專利名稱：一種雨水收集方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水資源開發(fā)利用技術領域，尤其涉及一種雨水收集方法和設備。
背景技術：
受東亞季風與海陸位置的影響，我國自東南向西北出現鮮明的大尺度水平干濕度氣候分帶，一般將年平均降水量在250毫米以下的地區(qū)稱為干旱區(qū)，年降水量在250到450 毫米(或500毫米)的地區(qū)稱為半干旱區(qū)。我國干旱、半干旱區(qū)面積占國土面積的52%，全球干旱半干旱區(qū)面積占陸地面積的41%以上。按照國際人口承載力標準，干旱區(qū)人口密度不應超過7人/km2，半干旱區(qū)人口密度不應超過20 257人/km2，而我國北方半干旱區(qū)人口密度已達70人/km2，干旱和半干旱過渡帶有些地區(qū)甚至已達190人/km2。人口的增長帶來對水、食物、燃料等基本生活資料的需求不斷增長，人地矛盾日益突出，生態(tài)環(huán)境問題愈趨嚴重。因而，水資源的缺乏和人口密度較大是限制干旱半干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境改善的核心問題。而干旱半干旱區(qū)可利用水資源數量極為有限，具有大規(guī)模開發(fā)價值的河流數量很少，且由于氣候干旱和疏松的地質條件所限，強烈的蒸發(fā)和滲漏都為以水庫為主的大型水利工程建設帶來難以克服的困難。降水是干旱半干旱區(qū)僅有的水分補充機會，在不采取任何措施的情形下，干旱半干旱區(qū)的雨水在到達地面以后會很快蒸發(fā)消散到大氣中，無法直接為人所用。因而開發(fā)操作簡單，投資費用低，供水適應性強且水質好的雨水集流技術是有效緩解干旱半干旱區(qū)人畜飲水、糧食和薪材生產需水矛盾的有效手段。雨水的收集利用自青銅時代開始，至今已有四千多年的歷史。到二十世紀五十年代以前，雨水收集利用技術發(fā)展緩慢，但到二十世紀五、六十年代以后，隨著二戰(zhàn)的結束和世界經濟的復蘇，以及全球旱災頻率的加快和人口增長，雨水的收集利用重新受到人們的重視，從多方面探討雨水集流的可行性技術與方法，并取得了顯著成績。由于干旱半干旱區(qū)面積廣闊，各地的降水特征、地表組成(下墊面狀況)以及缺水程度的差異，因此適宜于當地的雨水集流措施也有很大差異。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出適宜于我國干旱半干旱區(qū)過渡帶的一種雨水收集方法和設備，價格便宜、耗費人力物力較少，且操作簡單可行。為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種雨水收集方法，包括以下步驟A、在干旱半干旱區(qū)過渡帶坡度為10度到15度的自然坡面上，制成坡長5米、寬60 米的粘土夯實集水面；B、在粘土夯實集水面四周砌成高15厘米、寬20厘米的水泥磚圍墻，用以減少側向徑流；C、在粘土夯實集水面下方邊緣用3根以12米為間隔的前端帶濾網的水管連接粘土夯實集水面下方的有蓋沉砂池；D、用前端帶濾網和浮筒的水管將雨水從有蓋沉砂池接入到旁邊的有蓋水窖中。步驟A中，采用干旱半干旱區(qū)過渡帶的紅粘土、細棉砂和黃土，以1比1比1的比例充分混合并拌勻，鋪灑在坡度為10度到15度的自然坡面上，灑水并夯實，制成粘土夯實集水面。