活動式集雨場技術(shù)探索

李貴蘭，劉 江

(1.山東省臨沭縣鄭山水利站，山東 臨沂276715;2.山東省水文局，山東 濟南250002)

1 活動式集雨場

1.1 基本概念

活動式集雨場是指雨水集蓄利用系統(tǒng)中的集雨子系統(tǒng)的集流面是活動的，可以拆裝。通常使用防雨布和支架組建，可以在雨前臨時搭建，雨后可隨時拆移。另外，在特殊需要的時候，蓄水子系統(tǒng)也可以采用可移動的設(shè)施。

活動式集雨場是相對于傳統(tǒng)的雨水集蓄利用技術(shù)中的集雨場地而言的。傳統(tǒng)雨水集蓄利用技術(shù)中的雨水集流面一般分為天然坡面、現(xiàn)有人工建筑物的弱透水面以及修建的專用集流面等三種類型[1]。這三種集流場都是固定在一個地方。而活動式集雨場可以根據(jù)需要在適合的時間、地點隨時搭建和拆移。通常是根據(jù)天氣預報信息，在降雨之前安裝好，一次降雨過程結(jié)束后就收存起來，既起到了集雨的作用，同時又不影響集雨場空間的日常使用功能，包括通過功能、通風透光功能、以及景觀功能等。

1.2 活動式集雨場的結(jié)構(gòu)和安裝

活動式集雨場由五部分構(gòu)成，分別是集雨布、出流口、支架、引水管、蓄水設(shè)施。見示意圖。

集雨布:可使用聚乙烯或聚丙烯材料的防雨布作為集雨布，根據(jù)防雨布的材質(zhì)及實際的需要確定集雨布的大小和形狀。通常單個集雨布的面積一般可在數(shù)平方米至數(shù)十平方米之間。

出流口:根據(jù)需要出流口可設(shè)計在集雨布的一端、一角、或中部。出流口尺寸要保證最大雨強情況下，集蓄的雨水能及時流出。出流口的進水端要設(shè)置過濾網(wǎng)，防止樹葉等雜物堵塞。出流口的下端要設(shè)計與輸水管道的接口，便于使用操作。

支架:支架的設(shè)計主要考慮兩個方面，一是支架的高低，一是支架的固定。支架的高低主要根據(jù)集雨地點的地形地物，以及蓄水池(窖)口的高低確定。支架的固定有兩種主要方式，一種是插釘式，即支架下端做成鋼叉式，在松軟的土地上可以方便地固定安裝;另一種是預制墩座式，即在集雨地點設(shè)置幾個帶眼的混凝土墩座，方便支架的固定。

引水管:根據(jù)引水距離的遠近，選用輕便的塑料軟管或PVC管。

蓄水設(shè)施:根據(jù)活動式集雨場的特點，蓄水設(shè)施以水池為主，也可選擇水窖、水桶等。

活動式集雨場最大的問題是集雨布的防風問題。這個問題的解決辦法:一是適當減小單塊集雨布的面積，增加固定繩索;二是盡量降低集雨面的高度，在適宜的地方也可以將集雨布鋪設(shè)在地表。另外，在實踐中應(yīng)該還會發(fā)明出巧妙的解決辦法的。

總之，活動式集雨場所用設(shè)備材料簡易，裝卸操作簡單可行。

2 活動式集雨場的優(yōu)越性

2.1 拓展了雨水集蓄利用的空間

在田間野外可利用的屋面、場院、公路面、鄉(xiāng)村道路、運動場、打谷場等人工建筑物相對是很有限的。

在華北半濕潤地區(qū)雖然可以利用天然坡面作為集流面，但受到下墊面的下滲條件、地形地貌等因素的制約，雨水的積蓄利用受到很大的限制。首先，利用天然坡面集雨，水窖、水池等蓄水設(shè)施只能建在坡面下游匯水處，所以既要求有適宜的集流坡面，還要求坡面下游具備建水池(窖)的條件，二者必須同時滿足，如果再同時滿足需水地點的要求就更加困難。另外，在一些天然下墊面下滲條件好的地區(qū)，集流效率很低，如果沒有足夠的集水面積，也不適宜雨水的集蓄利用，比如在一些地表巖溶發(fā)育的地區(qū)。

而活動式集雨場可以克服這些障礙，集流面與蓄水設(shè)施的空間位置可以不受地面坡向的控制，甚至可以跨越地表分水線集雨，見示意圖?；顒邮饺斯ぜ昝娴募晷矢?，也解決了在一些天然坡面集流效率低的地區(qū)，不適宜雨水集蓄利用的問題。因此，活動式集雨場技術(shù)可以大大地拓展雨水集蓄利用的空間。

2.2 實現(xiàn)自壓供水

傳統(tǒng)的天然坡面集雨，蓄水設(shè)施都建在最低處，所蓄水面通常低于周圍地表高度，用水時必須再人工提水。特別是對于需要一定壓力的灌溉方式，如滴灌、微噴灌等，需要利用水泵把儲存在水池(窖)內(nèi)的水提升到高位水池。而活動式集雨場可以把蓄水設(shè)施建在高處，蓄水池的底部可以高出地表，從而實現(xiàn)自壓供水。見示意圖。

