1、雨水資源集蓄利用研究綜述提要由于干旱、人口增長、地表水地下水污染等問題，人們對雨水資源的開發利用產生了極大的興趣并進行了廣泛的研究，而且已初步顯示出雨水資源開發利用的巨大潛力。文中對雨水的匯集、蓄存、利用技術，雨水利用對區域環境的影響，雨水資源的評價，雨水利用的效益評估等方面的最新研究進行了全面的分析總結，同時，提出了目前研究中亟待解決的問題。關鍵詞雨水匯集；雨水利用；區域環境；雨水資源評價；效益評估中圖分類號P968； P426.62文獻標識碼A文章編號1000-3037(2000)02-189-051 雨水集蓄利用的歷史及發展概述近年來，由于人口增長、持續干旱、地表水污染、地下水超采等原因

2、，使得人們對雨水資源的開發利用產生了極大的興趣并進行了廣泛的研究，并已初步顯示出雨水資源開發利用的巨大潛力。公元前 2000 年的中東地區，就有利用雨水的記載。在同干旱氣候長期的斗爭中，希臘人、阿拉伯人、以色列人積累了收集利用雨水的豐富經驗。20 世紀 60 年代，日本開始收集利用路面雨水，70 年代修筑集流面收集雨水1。1982 年，夏威夷召開第一屆國際雨水集流會議，嗣后成立了國際雨水集流系統協會 (International Rainwater Catchment Systems Associat ion，IRCSA)，并多次召開雨水集蓄利用學術會議，促進了國際間雨水利用的交流與研究。目前

3、，以色列在集雨農業灌溉方面成就顯著，日本則研究利用雨水回灌地下水技術。我國在秦漢時期就有修建澇池塘壩攔蓄雨水利用的歷史記載，水窖修筑歷史也有數百年。20 世紀 50 年代開始利用窖水點澆玉米、蔬菜等，突破了原來只用窖水作為生活飲用水的傳統。在 80 年代后期，這一思路得到迅速發展，將收集的雨水用于發展庭院經濟和大田作物需水關鍵期的補充灌溉。1995 年，甘肅省在干旱半干旱地區實施了“121 雨水集流工程”，幾乎在同一時期，寧南山區實施“窯窖農業”，內蒙古自治區進行了“112 集雨節水灌溉工程”試驗示范研究，陜西、山西、河南、江蘇、浙江等省亦進行了雨水利用試驗研究。1995 年 6 月，北京舉辦

4、了第七屆國際雨水集流系統大會，并分別在蘭州、徐州召開了第一、第二屆全國雨水利用學術討論會。目前，我們國家的研究主要集中在干旱半干旱地區人蓄飲水和集流節灌的問題上，同時對集蓄雨水補灌地下水及城市集流等問題也展開了研究。2 有關概念探討2.1 雨水利用的內涵所有形式的水資源（包括河川徑流、地下水等），從根本上來說都來自雨水，因而雨水利用不僅僅是指雨水集流的家庭利用和雨養農業利用，而且還包括人工增雨、水土保持、水源地涵養、城市防洪和生態環境的改善等水資源利用的各個方面 2、3。這種雨水利用的概念其外延幾乎囊括了水的所有利用方式，具有極大的廣泛性。一般文獻中提到的雨水利用是指對雨水的原始形式和最初轉化

5、為徑流或地下水，土壤水階段的利用4，可將其稱為狹義的雨水利用（有的文獻叫雨水的直接利用）。就狹義的雨水利用而言，其內涵至少應包括：解決人蓄飲水的家庭利用；集流補灌的農業雨水利用；用于消防、城市綠地灌溉的城市雨水利用；雨水的地下水補給利用。2.2 農業雨水利用農業雨水利用是指通過自然過程或人類活動過程將雨水用于農業生產以提高作物產量和改善農業生態系統的利用。蔡煥杰等人將農業雨水利用分為雨水自然利用、疊加利用和聚集利用5。筆者認為可將其分為：雨水的原始利用或自然利用，即雨水或土壤水被植物吸收利用，即植物對沒有人為活動影響的、自然水文循環過程中的雨水利用；雨水的被動利用，指通過一定的工程措施增加攔蓄

6、入滲（如梯田）或減少蒸發（如覆蓋）來利用雨水；雨水的主動利用，指通過一定的匯流面將雨水匯集蓄存，到作物需水關鍵期進行補灌。和被動利用相比，主動利用中須使用灌溉手段，使作物不完全依賴于降水，從而提高了可控性6。2.3 雨水集蓄利用廣義的雨水集蓄利用是指經過一定的人為措施，對自然界中的雨水徑流進行干預，使其就地入滲或匯集蓄存并加以利用，狹義的則指將匯流面上的雨水徑流匯集在蓄水設施中再進行利用。雨水集蓄利用中強調了對正常水文循環的人為干預，如前所述的主動利用和被動利用就屬于雨水集蓄利用的范疇。3 雨水集蓄利用技術研究進展雨水集蓄利用技術主要包括匯集、蓄存與利用 3 個方面，這 3 個方面互相銜接，組

