應(yīng)用雨水集蓄利用技術(shù)，解決邊遠(yuǎn)山區(qū)飲水困難

簡(jiǎn)介： 針對(duì)江西省邊遠(yuǎn)山區(qū)地勢(shì)較高處農(nóng)村人口的飲水困難,進(jìn)行了"雨水集蓄利用"技術(shù)可行性分析,并詳細(xì)介紹生活雨水集蓄利用技術(shù)的運(yùn)用.
關(guān)鍵字：雨水集蓄技術(shù) 農(nóng)村人口 飲水困難

1. 江西省農(nóng)村人口飲水現(xiàn)狀

農(nóng)民供水工程是統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，改善和提高農(nóng)民生活質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是“千村示范、萬(wàn)村整治”建設(shè)和農(nóng)村公共衛(wèi)生體系建設(shè)的主要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)村農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的前提條件。千萬(wàn)農(nóng)民飲用水工程建設(shè)的受益對(duì)象是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平較低的農(nóng)村和經(jīng)濟(jì)收入不高、生活水平偏下的農(nóng)民，實(shí)施千萬(wàn)農(nóng)民飲用水工程是實(shí)踐“三個(gè)代表” 重要思想的具體體現(xiàn)。

我省不同區(qū)域、不同類型的缺水現(xiàn)狀，一是工程型缺水，二是資源型缺水，三是水質(zhì)型缺水。初步統(tǒng)計(jì)：我省農(nóng)業(yè)人口約3200萬(wàn)，860萬(wàn)戶。缺水約297萬(wàn)戶，1104萬(wàn)人。其中工程型缺水約228萬(wàn)戶，848萬(wàn)人，占全省農(nóng)村人口與農(nóng)戶的26.5%；資源型缺水8.6萬(wàn)戶，32萬(wàn)人，占全省農(nóng)村人口與農(nóng)戶的1%；水質(zhì)型缺水60萬(wàn)戶，224萬(wàn)人，占全省農(nóng)村人口與農(nóng)戶的7%。江西省從2000年開始，實(shí)施農(nóng)村飲水項(xiàng)目工程，解決了93萬(wàn)農(nóng)村人口的飲水問(wèn)題，僅為農(nóng)村缺水人口的8.4%左右。

我省農(nóng)村水資源較為豐富，但受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，我省農(nóng)村還有許多地方?jīng)]有水處理工程和供水管網(wǎng)，特別是我省邊遠(yuǎn)山區(qū)地勢(shì)較高處的農(nóng)戶，由于經(jīng)費(fèi)與用水量較小的原因，目前還無(wú)法建立水處理工程和供水管網(wǎng)。飲用水既不衛(wèi)生也不方便。大部分群眾仍然直接飲用江河湖庫(kù)水、坑塘水及淺層地下水，成為我省農(nóng)村進(jìn)一步提高生活質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)小康目標(biāo)的一大瓶頸。

根據(jù)我省農(nóng)村人口飲用水現(xiàn)狀，為了加強(qiáng)我省水資源管理、優(yōu)化配置、合理開發(fā)水資源，提供安全、衛(wèi)生的自來(lái)水，有效地控制水源性疾病的傳播，保障人民群眾健康。根據(jù)現(xiàn)有供水工程的數(shù)量、所取水源情況、供水能力、供水量、供水人口、供水水質(zhì)、水價(jià)、發(fā)展規(guī)劃等相關(guān)情況，以及當(dāng)前社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)飲用水的新變化和新要求，并通過(guò)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，江西省灌溉排水發(fā)展中心針對(duì)我省邊遠(yuǎn)山區(qū)地勢(shì)較高處農(nóng)村人口的飲水困難，提出了“雨水集蓄利用”的技術(shù)建議，以利當(dāng)?shù)馗骷?jí)水利（務(wù)）行政管理部門，采取“雨水集蓄利用技術(shù)”，使我省邊遠(yuǎn)山區(qū)地勢(shì)較高處的農(nóng)村勞動(dòng)力，從繁重的背、挑、拉等取水勞動(dòng)中解放出來(lái)，改善生存環(huán)境，提高當(dāng)?shù)厝罕姷慕】邓�平�?/span>