需修建3個粘土夯實集水面、2個有蓋沉砂池和2個有蓋水窖時，其中2個粘土夯實集水面按照1個粘土夯實集水面對應1個有蓋沉砂池和1個有蓋水窖配置，第3個粘土夯實集水面則在下方邊緣處以10米為間隔依次安裝4根前端帶濾網的水管，其中2根水管連接到第1個有蓋沉砂池，另外2根水管連接到第2個有蓋沉砂池。一種雨水收集設備，包括坡長5米、寬60米的粘土夯實集水面，高15厘米、寬 20厘米的水泥磚圍墻，有蓋沉砂池，有蓋水窖，前端帶濾網的水管和前端帶濾網和浮筒的水管，其中粘土夯實集水面位于干旱半干旱區(qū)過渡帶坡度為10度到15度的自然坡面上；水泥磚圍墻位于粘土夯實集水面四周；3根以12米為間隔的前端帶濾網的水管一端連接粘土夯實集水面下方邊緣，一端連接粘土夯實集水面下方的有蓋沉砂池；前端帶濾網和浮筒的水管一端連接有蓋沉砂池，一端連接有蓋水窖。粘土夯實集水面的厚度為8厘米。前端帶濾網的水管，其濾網以輕質防銹且無毒的合金材料制成，孔徑0. 1毫米，嵌套在水管前端進水口 ；水管以無毒且耐用的塑料制成，直徑3到7厘米，埋入地下100到150 厘米。前端帶濾網和浮筒的水管，其濾網以輕質防銹且無毒的合金材料制成，孔徑0. 1 毫米，嵌套在水管前端進水口 ；浮筒以防紫外線且無毒的塑料制成，浮筒為真空且成球體形，球體中心部分中空，嵌套在水管上靠近進水口處；水管以無毒且耐用的塑料制成，直徑 3到7厘米，埋入地下100到150厘米。沉砂池為1米見方，沉砂池的內壁以混凝土澆筑而成，內壁厚度為4到8厘米，沉砂池的蓋以木板或以秸稈裝訂。水窖容積為30立方米，形狀為肚大頸小的花瓶形，水窖的內壁以混凝土澆筑而成，內壁厚度為4到8厘米，水窖的蓋以木板或以秸稈裝訂。包括3個粘土夯實集水面、2個有蓋沉砂池和2個有蓋水窖，2個粘土夯實集水面按照1個粘土夯實集水面對應1個有蓋沉砂池和1個有蓋水窖配置，第3個粘土夯實集水面在下方邊緣處以10米為間隔依次安裝4根前端帶濾網的水管，其中2根水管連接到第1 個有蓋沉砂池，另外2根水管連接到第2個有蓋沉砂池。采用了本發(fā)明的技術方案，針對內蒙古和黃土高原干旱半干旱區(qū)過渡帶可用地表和地下水資源有限，同時受制于特有的氣候和地質條件，不適宜建設以水庫為主的大型水利工程而供需水矛盾突出的情形，利用人工粘土夯實面收集雨水，并將其貯存在水窖中以減少水分的無效蒸發(fā)，改變到達地表雨水的時間和空間分布，滿足人畜飲水和農作物需水。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
中雨水收集設備的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明的技術方案。圖1是本發(fā)明具體實施方式
中雨水收集設備的結構示意圖。如圖1所示，該雨水收集設備包括坡長5米、寬60米的粘土夯實集水面，高15厘米、寬20厘米的水泥磚圍墻， 有蓋沉砂池，有蓋水窖，前端帶濾網的水管和前端帶濾網和浮筒的水管。其中粘土夯實集水面位于干旱半干旱區(qū)過渡帶坡度為10度到15度的自然坡面上，水泥磚圍墻位于粘土夯實集水面四周，3根以12米為間隔的前端帶濾網的水管一端連接粘土夯實集水面下方邊緣， 一端連接粘土夯實集水面下方的有蓋沉砂池，前端帶濾網和浮筒的水管一端連接有蓋沉砂池，一端連接有蓋水窖。粘土夯實集水面的厚度為8厘米。前端帶濾網的水管的濾網以輕質防銹且無毒的合金材料制成，孔徑0. 1毫米，嵌套在水管前端進水口 ；水管以無毒且耐用的塑料制成，直徑3到7厘米，埋入地下100到150 厘米。前端帶濾網和浮筒的水管，其濾網以輕質防銹且無毒的合金材料制成，孔徑0. 