些需要大量用水，加工食品等作坊對(duì)用水標(biāo)準(zhǔn)會(huì)更高。

第四，用于生活活動(dòng)。洗漱、沖洗車輛這種日常生活中，提高院落生活品質(zhì)，但目前庭院環(huán)境整治工作不到位，用水狀況不容樂觀。

2.2 農(nóng)村庭院雨水利用方式

北方農(nóng)村庭院內(nèi)雨水收集，主要是利用屋頂、場(chǎng)院、坡面、草坪和棚頂?shù)葋磉M(jìn)行集雨，其中屋面和場(chǎng)院集雨是現(xiàn)階段家庭中最為常用的集雨方式。

2.2.1 屋面集雨方式

北方農(nóng)宅屋面坡屋頂居多，坡面斜度適于雨水的收集。人們用水桶、水缸或更簡(jiǎn)便的容器，對(duì)屋面雨水進(jìn)行簡(jiǎn)易的回收利用。收集后的雨水往往沒有其它更深層次處理便直接使用，這使收集的雨水混有空氣中污染物和屋面雜質(zhì)，得到的雨水渾濁有異味，水質(zhì)較差。

2.2.2 場(chǎng)院集雨方式

為了收集更多且更有效的攔蓄雨水，人們會(huì)在庭院內(nèi)修建集雨設(shè)施，像水窖、水池等，通過調(diào)整地面坡度，雨水徑流，將雨水匯聚到蓄水裝置中進(jìn)行儲(chǔ)存。現(xiàn)階段農(nóng)村地面材料多如地磚，石板這一類地面徑流系數(shù)小的材質(zhì)，不利于雨水集蓄，其次農(nóng)村旱廁改造還不夠徹底，再加上院內(nèi)堆砌的雜物，容易造成污染，這使流到蓄水裝置里的雨水質(zhì)量大大下降。

3 農(nóng)村庭院雨水集蓄利用模式存在的問題

通過對(duì)北方地區(qū)水資源以及農(nóng)村庭院的用水綜合現(xiàn)狀的整理和分析，總結(jié)出了以下北方農(nóng)村庭院雨水利用模式發(fā)展所存在的問題。

3.1 國(guó)家及各地政府缺少對(duì)于鄉(xiāng)村家庭型雨水利用方式的關(guān)注和政策支持

現(xiàn)階段，國(guó)家及各地政府所推進(jìn)的水利工程已經(jīng)解決了一部分城鄉(xiāng)用水問題，但整體造價(jià)高，操作難度大，且多以大型工程為主，小型化空間利用較少。因此，國(guó)家可以加強(qiáng)此方面的政策導(dǎo)向，調(diào)動(dòng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府開展相關(guān)工作，提高廠家對(duì)于雨水設(shè)施生產(chǎn)積極性[3]，從每家每戶出發(fā)，大力發(fā)展農(nóng)村庭院雨水集蓄利用。

3.2 缺少適于庭院使用的專業(yè)化雨水收集處理裝置

現(xiàn)有農(nóng)村集雨模式，存在傳統(tǒng)化，利用效率低，水質(zhì)差等問題，缺少技術(shù)型、專業(yè)化的雨水收集處理裝置。

3.3 雨水收集受限較多，庭院環(huán)境對(duì)其影響較大

通過對(duì)現(xiàn)有雨水收集情況分析，可以看到無論是屋面還是場(chǎng)院等集水模式，都會(huì)受到降水量，院落環(huán)境的影響，現(xiàn)有收集模式污染程度較高，所收集雨水可利用方面受到限制。

3.4 雨水收集利用模式單一化，缺少綜合性的發(fā)展

庭院內(nèi)雨水利用模式大多還停留在簡(jiǎn)單直接利用方面，收益與效果不明顯。對(duì)此，我們需要綜合考慮雨水利用模式，嘗試與庭院內(nèi)的其它資源綜合使用。

4 農(nóng)村庭院雨水集蓄利用模式的優(yōu)化策略

針對(duì)北方農(nóng)村用水情況和對(duì)現(xiàn)有問題的思考，本文提出保留原有“屋面”和“場(chǎng)院”集雨模式，并對(duì)其所用方法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并提出更貼合時(shí)代發(fā)展和鄉(xiāng)村建設(shè)的“雨水利用下的庭院多元綜合發(fā)展模式”策略。

4.1 屋面集雨模式

4.1.1 對(duì)傳統(tǒng)屋面集雨模式進(jìn)行改造

傳統(tǒng)收集模式是直接接收降水，收集的雨水有雜質(zhì)且收集效率不高。設(shè)想我們可以在屋檐外圍固定整圈的引水管道，在引水管道中安入過濾紗網(wǎng)，對(duì)初期雨水中混入的如落葉，沙石等大雜質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)單阻隔，并在引水管和儲(chǔ)水裝置的水流出口處，放置簡(jiǎn)易小型的凈化裝置，只需利用鵝卵石—石英砂—活性炭，這一簡(jiǎn)單凈化層就可以得到用于生活的水。

4.1.2 使用屋頂雨水收集處理裝置

本文團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了小型、安裝方便的屋頂雨水收集處理裝置，如圖1所示，裝置的工作流程大致如下：