7、成完整的雨水集蓄利用系統。3.1 雨水匯集技術雨水匯集是指利用天然或人工修筑的匯流面，匯集雨水形成的地表徑流以備高效利用。利用庭院屋頂、路面及一些城市建筑物（如體育場）收集雨水具有投資少、集流效率高等優點，因此受到人們的普遍關注。屋頂庭院雨水匯集主要解決干旱半干旱山區、石灰巖地區、淡水缺乏的島嶼、高氟水地區和苦咸水地區人蓄飲水問題。路面集水則主要用于灌溉，甘肅省定西地區 1996 年實施道路集雨灌溉工程以來，在國道及地方公路沿線共修建水窖（池）9.254 萬眼，總容積 437.48萬m3，發展節灌面積 1.99萬hm2，經濟效益顯著7；利用公路集流時，要合理布設蓄水設施，否則，將會給公路造成隱

8、患8。此外，城市路面及建筑物也被作為集流面，收集雨水用于城市環境及地下水補灌的研究也正在展開9、10。在干旱半干旱地區，人工修筑集流面匯集雨水進行作物補灌是提高糧食產量和農業持續發展的重要舉措。現生產上常用的有混凝土、塑料薄膜、水泥土夯實、三七灰土夯實、原土夯實等處理。不同材料處理其集流效率不同，據甘肅省干旱半干旱地區雨水集蓄利用技術指南，柏油路面為 70%，原土翻夯路面為 23%，混凝土硬化集流面為 75%。需要指出的是目前人工修筑的集流面僅用于庭院或試驗區，尚未廣泛使用。3.2 雨水貯蓄技術雨水貯蓄技術包括雨水的蓄存和水質改善兩方面的技術。雨水蓄存是雨水集蓄利用系統的中間環節，是指將匯流面

9、匯集的雨水通過導流渠（管）引入蓄水設施貯存，等到需水時再從蓄水設施取水的過程。我國北方干旱半干旱地區使用較多的蓄水設施有水窖、塘壩、澇池等。水窖主要用于人蓄飲水和部分農田補灌，水窖建筑容易，使用方便，蓄存的水質基本不受污染，滲漏蒸發少，目前較多采用。另外，蓄水池、瓷缸、水泥罐等也普遍使用。在一些來水量大的溝道或土地利用程度低的低洼地，修筑塘壩澇池蓄水，兼有沉沙調洪的作用。蓄水設施還包括引水渠、沉沙池、濾網等配套設施以導引雨水徑流和保護改善水質。降落于地表的雨滴本身帶有空氣中的一些塵埃及大氣污染物，再加上一般地區集流面沒有適當的衛生防護設施，使得匯集于蓄水設施中的雨水水質較差。據對甘肅中部干旱半

10、干旱地區 6 個縣的水窖水質調查分析，發現水質均達不到我國通用的 (GB574985) 生活飲用水衛生標準11，因而應加強這方面的工作。飲用水水質的主要保護措施有：降雨前清掃集流面，設置沉沙池、濾網，蓄水窖加蓋，定期清洗水窖等。在采取保護措施的同時，應對蓄存的雨水凈化。在我國飲用雨水的地區，一般家庭較多使用的有明礬、漂白粉、熟石灰等，但是某些常用的化學物質如漂白粉可與水中有機物反應，生成不利于人蓄的副產物如三鹵甲烷12，因此，雨水凈化技術還有待于進一步研究。利用城市建筑物收集的雨水由于工業污染（如汽車尾氣、化工廠排放物），水質較差，但貯存一段時間后，經過雨水的自然凈化，水質可滿足一些工業生產和

11、環境用水標準10。3.3 集蓄雨水的利用技術雨水匯集蓄存，其目的是為了利用；而充分高效、經濟合理地利用雨水是保證整個雨水集蓄利用技術體系取得最大效益的關鍵一環。利用庭院屋頂收集雨水解決干旱半干旱山區、淡水缺乏地區的人蓄飲水問題是提高這些地區人們生活質量的關鍵步驟。甘肅省中東部地區 1995 年實施“121 雨水集流工程”，一年多時間解決了 131.07 萬人、118.7 萬頭生蓄的飲水問題13。浙江省余姚市由于地表河道蓄水量少，地下水水質差且污染嚴重，井水咸、澀、臭，所以這里居民家家都建有雨水集流設施。水是農業生產的命脈，在干旱半干旱地區，降雨量少且分布不均勻及降雨期與作物生長需水關鍵期錯位，

12、作物產量長期低而不穩。通過對這些地區農業自然生產潛力的分析，發現水分虧缺限制了其他因子作用的發揮，是“箍桶效應”中的短板，如果解除水分脅迫，初級生產力是目前的 45 倍14。在這些地區，降雨多集中在 69 月，若將多余的雨水徑流收集起來緩解春旱、夏初旱，將大大提高作物產量，實際上就是二重“箍桶效應”中的截長補短15。從時空上調節雨水分配，使水分供給與作物需水期相吻合，這就是集雨農業的出發點。另據研究，作物在中等水分虧缺條件下，有利于 WUE（水分利用率）的提高16；而且在作物發育的某一階段施加一定的水分脅迫，有利于作物抗旱和品質的改善17，這從作物水分生理上為集雨農業灌溉提供了依據。此外，集雨

