小流域雨水利用微型调控的方法

摘要

本发明涉及一种小流域雨水利用微型调控的方法，它包括确定控制区，在控制区内利用地形坡度，找出自然降雨形成的地表径流，或地表潜径流，或每一个流入下游河道的渠道的汇水点的末端，并根据汇水渠道和径流距离的长短、坡度的高低，建设一个或多个呈阶梯分布的、用于延长客水滞留时间的、利于土壤补水回渗地下的阻水微型工程；阻水微型工程至少包括，有阻水、蓄水功能的阻水墙，位于阻水墙一端，或两端并间隔一段距离设置的低坝、低坝与阻水墙之间形成的缓冲池；该方法可以自然调节水量，使水资源达到供需平衡，改善农业生产条件，防止旱涝发生，给农作物生长创造一个良好的条件，达到增产增收。

说明书

技术领域

本发明涉及一种小流域雨水利用微型调控的方法。

背景技术

我国70％的农田因缺水而处于中、低产状态，七十年代以来超量开采地下水，造成地下水位急剧下降，上层土体干旱加剧。我国旱灾面积已占总灾害面积的60％以上，“旱灾”已成为头号的自然灾害。

近年来，集雨节灌技术在我国西北、华北和西南贫困、缺水山区已经得到了广泛的应用，尤其在“九五”期间，随着广大群众对雨水集蓄利用认识的逐步加深，加上各级政府的支持，早就开始了大范围的试点、示范，并取得了丰硕的成果。集雨节灌技术应用一般采取水窖、水窑、水柜等雨水集蓄方法和小水库、小塘坝、小水池等水利工程。据统计，全国共建成集雨节灌工程528.4万处，蓄水容积17.6亿m³，发展节水灌溉面积59.9万km²(898.2万亩)，年增加粮产量21.2亿kg，年增加产值27.4亿元，解决了2250万人及1686万头牲畜的饮水问题，并使1530万人解决了温饱问题。实践证明，集雨节灌技术的应用，对解决缺水地区的饮水和农田灌溉问题，促进地区农业和社会经济发展，具有重要意义。

但集雨节灌技术一般应用在受自然条件和经济条件限制，很难修建利用地表水和地下水的水源工程的地区，导致该地区水资源紧缺或调蓄能力差，区域性、季节性干旱缺水问题突出，制约当地农业和社会经济发展。

在水资源的计算中人们往往只重视了地表水资源和地下水资源这两大类，而事实上，对于农业用水的水资源而言，只计算以上两类资源量是不确切的，它不包括蓄水和蓄存土壤水分。而蓄存土壤水对作物需水来说却是非常重要的。它是天然降水和地下水为作物吸收利用的中心纽带，也是两者相互转化的媒介，它对浅层水的补给和地表径流的形成起着重要作用。因此土壤涵水是作物生长最为直接经济的水源。

在正常情况下，农作物对水分的吸收和消耗处于相对平衡状态时，作物生长良好。如果吸收水量小于消耗的水量，则作物体内的水分平衡便遭到破坏，轻则形成萎蔫，重则枯干死亡。作物过度缺水为干旱，干旱分大气干旱和土壤干旱。大气干旱是由于气温过高、阳光过强或干旱风造成空气湿度相对过低，使作物蒸腾耗水过大根系吸水不能满足需要而影响生长，春旱既属这种类型。土壤干旱的危害性比大气干旱为重，可使作物枯萎而严重减产。

土壤蓄存水的能力，受地形影响很大，一般地形坡度大，则土壤蓄存水的能力低，反之则能力强。在我国农田水利工程建设中，采用水利工程提高土壤蓄存水能力，一般采用在河道中修建水闸、水坝；由于以上工程建设投资较大，且调控距离较远，因此在同一调控区内，地面坡度差异仍会不同程度影响土壤蓄存水的能力，造成客水的滞留时间短，补给土壤蓄存水量低，不能从根本上解决干旱问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种小流域雨水利用微型调控的方法，通过该方法可以自然调节水量，使水资源达到供需平衡，改善农业生产条件，防止旱涝发生，给农作物生长创造一个良好的条件，达到增产增收。

一种小流域雨水利用微型调控的方法包括下述步骤：

确定控制区；

在控制区内利用地形坡度，找出自然降雨形成的地表径流，或地表潜径流，或每一个流入下游河道的渠道的汇水点的末端，并根据汇水渠道和径流距离的长短、坡度的高低，建设一个，或多个呈阶梯分布的、用于延长客水滞留时间的、利于土壤补水回渗地下的阻水微型工程；