1 毫米，嵌套在水管前端進水口 ；浮筒以防紫外線且無毒的塑料制成，浮筒為真空且成球體形，球體中心部分中空，嵌套在水管前端靠近進水口處，水管以無毒且耐用的塑料制成，直徑3到7厘米，埋入地下100到150厘米。沉砂池為1米見方，沉砂池的內壁以混凝土澆筑而成，內壁厚度為4到8厘米，沉砂池的蓋以木板或以秸稈裝訂。水窖容積為30立方米，形狀為肚大頸小的花瓶形，水窖的內壁以混凝土澆筑而成，內壁厚度為4到8厘米，水窖的蓋以木板或以秸稈裝訂。包括3個粘土夯實集水面、2個有蓋沉砂池和2個有蓋水窖，2個粘土夯實集水面按照1個粘土夯實集水面對應1個有蓋沉砂池和1個有蓋水窖配置，第3個粘土夯實集水面在下方邊緣處以10米為間隔依次安裝4根前端帶濾網的水管，其中2根水管連接到第1 個有蓋沉砂池，另外2根水管連接到第2個有蓋沉砂池。下面描述雨水收集的過程首先，在干旱半干旱區(qū)過渡帶坡度為10度到15度的自然坡面上，制成坡長5米、 寬60米的粘土夯實集水面。采用干旱半干旱區(qū)過渡帶的紅粘土、細棉砂和黃土，以1比1比 1的比例充分混合并拌勻，鋪灑在坡度為10度到15度的自然坡面上，灑水并夯實，制成粘土夯實集水面。其原理是通過改變土表的機械組成，使其既具有粘土遇濕膨脹的膠體特性，同時又具有沙土減弱表面土壤顆粒干燥時收縮的性質，使其能夠在土表形成一層致密的結皮層，減少水分入滲，提高集水效率。其次，在粘土夯實集水面四周砌成高15厘米、寬20厘米的水泥磚圍墻，用以減少側向徑流。再次，在粘土夯實集水面下方邊緣用3根以12米為間隔的前端帶濾網的水管連接粘土夯實集水面下方的有蓋沉砂池；最后，用前端帶濾網和浮筒的水管將雨水從有蓋沉砂池接入到旁邊的有蓋水窖中。粘土夯實集水面、沉砂池和水窖以水管連通，由粘土夯實集水面通向沉沙池的水管在距沉砂池下表面10厘米處進入沉砂池，由沉砂池進入水窖的水管自距沉砂池下表面 20厘米處出沉砂池，而在距水窖下表面10厘米處進入水窖。將連通沉砂池和水窖的水管前端依次安裝濾網和中空的球體形浮筒，既保證水管不埋入泥沙中，又盡可能減少由沉砂池進入水窖的泥沙含量。此外，需定期清理沉砂池，以提高水質。目前，天氣預報準確率不斷提高，可依據天氣預報，于雨前一天在集水面上提前灑水，提高集水面土壤含水量，降低集水面徑流產流臨界降雨量，以提高集水效率。在我國干旱半干旱區(qū)過渡帶，一個五口之家的家庭至少需要建2個水窖，2個沉砂池，2-3個粘土夯實集水面。若建立2個粘土夯實集水面，則每個粘土夯實集水面對應一個沉砂池和一個水窖；若修建3個粘土夯實集水面、2個有蓋沉砂池和2個有蓋水窖時，其中2 個粘土夯實集水面按照1個粘土夯實集水面對應1個有蓋沉砂池和1個有蓋水窖配置，第 3個粘土夯實集水面則在下方邊緣處以10米為間隔依次安裝4根前端帶濾網的水管，其中 2根水管連接到第1個有蓋沉砂池，另外2根水管連接到第2個有蓋沉砂池。由于采用了以上技術方案，使得本發(fā)明具體實施方式
具備了如下技術效果1、針對我國干旱半干旱區(qū)過渡帶可用地表和地下水資源有限，同時受制于特有的氣候和地質條件，不宜建設以水庫為主的大型水利工程而供需水矛盾突出的情形，利用人工粘土夯實面收集雨水，并將其貯存在水窖中以減少水分的無效蒸發(fā)，改變到達地表雨水的時間和空間分布，滿足人畜飲水和農作物需水。2、為檢驗集水效率和收集到的雨水質量，進行了野外自然降雨條件下的田間試驗研究。在地形相近、地質條件類似的坡面上(坡度14度)修建3個粘土夯實集水面和3個未做任何處理措施的自然坡面集水面，集水面坡長5米、寬60米，粘土夯實集水面厚8厘米，每個集水面的四周用高15厘米、寬20厘米的水泥磚砌成不透水圍墻以減少側向徑流， 實驗時將所收集到的雨水未經過沉砂池而直接接入容積為200升的水桶中，每場降水事件后測量桶中徑流量并對其進行水質檢驗。