13、農業中的補灌必須用節水灌溉方式（微噴灌、滴灌、滲灌、點澆、穴灌等）并與農業節水措施（覆蓋、松耕等）相結合，有條件的地方應使用設施農業。利用城市路面及一些建筑物表面集蓄的雨水可用于城市消防、廁所沖洗、城市綠化草坪灌溉；水質經處理后，可用于一些工業如木材加工10。將城市建筑物及平原地區的雨水直接攔蓄入滲或通過一定的滲漏過濾裝置，回灌地下水，可補充地下水量兼有防洪作用9、18、19。3.4 雨水集蓄利用技術研究中存在的問題目前我國雨水集蓄利用技術主要應研究以下問題：新型的高效低價集流面材料的研制；蓄水設施的施工技術和防凍脹技術，飲用水水質凈化技術；不同約束條件下補灌水量的確定，不同的灌水方式、不同的

14、作物及其農業經營措施綜合利用雨水的最佳模式；大氣污染對城市雨水水質的影響，城市匯集雨水水質的凈化、應用及匯集雨水回灌地下水技術等。4 雨水集蓄利用對區域環境的影響4.1 雨水集蓄利用與水土保持黃土高原國土整治 28 字方略的核心是“全部降雨就地入滲攔蓄”20。生產實踐中，通過修筑梯田、魚鱗坑、水平階等水土保持工程措施和松耕、等高耕作等水土保持農業措施，就地攔蓄雨水徑流入滲，提高了作物產量和林木成活，攔截分散了地表徑流從而減輕了對土壤的沖刷侵蝕，水土保持作用十分明顯。從雨水利用的角度來看，屬于被動的雨水利用，也就是說通過一定的人為措施對自然的水文循環進行干預，使其向著更有利于人類生產和生活的方向

15、發展，但這種干預具有一定的局限性，譬如，嚴重的春旱和夏初旱使作物生長很差或完全枯死，那么嗣后的強度降雨將會對裸露的地表產生嚴重的沖刷；但是，如果在田頭路邊修一些水窖（池），溝道、低洼地修塘壩、澇池（類似水保工程中的淤地壩，但淤地壩的主要作用是淤泥，而蓄雨設施的作用主要是用水）攔蓄降雨集中時期（黃土高原 69 月降雨量占全年降雨量的 70%80%）多余的雨水徑流，到作物需水關鍵期進行補充灌溉，解決作物、林木在旱季因缺水而枯死減產的“門坎”問題，同時防止了暴雨徑流對坡面、路面、溝頭的侵蝕21，這實際上是雨水的主動利用。因此，就水土保持而言，雨水集蓄利用是“就地入滲攔蓄”的進一步延伸和拓展，在水土保

16、持中具有更積極的作用和意義。4.2 雨水集蓄利用對區域生態環境的影響通過上述分析，干旱半干旱地區雨水集蓄利用具有攔泥減沙的作用，同時，利用集蓄雨水節灌作物、林草，提高作物產量和林草成活，改善了農田生態系統，增加了區域生態系統的穩定性。庭院屋頂雨水集蓄利用解決飲水問題，城市雨水收集可用于綠地灌溉、城市清潔等環境改善，都產生了良好的環境效益；而地下水補灌，可緩解已形成的地下水漏斗和由此產生的地下水環境問題22。另一方面，由于人工雨水收集干擾了正常的水文循環，從而對區域的徑流、蒸發、入滲及地下水位產生影響；尤其在降雨量少的干旱半干旱地區，要防止雨水資源的過度利用對環境的負面影響。關于雨水集蓄利用與環

17、境方面目前應主要研究：雨水集蓄利用的水土保持作用對區域水環境、區域生態系統結構和穩定性的影響，地下水回灌對地下水環境的影響等。5 雨水資源評價與雨水集蓄利用效益評估雨水資源的正確評價對其合理開發利用具有十分重要的意義。據估算，我國多年平均降水量為 6.19 萬億 m3，年降水最大的地方超過 6000mm，而約有 1/3 的面積降水量低于 200mm23。可見，降水總量豐富，但分布不均勻且差異懸殊，因此，要進行區域合理評價。在雨水資源評價中，除對雨水資源的總量進行評價外，更重要的是對可開發利用的雨水資源潛力進行合理評價，估算出由于目前人們認識、技術等限制而浪費掉的或沒有發揮最佳效益的那部分雨水資源量，確定合理的開發量。雨水資源的評價應引起人們的重視，以防止過度利用而產生的環境問題。據一些試驗 相關課件請到: 課件下載 欄目下載 教學反思研究24-26，集蓄雨水補灌農作物，可大大提高產量，具有顯著的經濟效益，但由于各地試