雨水集蓄利用工程技术

第二章雨水集蓄利用工程技术第一节雨水集蓄利用工程的规划一、西北地区雨水集蓄利用发展状况(一)雨水集蓄利用工程建设背景一、规划原则各地的规划、选点基本应体现因地制宜、合理布局的准则，要点如下：(1)雨水集蓄利用工程应规划选择在缺乏地表水或地下水或开采利用困难，多年平均降水量250～550mm的旱地农业区(如西北、华北的部分地区)，或在季节性缺水严重且降雨充沛的旱山、石山、丘陵地区(如西南的部分地区)兴建。(2)雨水集蓄利用工程规划应首先了解规划区现有的水利设施状况、自然经济条件，并结合当地经济的发展规划，力求做到因地制宜、合理布局。(3)工程的规模与分布的数量、类型应根据规划区的水资源循环、补给与排泄条件、当地种植作物的需水量、需水关键时期及需要灌溉的面积等资料来确定，着重解决好作物的保苗水、保命水。(4)规划工程应集中连片，注重实效，避免重复建设。(5)蓄水工程的选址要具备集水容易、引蓄方便的条件，按照少占耕地、安全可靠、来水充足、水质符合要求、经济合理的原则进行，同时还要考虑到管理方便和便于发展池院经济的特点，优先选择在房前屋后的适宜位置。(6)水源。一般采用自然坡面、屋面集雨。有条件的地方最好能选择靠近泉水、引水渠、溪沟、道路边沟等便于引蓄天然径流的场所；如无引蓄天然径流条件的，需开辟新的集雨场，修建引洪沟引水。总之，选择水源总的原则应是：要具有能最大限度拦蓄地面、屋面、路面和场院径流、引蓄泉水及其他骨干水利工程可提供补充水量的条件。集雨面积的大小应根据当地径流的特点及水窖(水池、水柜、水塘等)的容积来确定。对于集流效率较低的下垫面可采取人工措施，减少地面入渗，保证在需水前的雨季时，各水窖(水池、水柜、水塘等)能基本蓄满水。(1)降水资料。包括工程地点的多年平均、保证率为50％、75％及95％的年降雨量。工程地点附近有气象站或雨量站且资料年限不少于10年时，可收集实测资料并进行统计分析计算。当实测资料不具备或不充分时可根据当地降雨量等值线图进行查算。(2)地形资料。一般可不要求地形图。但应有集流面、蓄水设施及灌溉土地之间的相对高差资料。(3)集水面资料。对房屋屋面、庭院、计划作为集水面的公路、乡村道路、场院及天然坡面等投影面积进行量测。同时，对工程范围内已建的雨水集流面性质、面积、蓄水设施的种类、数量及容积进行调查。(4)需水对象资料。对工程范围内的人口、大小牲畜数进行调查，并对今后10年内的发展数字作出预测。同时，对雨水集蓄利用工程灌溉的作物种类、树种及其面积进行调查。(5)其他资料。当地社会经济状况、建筑材料、道路交通、当地建筑材料的数量与分布地点等。二、规划内容(一)内容概况(1)基本情况分析。降雨资源、地形及集流面条件、社会经济条件。(2)规划目标及建设雨水集蓄利用工程的必要性和可行性分析。(3)需水分析。人畜饮用水、发展庭院经济及大田节水灌溉需水量分析。(4)集流面确定。在水量供需平衡的基础上，选择各类集流面并确定相应的面积；对于西北、华北干旱缺水地区而言，许多地方需要人工集流面；对于西南地区而言，多为自然集流面。(5)蓄水工程规划。蓄水工程类型数量及蓄水量确定。(6)供水及灌溉工程规划。灌溉方式选择及规划。(7)工程建设费用与国家、地方和群众投入分析以及工程效益分析。(8)实施措施。村社两级的雨水集蓄利用工程规划还应对工程地点选择、工程布置作出具体规划。(二)水量平衡分析1．需水分析(1)人畜饮用水量。人畜饮用水量包括人及牲畜的饮用水，各省区有不同的参照标准。1)甘肃省人畜饮用水定额见表2—l。2)内蒙古自治区人畜饮用水定额见表2—2。表2-1甘肃省人畜饮用水定额表2-2内蒙古自治区人畜饮用水定额项目单位平水年特殊干旱年项目单位用水定额人饮用水kg/人.d106人kg/人.d30大牲畜饮用水kg/头.d3020大牲畜kg/头.d40小牲畜饮用水kg/头.d32小牲畜kg/头.d8注平水年降雨保证率50%，特殊干旱年保证率95%3)宁夏回族自治区人畜饮用水定额见表2—3。