實驗期間共有70場降水事件，降雨總量為474. 5 毫米，其中60%的降水事件次降水量小于5毫米，79%的降水事件30分鐘雨強小于5毫米 /小時，這與干旱半干旱區(qū)過渡帶降雨事件以小雨居多的事實一致。另一方面，從降雨總量來看，60%以上的降水量是由少有的幾場次降水量在10毫米以上的降水事件提供的，主要發(fā)生在7 9月份，此時正值一年中東亞季風強盛期。2. 1集水效率高在以上70場降水事件中，在粘土夯實集水面上有40場降水事件產生徑流，徑流總量折算成水深為156. 6毫米，集水效率(平均徑流產流率)為33% (單位面積集水面產流率=徑流量/降雨量)；而作為對照的自然坡面上只有觀次降水事件產生徑流，徑流總量折算成水深為41. 3毫米，因而集水效率為8.7%。在實驗中，無論是自然坡面還是人工粘土夯實集水面，雨后產流量都隨雨強和次降水量的增大而增大，其中粘土夯實集水面的產流量和降雨量的相關系數達到0. 950，自然坡面的產流量和降雨量的相關系數達到0. 720。2. 2臨界產流降雨量較小在不受前期土壤含水量影響下(降雨事件前持續(xù)5天以上未降雨)，粘土夯實集水面的次降雨量和次徑流量符合方程(1)R1 = -2. 367+0. SSlP1 = 0. 5817 (Pr4. 069) R = O. 9327 (1)式中為R1為次徑流量(毫米)，P1為次降雨量(毫米)，R為相關系數。則粘土夯實集水面在不受前期土壤含水量影響下的臨界產流降雨量為4. 069毫米，而同樣情形下自然坡面集水面的臨界產流降雨量為8. 5毫米。在此，臨界產流降雨量值實際上就是降雨過程中集水面上的水分入滲和降雨過程中的蒸發(fā)量之和。在受前期土壤含水量影響下(連續(xù)兩天日降雨量均在IOmm以上，計算第二天的產流率)，粘土夯實集水面的次降雨量和次徑流量符合方程O)R2 = -0. 882+0. 462P2 = 0. 462 (P2-L 909) R = O. 9526 (2)式中為&為次徑流量(毫米)，P2為次降雨量(毫米)，R為相關系數。則粘土夯實集水面在受前期土壤含水量影響下的臨界產流降雨量為1. 909毫米，代表在受前期土壤含水量影響下，降雨過程中集水面上的少量水分入滲和降雨過程中的蒸發(fā)量。在不受降雨前土壤含水量影響下(集水面保持干燥)，自然集水面在10分鐘最大雨強大于7. 8毫米/小時時產流，而粘土夯實集水面在雨強大于6毫米/小時時即產流。本發(fā)明中所采用的粘土夯實集水面的入滲率很低，初始入滲率為0. 08毫米/分鐘，穩(wěn)定入滲率僅為0. 0043毫米/分鐘。因而粘土夯實集水面不僅在高強度短歷時的降雨事件中產流， 也能在在降雨量較大，歷時較長的降雨事件中產流。2. 3材料費用低表1是不同實驗集水面處理材料的集水效率，費用和300毫米降雨標準下的水價概算。表1不同集水區(qū)處理方式的產流率與費用
權利要求
1.一種雨水收集方法，其特征在于，包括以下步驟A、在干旱半干旱區(qū)過渡帶坡度為10度到15度的自然坡面上，制成坡長5米、寬60米的粘土夯實集水面；B、在粘土夯實集水面四周砌成高15厘米、寬20厘米的水泥磚圍墻，用以減少側向徑流；C、在粘土夯實集水面下方邊緣用3根以12米為間隔的前端帶濾網的水管連接粘土夯實集水面下方的有蓋沉砂池；D、用前端帶濾網和浮筒的水管將雨水從有蓋沉砂池接入到旁邊的有蓋水窖中。