阻水微型工程至少包括，有阻水、蓄水功能的阻水墙，位于阻水墙一端，或两端并间隔一段距离设置的低坝、低坝与阻水墙之间形成的缓冲池；

在山前高滩、或平原地形坡度较为平缓的地区，阻水微型工程由阻水墙，位于阻水墙两端并间隔一段距离设置的低坝、低坝与阻水墙之间形成的缓冲池、贯通阻水墙下端且控制泄水量的涵洞、位于涵洞内且阻断涵洞下端的内坝、位于内坝下端并向阻水墙上游开启的单向阀门所组成；

在山区、丘陵地形坡度较大地区，阻水微型工程由阻水墙，位于阻水墙上端并间隔一段距离设置的一个，或数个低坝、低坝与阻水墙之间形成的缓冲池、贯通阻水墙下端且控制泄水量的涵洞、位于涵洞内且阻断下端的内坝所组成；

在同时存在坡度较大和坡度较为平缓的地区，采用地形坡度较为平缓地区的阻水微型工程和地形坡度较大地区的阻水微型工程的任意组合。

本发明有如下优点：

(1)引、排、蓄、补水的效果明显，根据实例测试，该方法能使土壤含水量普遍提高，地下水位普遍上升距地面3米。实现“涌泉再现”的景观，彻底改变控制区内的缺水状态，增加综合经济效益超过百万元。

(2)投资少，见效快。根据实验表明，每亩平均耗资50～120元左右，这一投资金额比较其他水利工程投资要少得的多。

(3)工期短，工艺简单、易普及。该项目不需大规模施工，不破坏现有水利工程设施，不破坏植被，施工简单，工期短，易推广普及。

(4)收益大、使用寿命长。该项目建成后，采取自然调节方法，减少了动力消耗，增加农作物产量，减少灾害，提高经济效益显著。使用寿命长，维护费用极低，一次投资，长期受益。

(5)灵活多变，实用性强。该工程可大可小，小则一平方公里，大则一个区域，可以以点代面，多点连片，达到对小区域水资源状况的改善。

该方法能以较小投入获得可观的效果。工程具有引、排、蓄、补的作用，自然调节控制区内水量，可使水资源达到供需平衡，提供了研究和调节水量平衡的一种新途径。工程工艺简便，工程造价低，使用寿命长，设计方法新颖，具有合理性，实用性和可操作性。

该方法大力改善了区域干旱缺水状态，促进水-土-气的良性循环，大幅度提高地下水位，改善地表、土壤含水量不足现状，由此提高地表、土壤含水量及蒸发量，科学干预降雨云层，造成区域降水量增加，这将对生态环境以改善提供了一个非常有效的方法。

该方法实用效果明显，如果将此项技术推广，逐渐把一片片工程区连接起来，使区域水资源达到供需平衡，让大自然更好的为人类社会服务，就可以彻底解决我国部分地区水资源缺乏问题。

附图说明

图1为地形坡度较为平缓地区的阻水微型工程示意图

图2为地形坡度较为平缓地区的阻水微型工程侧示意图

图3为地形坡度较大地区的阻水微型工程示意图

图4为综合地区的阻水微型工程示意图

图5为实施例的阻水微型工程示意图

具体实施方式

如图1至图4所示，该方法包括：

确定控制区11；

在控制区内利用地形坡度10，找出自然降雨形成的地表径流，或地表潜径流，或每一个流入下游河道的渠道的汇水点的末端，并根据汇水渠道和径流距离的长短、坡度的高低，建设一个，或多个呈阶梯分布的、用于延长客水滞留时间的、利于土壤补水回渗地下的阻水微型工程；

阻水微型工程至少包括，有阻水、蓄水功能的阻水墙3，位于阻水墙一端，或两端并间隔一段距离设置的低坝1、低坝与阻水墙之间形成的缓冲池；位于阻水墙上端的缓冲池为上端缓冲池2，位于阻水墙下端的缓冲池为下端缓冲池6，缓冲池与低坝和阻水墙之间为缓冲池壁7，可用砖切砌，缓冲池底可用混凝土或砖砌作垫层。

在山前高滩、或平原地形坡度较为平缓的地区，阻水微型工程由阻水墙，位于阻水墙两端并间隔一段距离设置的低坝、低坝与阻水墙之间形成的缓冲池、贯通阻水墙下端且控制泄水量的涵洞4、位于涵洞内且阻断涵洞下端的内坝5、位于内坝下端并向阻水墙上游开启的单向阀门9所组成；

在山区、丘陵地形坡度较大地区，阻水微型工程由阻水墙，位于阻水墙上端并间隔一段距离设置的一个，或数个低坝、低坝与阻水墙之间形成的缓冲池、贯通阻水墙下端且控制泄水量的涵洞、位于涵洞内且阻断下端的内坝所组成；