2 雨水集蓄利用的可行性

2．1 可行性分析

我國(guó)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的雨水利用歷史。特別是對(duì)那些地面水和地下水極端缺乏的干旱山區(qū)，雨水是唯一有潛力的水資源，降水作為可利用的水資源，應(yīng)當(dāng)充分利用。本文所指的雨水利用是指對(duì)原始狀態(tài)下的雨水進(jìn)行利用，或?qū)τ晁�在最初轉(zhuǎn)化階段時(shí)的利用。

雨水集蓄利用工程中的蓄水工程的容積一般不大于500 m³，而且絕大部分是采取防滲措施的蓄水工程。我國(guó)開展雨水集蓄利用的地區(qū)都在山區(qū)。降雨的就地分布特性、居住的分散性以及地形條件決定了雨水集蓄利用只能分散進(jìn)行。同時(shí)雨水集蓄利用工程主要是以農(nóng)戶、或以幾個(gè)農(nóng)戶為單位進(jìn)行。因此，雨水集蓄利用工程的規(guī)模都很小。其特點(diǎn)是投資少，成效快。

2．2雨水集蓄利用與常規(guī)的雨水利用區(qū)別

雨水集蓄利用工程一般都包括集、蓄、用三部分。這三部分與常規(guī)的雨水利用都有所不同。雨水集蓄利用工程采取工程措施來(lái)富集雨水并加以收集，集雨效率較高。常規(guī)的雨水利用一般是在天然坡面上攔集，集流效率低；雨水集蓄利用工程通過(guò)修建蓄水工程對(duì)雨水進(jìn)行調(diào)節(jié)利用，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。而常規(guī)雨水利用主要是對(duì)雨水當(dāng)時(shí)、就地的利用，雨水的儲(chǔ)存主要是儲(chǔ)存于土壤空隙，因而調(diào)節(jié)能力較低；由于雨水集蓄利用工程有較高的雨水集蓄能力，因此能對(duì)雨水進(jìn)行高效利用。與常規(guī)雨水利用的方式相比，雨水集蓄利用工程是一種對(duì)雨水資源更高的控制利用形式和發(fā)展階段。

針對(duì)我省邊遠(yuǎn)山區(qū)地勢(shì)較高處的農(nóng)戶，雨水集蓄利用工程的建設(shè)，主要由集流場(chǎng)、沉淀池、水窖組成。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：屋面集流場(chǎng)50m²，沉淀池5m³，水窖30m³。

2．3雨水集蓄利用工程的效益

⑴ 解放勞動(dòng)力、發(fā)展經(jīng)濟(jì)、增加收入。雨水集蓄利用工程實(shí)施以前，山區(qū)地勢(shì)較高處的飲水困難農(nóng)戶每天需到1～5km外找水挑水1～3次，每次往返1～2h，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。若水就在院子里或者自來(lái)水入戶，則節(jié)省工時(shí)和勞動(dòng)力。根據(jù)調(diào)查結(jié)果估算，實(shí)施了生活雨水集蓄利用工程的地區(qū)，平均每戶每年可節(jié)省50～100個(gè)工日，按每工日10元計(jì)，則為500～1000元/戶年。將節(jié)省的勞力用于外出打工、種植和發(fā)展養(yǎng)殖生產(chǎn)、庭院經(jīng)濟(jì)、從事家務(wù)勞動(dòng)以及發(fā)展其他產(chǎn)業(yè)，必定增加農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收入。

⑵ 改善了生活習(xí)慣，提高了生活質(zhì)量，促進(jìn)了農(nóng)村精神文明的建設(shè)。據(jù)調(diào)查，飲水困難農(nóng)民過(guò)去一盆水洗一家人的臉，更談不上洗衣和洗澡。實(shí)施農(nóng)村飲水解困工程之后，可為農(nóng)戶提供較充足的水量，改善農(nóng)民的衛(wèi)生習(xí)慣，有了充足的用水，還可以在農(nóng)戶的房前屋后栽樹種花，美化環(huán)境，提高生活質(zhì)量，促進(jìn)精神文明建設(shè)。

⑶ 減少疾病，提高農(nóng)民的健康水平。農(nóng)村有些地方不但飲水困難，而且水質(zhì)不好，含氟含砷含重金屬、大腸桿菌超標(biāo)等現(xiàn)象嚴(yán)重。很多農(nóng)民都有氟斑牙、拉肚子等疾病。實(shí)施了農(nóng)村飲水解困工程后，將大大改善農(nóng)村飲水不衛(wèi)生、不安全的狀況，農(nóng)戶喝上潔凈衛(wèi)生的水后，必定提高農(nóng)民的健康水平，并且大大降低農(nóng)民因?yàn)橹尾《�花費(fèi)的醫(yī)藥費(fèi)用。