2.根據權利要求1所述的一種雨水收集方法，其特征在于，步驟A中，采用干旱半干旱區(qū)過渡帶的紅粘土、細棉砂和黃土，以1比1比1的比例充分混合并拌勻，鋪灑在坡度為10 度到15度的自然坡面上，灑水并夯實，制成粘土夯實集水面。
3.根據權利要求1所述的一種雨水收集方法，其特征在于，修建3個粘土夯實集水面、 2個有蓋沉砂池和2個有蓋水窖時，其中2個粘土夯實集水面按照1個粘土夯實集水面對應 1個有蓋沉砂池和1個有蓋水窖配置，第3個粘土夯實集水面在下方邊緣處以10米為間隔依次安裝4根前端帶濾網的水管，其中2根水管連接到第1個有蓋沉砂池，另外2根水管連接到第2個有蓋沉砂池。
4.一種雨水收集設備，其特征在于，包括坡長5米、寬60米的粘土夯實集水面，高15 厘米、寬20厘米的水泥磚圍墻，有蓋沉砂池，有蓋水窖，前端帶濾網的水管和前端帶濾網和浮筒的水管，其中粘土夯實集水面位于干旱半干旱區(qū)過渡帶坡度為10度到15度的自然坡面上；水泥磚圍墻位于粘土夯實集水面四周；3根以12米為間隔的前端帶濾網的水管一端連接粘土夯實集水面下方邊緣，一端連接粘土夯實集水面下方的有蓋沉砂池；前端帶濾網和浮筒的水管一端連接有蓋沉砂池，一端連接有蓋水窖。
5.根據權利要求4所述的一種雨水收集設備，其特征在于，粘土夯實集水面的厚度為8 厘米。
6.根據權利要求4所述的一種雨水收集設備，其特征在于前端帶濾網的水管，其濾網以輕質防銹且無毒的合金材料制成，孔徑0. 1毫米，嵌套在水管前端進水口 ；水管以無毒且耐用的塑料制成，直徑3到7厘米，埋入地下100到150厘米。
7.根據權利要求4所述的一種雨水收集設備，其特征在于前端帶濾網和浮筒的水管， 其濾網以輕質防銹且無毒的合金材料制成，孔徑0. 1毫米，嵌套在水管前端進水口 ；浮筒以防紫外線且無毒的塑料制成，浮筒為真空且成球體形，球體中心部分中空，嵌套在水管前段靠近進水口處；水管以無毒且耐用的塑料制成，直徑3到7厘米，埋入地下100到150厘米。
8.根據權利要求4所述的一種雨水收集設備，其特征在于，沉砂池為1米見方，沉砂池的內壁以混凝土澆筑而成，內壁厚度為4到8厘米，沉砂池的蓋以木板或以秸稈裝訂。
9.根據權利要求4所述的一種雨水收集設備，其特征在于，水窖容積為30立方米，形狀為肚大頸小的花瓶形，水窖的內壁以混凝土澆筑而成，內壁厚度為4到8厘米，水窖的蓋以木板或以秸稈裝訂。
10.根據權利要求4所述的一種雨水收集設備，其特征在于，包括3個粘土夯實集水面、 2個有蓋沉砂池和2個有蓋水窖，2個粘土夯實集水面按照1個粘土夯實集水面對應1個有蓋沉砂池和1個有蓋水窖配置，第3個粘土夯實集水面在下方邊緣處以10米為間隔依次安裝4根前端帶濾網的水管，其中2根水管連接到第1個有蓋沉砂池，另外2根水管連接到第 2個有蓋沉砂池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雨水收集方法和設備，在干旱半干旱區(qū)過渡帶坡度為10度到15度的自然坡面上，制成坡長5米、寬60米的粘土夯實集水面；在粘土夯實集水面四周砌成高15厘米、寬20厘米的水泥磚圍墻，用以減少側向徑流；在粘土夯實集水面下方邊緣用3根以12米為間隔的前端帶濾網的水管連接粘土夯實集水面下方的有蓋沉砂池；用前端帶濾網和浮筒的水管將雨水從有蓋沉砂池接入到旁邊的有蓋水窖中。采用了本發(fā)明的技術方案，價格便宜、耗費人力物力較少，且操作簡單可行。
文檔編號E03B3/02GK102425209SQ20111030936
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權日2011年10月13日
發(fā)明者彭海英, 李小雁 申請人:北京師范大學