表2-3宁夏区人畜饮用水定额每户人畜饮用水量可按未来10年项目单位不同保证率年份用水定额内能达到的人口数及牲畜数计算。在作地区性规划时，可按地区统计资料计算。每家(户)全年人畜饮用水量应分别按不同保证率年份的用水定额进行计算。75%95%人kg/人.d106大牲畜kg/头.d3020小牲畜kg/头.d53(2)灌溉用水量。雨水集蓄灌溉应采用节水灌溉方法，农业灌溉用水量应在节水灌溉的前提下，按非充分灌溉(限额灌溉)的原理，根据当地或类似地区作物需水量或灌溉制度试验资料以及本地区作物生育期的降雨量确定。每亩土地全年灌溉水量可以按下式估算：Md=(0.5～0.8)×（N—0.667Pe—We）/η式中Md——非充分灌溉条件下年灌溉定额,m3/亩;N——作物或果树的全年需水量,m3/亩;Pe——作物生育期有效雨量，mm，可采用作物生育期降雨量乘有效系数而得该系数对夏禾作物取0.7～0.8,对秋禾作物取0.8～0.9;We——播前土壤中的有效储水量，可根据实测资料确定，在无实测资料时，可按（0.15～0.25）N作粗略估计；η——灌溉田间水利用率，滴灌等节水灌溉条件下取0.9。有的地区灌溉用水量也可根据当地多年实际测定资料进行估算，如甘肃和宁夏采用表2-4中的资料粗略估计不同作物的灌水次数与灌水量。表2-4各种作物在不同年降雨量及不同灌水方法的灌水次数与灌水量（甘肃、宁夏）项目粮食作物果树蔬菜瓜果夏作物秋作物灌水次数年降雨量300mm3～43～44～58～9年降雨量400mm2～32～33～46～8年降雨量500mm2～31～22～35～6每次灌水定额（m3/亩）滴灌、膜孔灌10～1510～158～1510～15点浇、根际注水灌5～105～105～85～102.全年可集雨量全年单位集水面积可集雨量按下式计算：Fp=Ey·Rp/1000式中Fp——保证率等于P的年份单位集水面积全年可集水量，m3/m2;Ey——某种材料集流面全年集水面积全年可集流效率，以小数表示，甘肃、宁夏与内蒙古等省区的Ey值可分别参见表2-5、表2-6。Rp——保证率等于P的全年降雨量，mm。Rp可以从该地区多年平均降雨量等值线图中取值，也可以按下式进行计算：Rp=KPpPp=KpPo式中Pp——保证率为P的年降水量，mm;Po——多年平均降水量，mm，根据气象资料确定；Kp——根据保证率及Cv值由相应地区的图表查得见表2-7；K——全年降雨量与降水量之比值，可根据气象资料确定。部分省区的K值可按表2-8、表2-9执行。表2-5不同材料集流面在不同降水量及保证率情况下全年集流效率表（甘肃、宁夏）（m3/m2）多年平均降水(mm)保证率（%）混凝土水泥瓦水泥土塑膜覆砂机瓦青瓦黄土夯实沥青路面自然土坡400～500500.800.750.530.460.500.400.250.680.08750.790.740.250.450.480.380.230.670.07950.760.690.410.360.390.310.190.650.06300～400500.800.750.520.460.490.400.260.680.08750.780.720.460.410.420.340.210.660.07950.750.670.400.340.370.290.170.640.05200～300500.780.710.470.410.410.340.200.660.06750.750.660.400.340.340.280.170.640.05950.730.620.330.280.300.240.130.620.04表2-6不同降水条件下各类集水面的集流效率表（内蒙古）平均降水量（mm）荒坡硬路面二（三）合土面水泥土面塑膜面2000.0660.0770.0880.0910.1032500.0740.0860.0990.1050.1163000.1030.1200.1370.1450.1613500.1