3 生活雨水集蓄利用系統(tǒng)與技術(shù)

簡(jiǎn)單的雨水集蓄利用系統(tǒng)如下圖所示。主要由集雨面、集雨槽、貯水容器和出水口等組成，還有首次沖洗、處理、過(guò)濾和輸送設(shè)備等。

3．1 集雨面

生活雨水集蓄利用最常用的集雨面是屋面。屋面的結(jié)構(gòu)和材料影響著屋面收集雨水時(shí)的穩(wěn)定性和收集的雨水的質(zhì)量。屋面的材料主要有瓦楞鐵、石棉板、各種瓦和石板等。這些材料都比較適合作為屋面收集雨水。在雨水集蓄利用較多的地區(qū)，瓦楞鐵的應(yīng)用日漸增多。

集雨面在一定程度上決定了進(jìn)入貯存設(shè)備的雨水量和水質(zhì)。雖然在降雨強(qiáng)度較大時(shí)有一部分水會(huì)濺出集雨面，降雨結(jié)束后還有一部分雨水存留在集雨面上，但損失的多少主要取決于集雨面的入滲性能。損失的多少通常用徑流系數(shù)表示。表1是幾種屋面材料的集雨特性。

3．2  集雨槽

集雨槽的主要作用有兩個(gè)：一是將屋面收集的雨水聚集起來(lái)；二是將聚集的雨水輸送到貯存設(shè)備內(nèi)。集雨槽的材料和形狀多種多樣，有工廠生產(chǎn)的PVC集雨槽，也有家庭用竹子或鐵皮制作的集雨槽；斷面形狀有矩形、半圓形、三角形。為了降低系統(tǒng)的造價(jià)，在一些雨水

表1                    屋面材料的集雨特性表

集蓄利用較多的地區(qū)常采用當(dāng)?shù)乜色@得的價(jià)格較低的材料。如用鍍鋅的薄鐵皮經(jīng)剪切和彎折而成為等腰三角形斷面的集雨槽。

集雨槽一般安裝在靠近屋面的屋檐下，在屋檐下的安裝集雨槽的設(shè)計(jì)應(yīng)合理，要求既能將聚集的雨水全部輸送到貯水容器內(nèi)，也不浪費(fèi)材料。

流量是集雨槽設(shè)計(jì)的一個(gè)主要參數(shù)之一，可由下式計(jì)算：

式中　Q——流量，m³／s；

      A——集雨槽的過(guò)流斷面，m²；

      V——集雨槽內(nèi)的水流速度，m／s；

      n——集雨槽的摩阻系數(shù)(取0.01～0.015)；

      R——水力半徑(R=A／×)，m；

      ×——濕周，m；

      S——集雨槽傾斜度。

屋面面積為50m²的集雨系統(tǒng)集雨槽的參數(shù)見(jiàn)表2。

表2                  屋面面積為50m²的集雨槽參數(shù)表

3．3 首次沖洗

屋面和集雨槽內(nèi)常積存一些塵土、樹葉等雜物。在下一次降雨時(shí)，這些雜物就會(huì)隨雨水進(jìn)入貯水容器內(nèi)，造成雨水的污染和水質(zhì)下降。首次沖洗裝置的作用就是將這些污染物排放到貯水容器之外。

首次沖洗裝置一般有以下3種：

⑴ 手動(dòng)沖洗機(jī)構(gòu)：最簡(jiǎn)單的辦法是在降雨開始前將進(jìn)入貯水容器的水管移開，將污物排在貯水容器的外面，待污物排盡后，再將進(jìn)水管移回原來(lái)的位置。這種沖洗方式也稱手動(dòng)沖洗，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是自動(dòng)化水平較低，需有人在降雨開始前移開水管，并在沖洗干凈后移回原來(lái)的位置，可靠性比較低。

⑵ 翻轉(zhuǎn)水槽式?jīng)_洗機(jī)構(gòu)：當(dāng)降雨開始時(shí)，首先收集到的混有污物的雨水從水槽的后端進(jìn)入掛在水槽前端的吊桶內(nèi)。當(dāng)?shù)跬皟?nèi)的雨水和污物達(dá)到一定的重量后，水槽就會(huì)向前翻轉(zhuǎn)，收集到的雨水從水槽的前端進(jìn)入貯水容器內(nèi)，完成首次沖洗過(guò)程。

