雨水集蓄利用技术的发展

一、雨水集蓄利用技术的发展

1.国内外雨水集蓄利用的历史

雨水利用是一项被广泛应用的传统技术。据资料记载，最早的雨水利用可以追溯到公元前6000多年的阿滋泰克（Aztec）和马亚文明时期，那时人们已经把雨水用于农业生产和生活，是一种原始的利用方式。当时在墨西哥、秘鲁和南美的安第斯山脉上，就建有大片梯田和数百公里的精巧渠道，使印加人的太阳帝国和现已经消失的马丘比城的数十万人得以在此生活。在哥伦比亚、厄瓜多尔、苏里南沿海和秘鲁南部高原，公元前3000多年的村居也成功地利用不同地形，修筑台地利用雨水种植玉米，在沟底种植水稻。公元前2000多年的中东地区，典型的中产阶级家庭也都有雨水收集系统用于生活和灌溉。如阿拉伯人收集雨水，种植了无花果、橄榄树、葡萄、大麦等。再如，在利比亚的干燥河谷内，人们用堤坝、涵管把高原上的水引至谷底使用，埃及人用集流槽收集雨水用做生活之用。2000多年前，阿拉伯闪米特部族的纳巴泰人在降雨仅100多毫米的内盖夫（Negev）沙漠，也创造了径流收集系统，利用极少量的雨水成功地种出了庄稼，后人称之为纳巴泰方法。

雨水集蓄利用技术在我国也有悠久的历史。早在2500多年前，安徽省寿县就修建了大型平原水库——芍陂，拦蓄雨水，用于灌溉。秦汉时期，在汉水流域的丘陵地区还修建了串联式塘群，对雨水进行拦蓄与调节。我国黄土高原半干旱区通过长期的生产实践，也创造了许多雨水集蓄利用技术，建造了水窖等多种蓄水设施，不但解决了当地人畜饮水问题，而且对促进当地农业的发展发挥了十分重要的作用。

世界的雨水利用首先是由解决人畜饮水问题开始的，逐步发展到利用城市集水系统增加城市供水和用于有限的农业和园林灌溉。雨水集蓄利用技术在农业生产上的应用是国际发展的趋势。20世纪中叶以来，国外兴起了对“径流农业”的研究和实践。以色列政府制定了为期30年的庞大的径流农业计划（径流农业是指对降雨产生的径流进行收集、储存和利用，来发展农业生产的措施），在内盖夫地区建立可持续发展的农业生态系统。通过多年的努力，重新启用和改进了古代的纳巴泰系统，并被中东、非洲及美洲一些国家的干旱地区竞相效仿。

20世纪80年代后期，雨水集蓄利用技术开始应用于大田作物生产，通过从经济作物到大田粮食作物的应用研究，已经真正做到了水肥同步供给。在旱地上开展有限补充灌溉试验，实现了作物增产与减灾的同步。不同层面不同区域的试验表明，水分利用效率有了数倍的提高。于是，产生了旱作农业和缺水地区集水农业的研究和发展思路。

雨水集蓄利用技术的核心是以雨水治旱，解决作物生长期与降雨期错位的矛盾。即利用干旱地区的自然降水资源，采用自然径流收集与人工产流、集存相结合的途径进行水分的富集叠加、时空调控、有效利用；通过改善和开发旱地作物生长发育的微生境（这里指通过补充灌溉等方式，将作物生长的局部生态条件进行改善），解决旱地农田水分严重亏缺问题，并使之与作物和农艺技术合理配套，提高旱地作物生产力和水分利用效率，实现自然降水的资源化。

2.雨水集蓄利用的技术体系

雨水集蓄利用的技术体系包括了从雨水的汇集、储存到利用三个层面的技术。

（1）雨水汇集技术。雨水汇集是指利用天然或人工修筑的汇流面，汇集雨水形成的地表径流以备利用。它可以利用庭院屋顶、路面及一些人工处理过的集流场收集雨水，具有投资少、集流效率高等优点，受到人们的普遍关注。

在干旱半干旱地区，人工修筑集流面汇集雨水进行作物补灌是提高粮食产量和农业生产可持续发展的重要举措。在生产实践上，采取混凝土、塑料薄膜、水泥土夯实、三七灰土夯实、原土夯实等措施对集雨面进行处理，都提高了雨水的收集效率。但不同材料处理的集流面效率不同，据《甘肃省干旱半干旱地区雨水集蓄利用技术指南》，柏油路面为70%，原土翻夯路面为23%，混凝土硬化面为75%。

通过经济、合理、安全、高效的防渗材料和现代技术应用，对集流面进行人工防渗处理，以提高集流面的集流效率，进行天然降水的有效收集利用，是雨水集蓄利用的一个关键技术。集流效率与集流面材料性质、降水特性及集流面前期含水量有关，同时集流面的坡度对集流效率也有一定影响。

（2）雨水储存技术。雨水储存是雨水集蓄利用系统的中间环节，是指将集流面汇集的雨水通过导流渠（管）引入蓄水设施储存的过程。我国北方干旱半干旱地区使用较多的蓄水设施有水窖、塘坝、涝池等。水窖主要用于人畜饮水和部分农田补灌，具有构建容易、使用方便、储存水质基本不受污染、渗漏蒸发少等优点，是目前普遍采用的形式。另外，蓄水池、瓷缸、水泥罐等也有使用。在一些来水量大的沟道或土地利用程度低的低洼地，修筑塘坝涝池蓄水，兼有沉沙调洪的作用。蓄水设施还包括引水渠、沉沙池、滤网等配套设施，以导引雨水径流和保护改善水质。

（3）雨水利用技术。雨水汇集、储存的目的是为了利用。充分高效、经济合理地利用雨水又需要相关的利用技术，以保证整个雨水集蓄利用技术体系取得最大的效益。

集蓄雨水灌溉技术是针对干旱地区水资源总量不足的客观实际，而采用的一种非充分灌溉（限额灌溉）技术。由于雨水灌溉技术是非充分灌溉，因此其实施的关键是分析当地天然降水的时空分布规律，按照各种作物不同生长期需水量大小，选择作物生长需水关键期和缺水严重期进行补充灌溉（或称之为有限灌溉），达到充分和高效利用雨水的目的。这种雨水高效集约利用技术在灌溉方式上主要有喷灌、滴灌、注灌、沟灌、渗灌等；在灌溉制度上采用作物需水关键期和土壤水分严重亏缺期进行有效补灌；并注重与高新种养技术配合，生产高附加值产品。同时还要根据不同作物，采取不同的灌溉方法、灌溉次数和灌溉定额。试验结果表明，进行有限补灌对作物产量的提高具有显著效益。甘肃省定西地区水保所的试验结果表明，春小麦进行有限补灌后单产提高90.18%，水分生产效率提高84.83%。