2.3 節(jié)約土地

活動式集雨場不需要占用土地來建設(shè)專用的集流面。另外，也不需要建截流、匯流溝(渠)和輸水溝(渠)，以及沉沙池、過濾設(shè)施等。因此，比傳統(tǒng)集流技術(shù)節(jié)省土地。

2.4 保護水質(zhì)

與天然坡面集雨相比，活動式集雨場集蓄的雨水沒有經(jīng)過地表的污染，因而更純凈，水質(zhì)更優(yōu)。

3 活動式集雨場技術(shù)的可行性分析

3.1 從降水特征分析該項技術(shù)的可行性

本次使用地處魯中山丘區(qū)的一處雨量站(濟南市QJ雨量站)的降水資料進行分析。該站多年平均降水量663.3 mm，屬于典型的半濕潤季風氣候區(qū)，具有一定的代表性。2010年該站降水量662.2 mm，屬于平水年份，本次以2010年為代表年分析降水情況。

2010年發(fā)生降水的天數(shù)共有76天，其中日降水量大于10 mm的天數(shù)有19 d，這19 d累計降水量509.7 mm。如果連續(xù)幾日都有降水，把這幾日稱為一個降水過程，把一個降水過程中至少有一日降雨量(降雪除外)大于10 mm的降水過程，初步確定為可進行集雨的過程，這種過程共有13個，累計降雨量551.5 mm，各降水過程日期及降水量見表1。其中，降水量最大的前三個降水過程的降水量分別是140 mm，82.5 mm，79.5 mm，累計降水量302 mm;前六個高值降水過程累計降水量428.5 mm，集中在7、8、9三個月份。

可見，當?shù)卮髿饨邓容^集中，13個集水過程，共26 d，就可以集雨551.5 mm，占當年降水量的83.2%，前六個高值降水過程可集雨428.5 mm，占當年降水量的64.7%。由此可得出以下兩點結(jié)論:

(1)每年集雨次數(shù)少，省時省工。并且能夠保證集雨設(shè)備對集雨地點空間資源的占用時間短，相關(guān)的影響小。

(2)每年有限次數(shù)的集雨就能收集500 mm左右的雨水，僅僅100 m2的集雨面積就可集雨水約50 m3，集雨效率高。而在魯中南地區(qū)的野外，數(shù)百平方米的田埂、荒坡、路面幾乎隨處可見，只要有需求就可以建設(shè)，相比以往采用天然坡面集流建水窖，活動式集雨場技術(shù)的推廣應(yīng)用范圍要大大增加。

總之，與魯中地區(qū)類似的半濕潤季風氣候區(qū)的降水特征很適合活動式集雨場技術(shù)的推廣應(yīng)用。

表1 2010年QJ雨量站有效降水過程統(tǒng)計表

3.2 經(jīng)濟效益分析

1)制做成本低廉

除了蓄水設(shè)施，活動式集雨場的主要成本是防水雨布。防水雨布當前的市場價格一般在1～10元/m2，其中適宜用做集雨布的價格一般在3～5元/m2。建一個集雨面積100 m2的集雨場，除去蓄水設(shè)施，集雨布、出流口、支架、引水管等總造價一般不超過500元人民幣。在妥善保管的條件下，這些設(shè)施可以重復使用多年。因此，活動式集雨場集流系統(tǒng)的造價相對是很低的。

2)經(jīng)濟效益顯著

雨水集蓄利用對于解決我國缺水山區(qū)的人畜飲水、作物灌溉等具有重要的意義和作用。據(jù)有關(guān)文獻，每立方米集蓄雨水的產(chǎn)值可達40～50元[1]。另據(jù)本文作者調(diào)研，濟南東部山區(qū)冶河小流域是優(yōu)質(zhì)核桃產(chǎn)地，在遇到干旱需水的時候，當?shù)剞r(nóng)民經(jīng)常需要花70～100元才能買一車水(約4 m3)，并且這些水還需要人工再一桶一桶地轉(zhuǎn)到地里，對于遠離道路的地塊只能聽任干旱的發(fā)展。而這些地區(qū)如果建起活動式集雨場，經(jīng)濟效益將十分顯著。

3)環(huán)境保護效益突出

主要體現(xiàn)在兩個方面，一是植樹造林綠化荒山，一是森林防火。

華北地區(qū)許多荒山造林成活率低，最主要的原因就是缺水，無法灌溉。活動式集雨場可以建在任何需要的荒山坡上，從而解決灌溉用水問題，將顯著提高植樹造林成活率，對于荒山改造、改善環(huán)境起到突出作用。

從山腰到山脊都能建造活動式集雨場，一改只能把雨水蓄存于溝谷、下游、低處的局面，這對于森林防火也將起到重要的作用。

結(jié)實耐用，價格低廉的高分子材料給活動式集雨場技術(shù)帶來了實現(xiàn)的條件，隨著化工技術(shù)的發(fā)展，將更用利于該項技術(shù)方法的推廣應(yīng)用。

圖1 活動式集雨場示意圖

[1]水利部農(nóng)村水利司.中國灌溉排水發(fā)展中心.雨水集蓄利用工程技術(shù)[M].鄭州:黃河水利出版社.2011:5，7.