陕北地区集雨补灌技术研究

2012-09-25薛鹏席丁2张通

陕西水利 2012年6期

薛鹏席丁2 张通

（1.西北农林科技大学陕西杨凌 712100；2.西北农林科技大学陕西杨凌 712100；3.西北农林科技大学陕西杨凌 712100）

干旱缺水和水土流失并存是黄土高原地区头号生态与环境问题，亦是一对难以调和的矛盾。黄土高原地处内陆，为典型的大陆性季风气候，降水稀少，且年际年内不均匀，加剧了旱灾的发生。窖水节水灌溉技术可以利用干旱半干旱地区降雨产生的雨水径流，在作物遇旱的关键时期采用存储的窖水进行节水灌溉方式进行农田补充灌溉，从而提高农田果蔬的产量。

1 项目区概况

示范区位于陕西省延安市安塞县方塔村，属于典型的黄土高原丘陵沟壑区。海拔为1012m～1731.1m，相对高差719.1m。干旱缺水和水土流失是该地区的主要特征，苹果是该地区的主要经济作物，该地区年平均降水量约505.3mm，多年平均蒸发量1054mm，干旱指数2.08，年日照时数为2395.6小时，日照百分率达54%。

该地区土壤类型主要为黄土性土和红胶土、锈黑垆土等，土壤田间持水量20%左右，有机质含量在0.5%～1%之间，土壤养份缺乏，肥力很低，pH值在8～8.6之间，呈微碱性。适耕性好，适耕期长，土性热。

表1 不同降水量地区不同材料集流面年集流效率表

表2 一般集流面面积条件下蓄水设施容积系数表

2 集雨节灌模式

高塬沟壑区虽然千沟万壑，但根据其地形地貌特征可主要分为塬、坡、沟、川几种地貌单元，方塔示范区属于塬坡地形，本文仅针对塬的集雨节灌发展模式进行研究。

示范区地形属于塬地貌单元中的塬坡地形，坡度在10°～15°之间，较为平缓，该地形适宜采用坡面上部集雨，自压灌溉下部经济林的模式[2]。

3 窖水节水灌溉系统组成

窖水节水灌溉系统主要由集流场、水窖、节水灌溉设备三部分组成，具体的作用分别为收集降雨径流、蓄集雨水资源和及在高效利用用水资源。

3.1 集流场

集流场是收集降雨径流的主要设施，作为雨水集蓄工程技术体系中的首要环节，随着雨水利用技术的发展正得到不断的发展、推广和应用。

在水窖蓄水技术中所采用的集流面主要利用坡面、沟壕、庭院、麦场、路面作集流场收集降水。传统集流面采用的材料主要为混凝土，水泥瓦，浆砌石及水泥路面等。新型的集雨防渗材料有土壤固化剂、有机硅和地衣等。

集流面的面积计算时分为单用途多用途雨水集蓄利用工程的集流面进行计算，单用途雨水集蓄利用工程的集流面面积按公式(1)计算。

式中，Wj——设计保证率条件下，单用途雨水集蓄利用工程的年供水量，m3；

Si——第i种材料的集流面面积，m2；

Ki——第i种材料的年集流效率；

Pp——频率等于设计保证率的年降水量，mm；

n——集流面材料种类数。

多用途雨水集蓄利用工程的集流面总面积按公式(2)计算。

式中，Si——第i种材料的集流面面积，m2；

Sij——第j种用途第i种材料的集流面面积，m2；

m——雨水集蓄利用工程用途的数量。

集流面的年集流效率应根据各种材料在不同降水特性下的试验观测资料分析确定。在资料缺乏的情况心下，可按表1的规定选用。

3.2 蓄水设施

黄土地区常用的蓄水设施有水窖、水窑、水池和涝池四大类,其中水窖由于具有体积小、用材少、费用低、易保持水质、成本低、使用时间长以及操作简单的特点，在西北广大农村得到了广泛的应用。

本次工程选用水窖做为蓄水设施，黄土地区常用的水窖按形式可分为方形、圆柱形、瓶形、窑式水窖等。按其用途可分为人畜饮水和灌溉2种，前者多建于家庭和场院附近，所需材料一般就地取材，容积相对较小；后者多建于田边地头，其上部结构分为自然土拱窖和刚性材料盖窖，容积相对较大。

蓄水设施容积可按公式（3）计算。

式中，V——蓄水容积，m3；

W——设计保证率条件下，年供水量，m3；

α——蓄水工程蒸发、渗漏损失系数，可取 0.05～0.1；

K——容积系数。容积系数可按表2的规定取值。

3.3 灌溉方式

节水滴灌采用滴灌模式进行灌溉。滴灌模式主要有两种。在水窖与果园地面高差小于6 m时，采用太阳能泵与干管和毛管半移动相结合的模式，每套设备控制4眼窖，每眼水窖设计灌溉0.53hm2地。太阳能泵功率0.75kW，扬程15 m，流量3 m3/h，布设在株行距为3 m×4m的果园中，设计灌水定额330m3/hm2，滴头灌水定额50 L/个。设计作物日耗水强度2.5 mm/d，滴灌作物根部土壤湿润比80%，灌水均匀度95%，灌溉水利用系数0.85。滴头直径为1.2 mm，滴头出水量4 L/h。干管长50m～60 m，直径50 mm。每个干管上配有5～7根毛管，每根毛管长20m～30 m，直径16mm，每根毛管上装100个滴头，滴头间距0.3 m。

对于水窖与果园地面之间有6 m以上的高差时，可以利用地形落差或者虹吸管形成自流灌溉，从而提高经济效益。

4 基本结论

窖水滴灌技术具有节水、节能、灌水易于控制的优点，而且具有显著的经济效益。由于在利用窖水滴灌时，在水泵出口到作物根部范围内全部采用封闭的管道，因此沿程渗漏和蒸发损失少，不会发生地表径流和深层渗漏，水利用率可达95%。

采用果园滴灌系统，可节约用水30%～50%，比同等条件下非滴灌旱地果园，可节省劳动力成本20%～30%，增加苹果产量20%～40%，提高果品商品率30%左右，增加收入50%以上，当年可收回全部投资，具有明显的社会经济效益和生态效益。由此说明，通过水窖收集降雨及滴灌苹果是调控降雨径流、高效利用水土资源的重要形式。