090.1270.1450.1540.1704000.1370.1600.1820.1940.2144500.2150.2500.2860.3040.336表2-7甘肃、宁南山区降水频率Cv及Kp关系P(%)Cv0.210.230.250.270.290.310.330.350.370.39500.9840.9810.9780.9750.9720.9680.9630.9590.9550.95750.8510.8360.8210.8060.7910.7910.7610.7640.7310.72950.6830.6570.630.6040.5780.55530.530.5060.4830.46表2-8甘肃省部分地区平均降雨量与降水量比值表县名环县华池静宁秦安陇西通渭定西临洮K0.920.920.890.950.880.90.880.84县名西吉海原固原彭阳隆德泾源同心盐池K0.880.830.760.860.80.860.930.87表2-9宁南山区多年平均降雨量与降水量比值表县名西吉海原固原彭阳隆德泾源同心盐池K0.880.830.760.860.80.860.930.873．水量供需平衡分析及工程规模确定根据已求得的总用水量和集水量，进行平衡计算，确定相应的集雨面积、灌溉面积及蓄水工程的规模等。其中，集流面工程应按下式分别计算(各保证率年份相应的所需集流面积，选用其中大值)：Wp≤Sp1Fp1+Sp2Fp2+…+SpnFpn式中Wp——保证率等于P的年份需用水量，m3；Sp1Sp2…Spn——保证率等于P的年份材料1，2，…，n集流面积，m2；Fp1Fp2…Fpn——保证率等于P的年份材料1，2，…，n集流面单位集水面积可集水量。蓄水设施的总容积按下式计算：V=aWmax式中V——蓄水设施总容积，m3;a——容积系数，取0.8；Wmax——不同保证率年份用水量中最大值，人畜饮用水工程为平均年用水量。(三)集流面选择集流面工程的材料选择应遵循因地制宜、就地取材、提高集流效率、降低工程造价的原则进行。主要可采用混凝土面、瓦屋面、庭院、场院、沥青公路、砾石路面、土路面、天然坡面等；天然集水场效益差时，要进行人工补修，确无天然集水场时，需修建人工集水场。人工集水场有原土碾压、塑料薄膜及石块衬砌等多种形式。解决人畜饮水及发展庭院经济灌溉的集流面工程，当现有屋面为瓦屋面时，可尽量加以利用，当现有屋面为草泥时，宜改建为瓦屋面，并优先采用水泥瓦，不足部分在庭院内建设混凝土集流面作为补充。暂无房而拟近期建房的，可模拟屋面修建斜土坡铺瓦作为集流面。发展作物灌溉的集流面工程，可首先利用各种现有集流面，如沥青公路路面、农村道路、场院及天然土坡等集流面。现有集流面集水量不足时，可修建人工防渗集流面补充。修建人工防渗集流面时，在当地砂石料丰富且运输距离较近的地方，宜优先采用混凝土集流面。在人均耕地较多的地方，可采用土地轮休的办法，用塑膜覆盖耕地作为集流面。第二年该集流面转为耕地，可另选一块耕地作为集流面。发展作为灌溉的集流面，宜使集流面和拟灌耕地之间有一定高差，尽量满足各种灌溉方式所需要的水头，以便进行自压灌溉。在有条件的地方，可结合小流域治理，利用荒山荒坡作为集流面并按一定间距修建截流沟和输水沟把水引入蓄水池，或修建谷坊塘坝拦蓄雨洪。(四)蓄水工程布置1．蓄水工程的分类与选择蓄水工程可分蓄水窖、蓄水池、涝池和塘坝旱井等类型。蓄水窖按形状分为圆柱形、球形、瓶形、烧杯形、窑形等，按防渗材料分为红粘土防渗及混凝土或水泥砂浆防渗。按被覆方式可分为硬被覆式和软被覆式蓄水工程。按建筑材料可分为砌砖(石)、现浇混凝土、水泥砂浆、塑料薄膜和二合泥(粘土与石灰加水拌合而成)等。蓄水工程的选择应根据地形、土质和集流方式及用途进行。当土质为较粘的黄土时可选用蓄水窖形式；土质含砂较多或土中有较多裂缝时可选用蓄水池；有适宜的低洼地形且主要用以拦蓄沟岔或蓄存坡、耕地及土路面等含沙量较大的雨洪时可选用涝池和塘坝。2．蓄水工程的布置原则蓄