黄媛 李瑜玲 杨英茹 高欣娜 武猛 李海杰

摘 要：温室雨水收集系统可集中利用天然雨水，经过简单处理进行农业灌溉，在冀中南地区夏季降雨量大而地下水资源匮乏的情况下其经济价值和生态价值尤为突出。石家庄市农林科学研究院位于石家庄市区北三环附近，处于市区与正定新区的连接线上，同时毗邻太平河风景区，区位优势明显，该研究院有2座现代化连栋温室，以该温室为研究对象，设计一套雨水收集系统和水肥一体化系统，可达到节水减肥、降低人工成本、缓解区域地下水超采问题、保持该区域的水土环境资源的目的。

关键词：雨水收集;设施温室;水肥一体化;水资源

中图分类号：S24 文献标识码：A文章编号：1006-060X（2020）03-0074-03

Abstract： Greenhouse rainwater collection system can centrally utilize natural rainwater and carry out agricultural irrigation through simple treatment. Its economic and ecological values are especially prominent in areas where water resources are relatively scarce. Shijiazhuang Academy of Agriculture and Forestry Science is located near the North Third Ring Road of Shijiazhuang City， on the connecting line between the city and Zhengding new district， and is adjacent to Taiping River scenic area， its location advantage is obvious. The research institute covers an area of 53.1 hectares， including two modern multi-span greenhouses. This project takes the greenhouses as the research object to design a rainwater collection system and a water and fertilizer integration system for the goals of saving water and reducing fertilization， cutting labor costs， alleviating the problem of groundwater overexploitation in the region， and maintaining the water and soil environment resources in the region.

Key words： rainwater collection; greenhouse facilities; water and fertilizer integration; water resources

石家莊市是河北省的省会，位于河北省中南部，处于温带季风气候区，四季寒暑分明，夏季降雨量大，可占全年降水量的60%～70%。2018年石家庄市全市平均降水509.2 mm，同时伴有阶段性干旱与局地暴雨频发的特点。冀中南地区地下水资源匮乏，地下漏斗情况严重，石家庄地区东部各平原县是传统的农业产粮大县，地下水超采现象更为严重[1]。石家庄市农林科学研究院位于石家庄市区北三环附近，处于市区与正定新区的连接线上，毗邻太平河风景区，区位优势显著，是城市北部太平河景区绿色长廊中的一部分。研究院占地面积53.1 hm2，以小麦试验地和棉花试验地为主，其中建有2个现代化连栋温室，总面积5 401.6 m2，年耗水量约为6 000 t，现为高山杜鹃及设施蔬菜的科研试验用地。

由于棚顶的遮盖，温室内常年使用滴灌、微喷等方式进行灌溉，无法利用自然雨量，而通过温室屋面收集的雨水属于中性水，各项污染物含量较少，硬度也较低，无需进行软化等其他处理，可直接回用于农业浇灌，从而有效节约地下水。同时，人工蓄水池的修建可以很好地解决降水不均带来的地下水超采伴有的水土流失等环境问题，更好维护太平河风景区内的自然资源[2-4]。

1 雨水收集系统设计

温室屋面雨水收集系统包含区域收集、屋面排水沟、落水管系统、初期雨水弃流、初级雨水收集池、离心过滤及砂石过滤系统、室内储水设施以及水肥一体灌溉系统。简单来说，利用温室屋面收集的雨水，通过雨水弃流、初级过滤、净化，最终存贮在温室的灌溉储水罐中，供温室内灌溉使用[5]。

1.1 集水面积的确定

集水面积与建筑物的屋顶坡度及造型无关，一般主要与集水屋顶的水平投影以及地面集水槽的位置设置相关。如果排水沟设置在屋顶坡向一侧，则整个温室屋顶的水平投影面积都可作为集水面积[6]。该项目主要收集2座温室屋顶的雨水，2座温室的面积分别为1 600.0和3 801.6 m2。所以该项目集水面积为5 401.6 m2（图1）。

