風(fēng)力提水在山區(qū)水土保持中的應(yīng)用

李彥德

（山東省棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)水務(wù)局，277400，棗莊）

將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為能夠利用的能量最普通的方法是發(fā)電和提水，風(fēng)力提水比發(fā)電更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)轱L(fēng)力提水是依靠天然風(fēng)資源完成向上提水作業(yè)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、操縱和維護(hù)方便。風(fēng)力提水作為一種節(jié)能無(wú)污染的可再生能源的提水方式，已越來(lái)越受到歡迎和重視。山東省棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)九星山莊利用風(fēng)能資源引水上山，保持水土，改善生態(tài)環(huán)境，發(fā)展生態(tài)旅游，收到了較好效果。

一、概 況

臺(tái)兒莊區(qū)位于棗莊市最南部，地處韓莊運(yùn)河、伊家河兩岸。九星山莊位于臺(tái)兒莊區(qū)泥溝鎮(zhèn)西北10 km處的白山東側(cè)，地勢(shì)西高東低，北高南低，該村現(xiàn)有人口708人，平原耕地100 hm2，坡耕地 140 hm2，土地比較貧瘠，干旱季節(jié)，農(nóng)村飲用水和農(nóng)作物灌溉依靠山腳下的佟莊?。?）型水庫(kù)，多年來(lái)受干旱的影響，農(nóng)民生產(chǎn)、生活沒(méi)有多大的改善。該地區(qū)年內(nèi)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，一般風(fēng)力為3～4級(jí)，最大風(fēng)力可達(dá)11級(jí)，夏、冬季常發(fā)生5～6級(jí)西北風(fēng)，年平均3級(jí)以上風(fēng)的天數(shù)可達(dá)190天。利用風(fēng)能優(yōu)勢(shì)在山區(qū)丘陵發(fā)展風(fēng)力提水灌溉非常適宜；針對(duì)這種情況，該村借助“民辦公助”項(xiàng)目實(shí)施的機(jī)遇，依靠村西北的佟莊水庫(kù)和三面環(huán)山的自然優(yōu)勢(shì)，投資投勞74萬(wàn)元，修建了梯田、攔水壩、蓄水池；在佟莊水庫(kù)北岸修建風(fēng)力提水工程，引水上山，栽植水保生態(tài)林、經(jīng)濟(jì)林，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)有了較大的調(diào)整，糧經(jīng)比例達(dá)到4∶6。同時(shí)，借助自然環(huán)境優(yōu)勢(shì)，對(duì)風(fēng)力提水設(shè)備中的動(dòng)力設(shè)備——風(fēng)車(chē)進(jìn)行科學(xué)布局，為當(dāng)?shù)匕l(fā)展生態(tài)旅游增添了一道靚麗的風(fēng)景線(xiàn)，工程建設(shè)取得了一舉兩得的效果。目前，丘陵坡耕地的果園是該村發(fā)展致富的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)的蘋(píng)果、桃子遠(yuǎn)銷(xiāo)省外。昔日光禿禿的窮山變成了花果山。觀(guān)光農(nóng)業(yè)日漸繁榮，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和農(nóng)民收入有了較大提高。風(fēng)力提水和生態(tài)旅游業(yè)的緊密結(jié)合取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、工程規(guī)劃建設(shè)情況

九星山莊風(fēng)力提水工程于2007年5月開(kāi)工，當(dāng)年10月建成。工程結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀坏乩憝h(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃及生態(tài)旅游規(guī)劃實(shí)施，以引水上山為目的，以風(fēng)車(chē)布局為亮點(diǎn)，科學(xué)布置攔水壩，蓄水池采用梯級(jí)布設(shè)的地下結(jié)構(gòu)，表面采用仿真巖體技術(shù)，水從巖體中自然噴涌，涓涓細(xì)流匯成小溪，使群山充滿(mǎn)生機(jī)和活力。該工程項(xiàng)目共包括新建小型風(fēng)力揚(yáng)水站8處，設(shè)計(jì)總揚(yáng)程50 m，從水庫(kù)的北岸到山坡建50 m3蓄水池3處，150 m3蓄水池5處；控制灌溉面積80 hm2，果園灌溉采取分級(jí)輪灌的運(yùn)行管理方式，鋪設(shè)輸水管道5.8 km，新建小型攔水壩5處，漫水橋6處，共完成土石方 1.1萬(wàn) m3， 砌石1 870 m3，混凝土101 m3。完成投資74萬(wàn)元。

三、工程原理

該工程采用QZY—F4型風(fēng)力氣壓自控?fù)P水設(shè)備。該裝置由風(fēng)力空壓機(jī)與氣壓機(jī)自控?fù)P水機(jī)兩部分組成，其工作過(guò)程是由風(fēng)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)直接帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)，產(chǎn)生壓動(dòng)力，通過(guò)氣管傳導(dǎo)動(dòng)力給水源中的氣壓自控?fù)P水機(jī)直接揚(yáng)水。該裝置利用雙體氣壓自控?fù)P水機(jī)和風(fēng)力機(jī)分開(kāi)安裝，便于風(fēng)車(chē)和周?chē)包c(diǎn)結(jié)合。設(shè)備塔高 9 m，啟動(dòng)風(fēng)速 2.2～3 m／s，工作風(fēng)速3～15 m/s，揚(yáng)程一般在 20 m左右。以風(fēng)速5m/s時(shí)計(jì)算，其出水量在7 m3/h左右。設(shè)計(jì)壓力0.2～0.6 Pa，風(fēng)速 4～13 m/s，揚(yáng)程 10～60 m。

四、工程實(shí)施效果

該工程不用油不用電，利用風(fēng)力使水庫(kù)水上高山，栽植了80 hm2果園，治理水土流失面積50 hm2。同時(shí)，風(fēng)力提水工程也帶動(dòng)了當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展。風(fēng)力提水徹底改善了山邊80 hm2果園的灌溉條件，該工程當(dāng)年實(shí)施當(dāng)年見(jiàn)效，年增產(chǎn) 12.5萬(wàn) kg，人均年增收353元。

五、結(jié) 語(yǔ)

風(fēng)力提水是一個(gè)匯集空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料科學(xué)等綜合性學(xué)科的技術(shù)。它可以廣泛運(yùn)用在邊遠(yuǎn)缺水地區(qū)解決農(nóng)村飲水問(wèn)題，進(jìn)行天然草場(chǎng)灌溉；也可以和微滴灌系統(tǒng)配套，發(fā)展節(jié)水灌溉；在沙地荒漠腹地運(yùn)用風(fēng)力提水，建立綜合防護(hù)林，可防止沙漠對(duì)綠洲的吞噬，有效地促進(jìn)沙區(qū)生態(tài)環(huán)境的建設(shè)；在地下水水位較高的地區(qū)，利用風(fēng)力提水可以及時(shí)排除土壤中多余有害的水，使地下水水位降低到一定的深度，從而改良土壤，控制土壤的鹽堿化，讓作物在適宜的土壤含水量中生長(zhǎng)。還可以利用風(fēng)力提水進(jìn)行活水養(yǎng)魚(yú)、海水曬鹽等。展望未來(lái)，隨著燃料的逐步減少及其開(kāi)采成本的增加，風(fēng)力提水設(shè)備將以其造價(jià)低廉、安裝方便漸具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并有廣闊的發(fā)展前景。