在同时存在坡度较大和坡度较为平缓的地区，采用地形坡度较为平缓地区的阻水微型工程和地形坡度较大地区的阻水微型工程的任意组合。

所述的涵洞内坝的高度为控制区内控制达到的水位线高度。所述的涵洞为并排设置的一个，或多个。所述的涵洞内坝上端面高于涵洞的上端面，涵洞内坝上端面位于涵洞上端的洞顶凹槽8中。所述的单向阀门的出水口高于上端缓冲池的水平面。

如图1至图2所示，在山前高滩、或平原地形坡度较为平缓的地区，阻水微型工程由阻水墙，位于阻水墙两端并间隔一段距离设置的低坝、低坝与阻水墙之间形成的上端缓冲池和下端缓冲池、贯通阻水墙下端的涵洞、上端位于涵洞内的洞顶凹槽中且阻断涵洞下端的内坝、位于内坝下端并向阻水墙上游开启的单流阀门所组成；该工程作用如下：

当降雨量低于工程设计水位时，即低于内坝上端时，阻水墙和内坝阻止地表径流流失，将水储存在上端缓冲池中，增加向控制区内地下渗水量；

当降雨量大于工程设计水位时，即高于内坝上端时，水进入涵洞和并漫过内坝上端再自另一涵洞口自然排放至下端缓冲池中，再多余的水，漫过下端缓冲池向下游排放；

当土壤中的潜水产生侧向径流时，减少潜水渗流；

当控制区内水位低于控制区外水位时，即上端缓冲池水面低于下端缓冲池水面时，位于下端缓冲池内的水通过单向阀门向上端缓冲池自然补水至控制区内。使该工程使控制区内沟渠水位相对提高，利于土壤补水、回渗，利于地下水位恢复。

如图3所示，在山区、丘陵地形坡度较大地区。阻水微型工程由阻水墙，位于阻水墙上端并间隔一段距离设置的数个低坝、低坝与阻水墙之间形成的缓冲池、贯通阻水墙下端的涵洞、位于涵洞内且阻断下端的内坝所组成。当降雨形成地表径流时，首先通过数个低坝蓄住部分水，增加地表汇流入渗山体土壤的时间，同时减轻山洪的形成，多余的水漫过低坝上端分流下去。工程内涵洞，洞口数量及大小通过的水量以不致造成下游水灾为准。这样，通过蓄水、分流、和调节工程的作用，即使降大暴雨也能防洪减灾。由于山区地形坡度大，该工程对涵养山丘水源可以起到明显的作用，这对于保护山区生态环境、实现山泉再现，具有现实意义。

如图4所示，在同时存在坡度较大和坡度较为平缓的地区，采用地形坡度较为平缓地区的阻水微型工程和地形坡度较大地区的阻水微型工程的任意组合。在小流域的计划控制区内，如果同时存在复杂的地形条件，可以根据地形条件采用组合的工程型式，充分结合现有的水利工程如河、渠、沟、塘、闸、坝以及小水库、小塘坝、小水池等，形成控制区域内系统的集雨高效利用，以逐步改善生态环境，实现区域水资源平衡。

本发明适用于年降雨量在250mm～750mm且年降雨量分配不均匀的干旱、半干旱地区；如果本技术使用在控制区域内的干渠、支渠末端，与主河道上的闸、坝综合规划则效果更佳。

如图5所示，本发明方法的试验区，即控制区11位于海淀区苏家坨乡行政区内，南临北清公路，北临苏家坨乡西小营村，东临永丰高科技园区，西临温阳公路。控制区11内东西长1251m，南北长1100m，总面积2066亩。

根据北京市海淀区统计局统计数据，该地区平均降水量603mm。区内为冲积高滩地形，地面高程西东走向49.3m-45.1m，地表落差4.2m，地下水位22m，有机井5座，原为农业用地，现主要种植杏树、杨树。

项目总投资26万元。根据项目区的地理状况，设计在区域内建阻水微型工程2处，观测井4眼，1号工程形式由缓冲池、阻水墙、涵洞、涵洞内坝、单向阀门组成；2号工程形成由缓冲池、阻水墙、涵洞、涵洞内坝组成。施工工艺全部为钢筋混凝土浇注。

在经济效益上，仅1.36km²(2066亩)的综合治理所涉及到的良田浇灌用水一项就是一笔不小的数字。仅以每年减少3-4次浇灌的费用计算(水资源浪费数额不计算在内)就可节约开支9万元。项目完成后，通过对各观测井测量，控制区内地下水静水位升高到距地面2m左右，可保证在可控范围内即使1年不下雨，也能完成区域内植被供水需要，其抗旱性能显而易见。经济效益情况分析如下所示：

苏家坨节水工程经济效益分析表

项目    亩    亩(元)    节支增收节电、油、人工    2066    45    92970减少干旱损失的收入    2066    60    123960总计    216930

从以上分析可以看到，该工程实施后每年可增收节支21.69万元，由于该工程是自然调节工程，不用人工去维护保养，因此从长远时间看，其带来的经济效益是非常可观的。