1.4 其他组成系统

（1）屋面收集：主要是2座温室的屋顶，面积分别为1 600.0和3 801.6 m2。（2）屋面排水沟：利用温室的天沟（雨槽），设双端排水管。（3）落水管系统：垂直落水管利用温室自身的落水管，在末端将落水口汇集在一起，并通向初级雨水收集池。（4）初级雨水弃流系统：雨水汇集管末端，安装雨水弃流过滤器，初期雨水弃流装置的主要作用是除去径流中大部分污染物，泥沙、流土及细小的或溶解性污染物，已达到快速净化水质的目的。（5）初级雨水收集池：设于室外，用于暂时收集雨水，池内设隔断，将水池分成沉淀区和储水区2部分;在储水区安装供水泵，在沉淀区安装污水泵，定期清理并将污水排到污水井，水池容积为60 m3。（6）离心过滤及砂石过滤系统：在水池顶部设置一台离心过滤器和一台砂石过滤器，完成对初级雨水的过滤和净化，处理过的雨水存入温室内的储水罐[7-9]（详见图2）。（7）室内储水设施：在2座温室内部各设一个组装式储水罐，采用镀锌波浪钢板现场组装，内衬PVC水衬，是一种经济、高效、安全的大型储水设施，储水罐安装施工简单方便，使用寿命长，可作为临时或永久式储水设施，特别适合温室灌溉系统的储水等，储水罐的容积为110 m3（详见图3）。

2 水肥一体化系统设计

2.1 供水系统

温室内的水肥一体化系统采用雨水和自来水双套供水系统，并设置切换功能，有效利用了纯天然的雨水，在雨水不足的情况下，使用市政供水系统。共2座温室，由于种植作物和种植方式不同，并分属不同的使用者，在2座温室内各配一套相对独立的水肥一体化系统[10]。

每套系统采用一台水泵，额定流量为8 m3/h，扬程为36 m。配置一台电控箱，可实现手动操作，也可由施肥机来实现全自动控制。主管路为50 UPVC管，位于温室中间主道路布置。每栋温室配一个取水口、一个电磁阀，由施肥机实现自动滴灌控制。水源来自温室内储水罐，当储水罐水源不足时可切换其他供水水源[11]。

2.2 灌溉系统

该项目采用喷灌机进行灌溉，并在每栋温室设置一个取水口，便于其他灌溉使用。每座温室配一台喷灌机，温室內配置喷灌机工作轨道和转移轨道[12]。温室一配8条工作轨道，每条长度44 m，转移轨道长80 m，轨道总长432 m;温室二配5条工作轨道，每条长度40 m，转移轨道长40 m，轨道总长240 m。

2.3 配肥系统

采用一台AUTO-A8施肥机，具有EC、pH值检测和混液箱低液位检测等功能，同时主体结构采用工业铝合金框架，面板采用触摸屏方便操作，使用时可根据作物生长需要进行配方，营养液按需要的比例自动配比稀释。在施肥过程中结合环境条件，可以采用时间、光照累积度和时间复合控制等模式供肥供水，与温室环境控制系统可实现无缝连接，共同组建成现代化的温室环境控制系统和水肥管理系统[13]。

3 效益分析与估算

3.1 经济效益

该项目利用雨水收集系统可实现日光温室节水灌溉的目的，同时雨水收集系统与增设的水肥一体化系统相结合， 更可达到节肥增效、省工省时的目的。雨水收集系统与水肥一体化系统的设置有效提高了灌溉水利用系数，预计在该项目中可实现年节水2 924.1 m3，按工程运行年限30 a计算，工程寿命期内可减少使用地下水8.77万m3，同时减少各项人工成本及环境维护成本，总体经济效益显著[14]。

3.2 生态环境效益

该项目可有效减少区域内的地下水开采，既可满足设施农业作物科研试验及生长用水，又能合理蓄存夏季丰沛的雨水，涵养太平河风景区的水土资源，缓解冀中南地区地下漏斗扩大情况的蔓延，有效保护该地区的生态环境，促进该地区的生态环境长远发展，生态效益显著[15]。

参考文献：

[1] 河北省气象局. 河北省2018年度气候公报[EB/OL]. http：//he.cma.gov.cn/qxfw/qhfx/qhgb/201904/t20190403_272231.html.

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（责任编辑：张焕裕）