圖1 屋頂雨水收集處理裝置

整個(gè)裝置的收集處理過程包括初期雨水收集—預(yù)處理—凈化三個(gè)階段。首先通過電動(dòng)閥門和液位傳感器的感應(yīng)，將收集到一定容量后的初期雨水排出，排出后觸發(fā)預(yù)處理的電動(dòng)閥門，雨水流進(jìn)預(yù)處理罐，通過粗濾網(wǎng)等，對(duì)大體積雜質(zhì)進(jìn)行過濾處理。最后，經(jīng)過前兩道流程，再流入凈化裝置的雨水已是較好的水質(zhì)，不同凈化程度的凈化層，通過鵝卵石層—石英砂層—活性炭層—前PP 棉層—前活性炭層—后PP 棉層—RO 膜層—后活性炭層可以將雨水處理為生活用水以及燒開處理后即可飲用的合格飲用水。整體工作原理簡(jiǎn)單，把初期雨水單獨(dú)收集，再進(jìn)行處理和凈化，緩解雨水后期凈化壓力，提高凈化層壽命，降低裝置和凈化成本，適用于農(nóng)村庭院進(jìn)行集雨。

4.2 場(chǎng)院集雨模式

可以在庭院內(nèi)實(shí)現(xiàn)生態(tài)的雨水集蓄模式，對(duì)地面的雨水進(jìn)行收集利用，其余的地面雨水通過滲透等再繼續(xù)回饋到地下水。

4.2.1 小型庭院雨水花園

雨水花園對(duì)雨水集蓄以及生態(tài)景觀打造都有顯著的效果。對(duì)于農(nóng)村庭院來講，我們可以將院子內(nèi)需要景觀效果或是空閑的綠地，改造成小型的雨水花園或生態(tài)池，雨水花園從上到下，一般由蓄水層—覆蓋層—種植土壤層—砂層—礫石層組成[4]，通過上層洼坑集蓄雨水，下層土壤增加雨水入滲，使地表積水減少，并過濾較臟雨水，積蓄的雨水供給植物利用，種養(yǎng)的植物吸附空氣中的污染物，帶來更多生態(tài)效益，提升居住環(huán)境。對(duì)于植物選擇需要耐旱耐堿耐寒，以便院落的雨水可以長(zhǎng)期使用下去。

4.2.2 透水地面

近些年，透水地面的利用率在城市中大大提高。對(duì)于庭院的建設(shè)，也可以采取地面鋪設(shè)透水材質(zhì)來進(jìn)行雨水的收集，塵土的吸附。庭院地面面積相對(duì)較小，易于承擔(dān)透水材質(zhì)的價(jià)格。對(duì)此，庭院地面可以適當(dāng)采用透水的帶孔磚，碎石，透水性混凝土地面等，以此來控制地面積水，有效補(bǔ)充地下水，夏天可以降低地面的溫度，使地面更加涼爽。

4.3 基于雨水利用的庭院多元（綜合）模式

4.3.1 “庭院經(jīng)濟(jì)+雨水收集”綜合模式

綜合全村的生態(tài)、產(chǎn)業(yè)等要素，有效進(jìn)行雨水收集和儲(chǔ)存，使農(nóng)民在繼承、改善和發(fā)展傳統(tǒng)的家庭“副業(yè)”的基礎(chǔ)上，充分利用家庭院落的水平垂直空間，打造低碳生態(tài)庭院[5]。運(yùn)用農(nóng)村剩余勞動(dòng)力和現(xiàn)有的生產(chǎn)資料，綜合配置和開發(fā)可利用的自然與社會(huì)資源，實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。助力鄉(xiāng)村振興、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)建設(shè)“美麗宜居”的鄉(xiāng)村。

4.3.2 “陽光—雨水收集—糧食作物—畜禽—沼”綠色循環(huán)模式

北方地區(qū)綠色資源豐富，在庭院內(nèi)可以綜合各類要素形成綠色循環(huán)體系，通過太陽蓄力發(fā)電，帶動(dòng)雨水收集裝置，利用收集的雨水為糧食作物的生長(zhǎng)提供所需的條件，減輕用水負(fù)擔(dān)，提高糧食作物的種植效益，并促進(jìn)北方特色經(jīng)濟(jì)作物的種植，同時(shí)從作物中得到的莖葉可以作為飼料用于喂養(yǎng)禽畜，得到的禽畜糞尿作為固體廢棄物加入到沼氣池的循環(huán)體系中，最終形成物質(zhì)間的綠色循環(huán)。

5 總結(jié)

在建設(shè)美麗宜居鄉(xiāng)村，完善農(nóng)民閑置宅基地的大背景下，助力鄉(xiāng)村振興發(fā)展庭院經(jīng)濟(jì)勢(shì)不可擋，低碳綠色發(fā)展下可再生環(huán)保資源利用將日漸成為主流，雨水仍是重要的一項(xiàng)，通過對(duì)雨水的收集利用，可避免自然資源的浪費(fèi)，在用水方面為農(nóng)民減輕負(fù)擔(dān)，發(fā)展更多的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，且可以較好的調(diào)節(jié)雨水，有效改善雨水徑流污染，利用可再生資源，最終形成良性循環(huán)，帶動(dòng)整體促進(jìn)共同富裕。