雨水利用就是直接对天然降水进行收集、储存并加以利用,雨水利用可以粗略地分为农业利用和城市利用。
(一)农业雨水利用
雨水资源的利用有悠久的历史。4000年以前,古代中东的纳巴特人(Nabateans)在涅杰夫沙漠,把从岗丘汇集的径流由渠道分配到各个田块,或把径流贮存到窖里,以供农作物利用,获得了较好的收成。自20世纪70年代以来,美国、前苏联、突尼斯、巴基斯坦、印度、澳大利亚等国对集水面进行了大量研究。近年来,世界各地悄然掀起了雨水利用的高潮,并成立了国际雨水集流系统协会(IWRA),于1982~1997年在世界各地召开了8次国际雨水收集大会。联合国粮农组织和国际干旱地区农业研究中心,对雨水资源的利用也很重视。以色列、美国、澳大利亚等国成立了干旱研究机构,专门研究有关农业用水的问题(任杨俊,2000)。
我国4100年夏朝的后稷便开始推行区田法。战国末期有了高低畦种植法和塘坝,明代出现了水窖。本世纪50~60年代,创造出鱼鳞坑、隔坡梯田等就地拦蓄利用技术。近年来,各地纷纷实施雨水集流利用工程,如甘肃的“121”工程,陕西的“甘露工程”,山西的“123”工程,宁夏的“窖窑工程”和内蒙的“11338”工程。通过雨水就地拦蓄入渗、覆盖抑制蒸发利用、雨水富集等技术,提高了雨水的利率。
雨水利用的形式很多,包括:(1)雨水的当时和就地的利用,包括为了捉高土壤水利用率的措施,如深耕耙耧,覆盖保墒等;(2)水土保持措施,主要是拦截降水径流,提高土壤水分含量,梯田、水平沟、鱼鳞坑、以及在小流域治理中的谷坊、淤地坝等治沟措施;(3)拦截雨洪进行淤灌或补给地下水;(4)微集雨,即利用作物或树木之间的空间来富集雨水,增加作物区或树木生长区根系的水分;(5)雨水集蓄利用,是指采取人工措施,高效收集雨水,加以蓄存和调节利用的微型水利工程。
我国开展雨水集蓄利用的范围主要涉及13个省(市、自治区),700多个县,国土面积约200多万km2,人口2 6亿。主要在西北黄土高原丘陵沟壑区、华北半干旱山区、西南季节性缺水山区、川陕干旱丘陵山区以及沿海及海岛淡水缺乏区。据统计,从20世纪80年代后期到现在,全国已建成水窖、水池、小塘坝等小微型工程1200万处,可集蓄雨水160亿m3,初步解决3600万人的饮用水问题,为近267万hm2旱作农田提供了补充灌溉水源,使近3000万人开始摆脱干旱缺水的束缚和困扰(朱强等,2004)。农业雨水利用具有显著的经济效益和社会效益,以黄土高原为例,西北地区作物地年总无效蒸发耗水达33亿立方米,若采取集流保墒措施,年可减少蒸发损失6 4亿立方米。如果收集居民工矿地和交通地的汇流潜力,可使西北的粮食增产超过10%,初步推算黄土高原地区可增产粮食约28 亿公斤(徐学选等,2000)。
(二)城市雨水利用
城市雨水利用与以下几种方式,(1)屋面雨水集蓄利用,利用屋顶做集雨面用于家庭、公共和工业等方面的非饮用水,如浇灌、冲厕、洗衣、冷却循环等中水系统。(2)屋顶绿化雨水利用,屋顶绿化是一种削减径流量、减轻污染和城市热岛效应、调节建筑温度和美化城市。(3)园区雨水集蓄利用,绿地入渗,维护绿地面积,同时回步地下水。(4)雨水回灌地下水,在一些地址条件比较好的地方,进行雨洪回灌,人工补给地下水。
城市雨水利用有很多成熟的案例。伦敦世纪圆顶的雨水收集利用系统。英国2000年在伦敦修建了世纪圆顶示范工程,该工程面积10万m2,相当于12个足球场大小。设计者将从圆顶盖上收集雨水在芦苇床中进行处理,处理过程包括两个芦苇床(每个的表面积为250m2)和一个塘(其容积为300m3),将雨水利用与生态有机地结合起来,体现了人与自然的和谐。位于柏林的HLankwitzBeless luedecke Strasse公寓,将从屋顶、周围街道、停车场和通道收集的雨水,通过雨水管道送入160m3地下贮水池,经简单的处理步骤后用于冲厕所和浇洒庭院。丹麦从屋顶收集的降雨量为2290万m3,相当于目前饮用水生产总量的24%(王琳等,2001)。新加坡水资源短缺,人均水资源为211m3,占世界倒数第二位,该国40%的水主要通过集雨来解决,几乎每栋楼顶都有专门用于收集雨水的蓄水池,经过专门的管道输送到全国18个水库储存,供城市利用。
城市雨水利用具有重要的积极作用,主要表现在以下几个方面,(1)雨水渗透能够适当提高地下水位,补充地下水,对于地下水超采城市来说具有更重要的意义。(2)雨水利用,减少了城市街道雨水径流量,减轻城市排水的压力,甚至一些区域不必铺设雨水管道,同时有效降低雨污合流,减轻污水处理的压力。(3)雨水利用用于工农业用水和生活用水,为城市提供新的供给水源,缓节水资源供需矛盾。
我国城市雨水利用具有很大的潜力。我国城市雨水利用潜力如下表3-4-1。
表 3-4-1 我国城市雨水利用潜力估算
项目 | 1997 | 2010 | 2030 | 2050 |
城市人均绿地面积(m3) | 31 | 35 | 39 | 40 |
绿地总面积(m2) | 114.7 | 192.5 | 292.5 | 384 |
绿地入渗补给量(亿m3) | 37.2 | 63.5 | 94.8 | 124.4 |
城市不透水面雨洪水量(亿m3) | 69.4 | 118.5 | 176.9 | 217.7 |
绿地雨洪水量(亿m3) | 11.9 | 20.3 | 30.3 | 37.3 |
绿地雨洪总水量(亿m3) | 81 | 139 | 207 | 255 |
城市雨洪利用量(亿m3) | 32.5 | 55.5 | 82.9 | 102.0 |
城市雨水利用量(亿m3) | 69.7 | 119.0 | 177.7 | 226.4 |
资料来源,钱易等主编,中国城市水资源可持续利用开发利用,2002。
从表3-4-1可以看出,我国雨水利用具有很大的潜力,科学地开发利用雨水资源,能有效地缓解我国水资源供需,促进经济社会和环境的协调发展。
(三) 洪水资源化
洪水给人类带来过巨大灾难,但其本身并不单具有灾害属性,在某种程度上还具有资源属性,即具有水害和水利双重特性。随着水资源短缺的加剧,愈来愈多的水利专家学者开始关注洪水资源化问题。
洪水资源化的主要途径(1)通过调蓄,将汛期洪水转化为非汛期供水。水库是调蓄洪水的重要手段,适当抬高水库的汛限水位,多蓄汛期洪水增加水资源可调度量,可以用于下游城市供水和农田灌溉。(2)环境用水,利用洪水输送水库和河道中的泥沙和污染物,将洪水作为调沙用水和驱污用水,输沙减淤,清除污染物。(3)引洪灌溉,将汛期洪水用于补源和灌溉,如可以弥补湿地水源不足和地下水源不足 。
联系客服