    ⑶ 浮球式?jīng)_洗機(jī)構(gòu)：當(dāng)降雨開始時(shí)，收集到的混有污物的雨水首先進(jìn)入一個(gè)集污桶內(nèi)。集污桶內(nèi)有一個(gè)浮球。隨著雨水進(jìn)入集污桶，浮球不斷上升，最終將集污桶的進(jìn)口關(guān)閉，雨水開始進(jìn)入貯水容器內(nèi)。

翻轉(zhuǎn)水槽式?jīng)_洗機(jī)構(gòu)和浮球式?jīng)_洗機(jī)構(gòu)都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即每次降雨結(jié)束后都要把吊桶或集污桶內(nèi)的雨水和污物排出。

 3．4貯水容器

雨水集蓄利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，貯水容積是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它決定了系統(tǒng)的建造成本。貯水容積的大小取決于當(dāng)?shù)氐慕涤旰蜌夂蚯闆r、集雨面的大小、集流面的材料、用水情況等因素。

計(jì)算貯水容積不僅要考慮用水需求，還要考慮降雨和雨水的收集情況。在降雨比較充沛、集雨面足夠大的地區(qū)，主要考慮用水需求。在降雨少或降雨在時(shí)間上分布不均的地區(qū)，主要根據(jù)降雨確定貯水容器的容積。一般計(jì)算過(guò)程中，兩種情況同時(shí)考慮。

    下面以一個(gè)3戶農(nóng)戶的雨水集蓄利用系統(tǒng)為例，介紹貯水容積的計(jì)算過(guò)程。

    用水需求：人口11人，每人每天用水45L，總用水量為14.85m³/月。

    降雨及集雨情況：集雨面為150m²(3個(gè)屋面)。材料為石棉板瓦，徑流系數(shù)為0.8。江西省平均年降雨1620mm。每年收集的雨水(假定為全部收集)150×1.62×O.8=194.4m³。平均每月可收集雨水194.4/12=16.2m³。

    可見(jiàn)，要想使全年的供水滿足生活用水需求，每月的用水量不應(yīng)超過(guò)14.85m³。而每年能夠收集到的雨水大于用水的需求，由于江西省雨水時(shí)空分布不均勻，年內(nèi)不同季節(jié)的變幅很大,所以除了設(shè)計(jì)合理的雨水集蓄系統(tǒng)外，還需要一個(gè)合理的用水管理計(jì)劃。每月可收集的雨水量可根據(jù)降雨數(shù)據(jù)計(jì)算得到。通過(guò)計(jì)算累計(jì)收集的雨量和累計(jì)用水量之間的差值（表3）得出要求的最大貯水容積�？梢钥吹阶畲筚A水容積發(fā)生在6月，為22.71 m³。本例按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建造30m³水窖，可以滿足最大需水2月份的用水要求。

貯水容器的建造可根據(jù)建造地點(diǎn)的情況，建于地下或地上，通常稱為水罐或水窖。貯水

容器的形狀一般以圓柱型最多。建造材料有預(yù)制混凝土、鋼、塑料、鋼筋混凝土和磚等。貯水容器除了要不透水并有一定的容積外，還應(yīng)滿足下列要求：設(shè)有溢流口，溢流口的設(shè)置和出流不能對(duì)貯水容器和它的建筑基礎(chǔ)造成損害；能防止一些害蟲(如蚊子)等的寄生；不透光，以防微生物的繁殖；通風(fēng)，以防厭氧生物的生存；便于清洗：對(duì)收集的雨水不會(huì)造成污染；容器上口要設(shè)有圍欄以防水孩墜落等。

表3                           貯水容積計(jì)算表

4  結(jié)束語(yǔ)

生活雨水集蓄利用系統(tǒng)的建設(shè)，工程布局要合理，要按設(shè)計(jì)圖紙施工，配套設(shè)施齊全。結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到圖紙要求，水池?zé)o滲水、垮塌、沉陷現(xiàn)象，土建質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。材料符合設(shè)計(jì)要求，灰漿飽滿，外形美觀，環(huán)境衛(wèi)生，管道安裝和機(jī)電設(shè)備安裝規(guī)范。