專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種雨水收集處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種雨水收集技術(shù)，具體是涉及一種用于解決干旱、半干旱和部分半濕潤(rùn)地區(qū)人畜飲水及作物需水的雨水收集處理方法。
背景技術(shù)：
：在干旱少雨、水資源短缺的地區(qū)，旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全局。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，人民群眾創(chuàng)造了許多發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)措施，如選擇耐旱作物和品種、壓沙保墑、深翻打碾土地等等，但這種方式起到的效果有限。為了有效解決農(nóng)田用水，當(dāng)前干旱和半干旱地區(qū)的農(nóng)田灌溉多是偏向于引水工程和節(jié)水灌溉設(shè)施方面，然而引水工程浩大，花費(fèi)成本較高，灌溉時(shí)還需要建設(shè)一定的灌溉工程。且嚴(yán)重依賴(lài)本地地表、地下水資源量和能夠就近引入該地的客水資源量，同時(shí)農(nóng)田引水工程設(shè)施和節(jié)水灌溉設(shè)施大多是一次性安裝，安裝以后不便于移動(dòng)或者移動(dòng)起來(lái)耗費(fèi)的時(shí)間和工程量比較大。在地表水和地下水十分缺乏，經(jīng)濟(jì)條件較差，引水困難的干旱半干旱偏遠(yuǎn)山區(qū)，目前常用打水窖、修池壩等收集雨水的辦法，解決人畜飲水困難，實(shí)施大田點(diǎn)種點(diǎn)澆，但這種收集雨水的方法，只有在雨量較大時(shí)才有實(shí)用價(jià)值，雨量較小時(shí)無(wú)法收集。在上個(gè)世紀(jì)90年代，地膜平鋪穴播技術(shù)開(kāi)始推廣，通過(guò)地膜的保墑增溫作用，提高了單位面積產(chǎn)量，增強(qiáng)了作物種植的適應(yīng)性。但地膜壽命較短，需要年年起壟覆膜，對(duì)環(huán)境也有一定的影響。如何行之有效的將傳統(tǒng)抗旱辦法和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，在成本較低的情況下，有效解決干旱和半干旱地區(qū)的作物需水和人畜用水是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明人基于本領(lǐng)域多年的工作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)及探索，終于成功研制本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種成本低、效果好的雨水收集處理方法。為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案—種雨水收集處理方法，采用壟溝相間的方式，壟為外表面光滑且防水的半弧形體，半弧形體的長(zhǎng)40-70cm、寬40-70cm、高20-40cm，兩壟之間為溝，溝內(nèi)覆蓋覆蓋層，覆蓋層的蓋度為100%，溝里種植農(nóng)作物。本發(fā)明還可通過(guò)以下技術(shù)方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)—種雨水收集處理方法，其中，在平坦地區(qū)，在300mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為l:1的面積設(shè)置，400mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為3:1的面積設(shè)置，500mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為4:i的面積設(shè)置?！N雨水收集處理方法，其中，在山區(qū)坡地，坡面上每隔5m開(kāi)挖一條寬為50-70cm的水平溝，在水平溝內(nèi)每隔2-4m設(shè)置一壟，形成壟溝相間的方式。3—種雨水收集處理方法，其中，所述壟由土堆堆砌而成，其上覆蓋塑料膜，噴灑土壤凝固劑或噴灑液體膜?！N雨水收集處理方法，其中，所述壟由3根以上的弧形桿及塑料膜共同組成，弧形桿平行設(shè)置，兩端分別插入地下形成支架，塑料膜覆蓋與弧形桿外部形成壟的外表面。—種雨水收集處理方法，其中，所述塑料膜為防紫外線(xiàn)塑料膜?！N雨水收集處理方法，其中，所述覆蓋層為厚度大于0.08mm的塑料膜；覆蓋厚度為3-5cm的秸稈；或者覆蓋厚度為3-5cm的細(xì)沙、粗砂與礫石中的一種或兩種以上的混合物。—種雨水收集處理方法，其中，所述覆蓋層為混合比例為l:l的細(xì)沙與礫石的混合物；或者混合比例為1:1的粗砂與礫石混合物。由于采用了以上技術(shù)方案，使得本發(fā)明具備了如下技術(shù)效果1、本發(fā)明針對(duì)干旱半干旱地區(qū)地表水和地下水資源缺乏，在雨養(yǎng)條件下自然植被和農(nóng)作物生長(zhǎng)水分虧缺的狀況，利用人工集雨技術(shù)，采用壟溝相間的方式改變達(dá)到地表雨水的空間分布，溝內(nèi)種植農(nóng)作物，并在溝內(nèi)覆以塑料膜、秸稈以及粗砂礫石混合物等覆蓋物，壟采用外表面光滑且防水的半弧形體，表面不吸水，雨水自壟上滑落到溝內(nèi)，使降雨集中富集在作物根區(qū)，滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)需水；還可采用常規(guī)的雨水收集裝置將自壟上滑落的雨水收集起來(lái)用于其他生活(如人畜飲水)和生產(chǎn)用水。為了便于農(nóng)作物種植或植被恢復(fù)時(shí)，溝內(nèi)還可以覆蓋塑料薄膜、秸稈、礫石和砂等，減少土壤蒸發(fā)。這樣，壟上收集到的雨水能較長(zhǎng)時(shí)間保存在"土壤庫(kù)"中，提高植物有效水分利用量。從而可以將人工雨水集流技術(shù)與傳統(tǒng)的土壤覆蓋技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)改變到達(dá)地表雨水的時(shí)空分布，使降雨集中富集在作物根區(qū)，提高降水資源的利用效率。2、為檢驗(yàn)該發(fā)明對(duì)降水資源的利用效率，發(fā)明人進(jìn)行了野外自然降雨條件下的田間試驗(yàn)研究，檢驗(yàn)了該方法的集雨效率，并以玉米為顯示作物檢驗(yàn)了該方法結(jié)合農(nóng)田覆蓋技術(shù)的集水保墑作用。試驗(yàn)于1998-1999年在中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所皋蘭生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。從1998年5月_9月該地區(qū)共降雨36次，總降雨量為257mm，其中8月份雨量占40%。從1999年1-10月，共降雨46次，總降雨量為344mm，其中7月份的降雨占總降雨的42%，6-9月份占74%。從1998-1999年的91次降雨量分布來(lái)看，<5mm的降雨次數(shù)占60.43%，<10mm的降雨次數(shù)占78.2%，而>10mm的降雨次數(shù)僅占21.8%，最大次降雨量為43mm。從降雨總量來(lái)看，60%的年降雨量來(lái)源于>10mm的降雨。平均雨強(qiáng)中，<5mm/h的占88%，<10mm/h占92%。在1998年壟的降雨徑流觀測(cè)試驗(yàn)中，共觀測(cè)到降水36次，總降雨量為257mm。其中，在土壟(裸土)上僅觀測(cè)到IO次徑流，總徑流量為17mm;而采用本方法進(jìn)行集水，所有的降雨事件在膜壟上都產(chǎn)生徑流，總徑流量為224mm。以集水效率=(徑流量/降雨量)X100%，可知采用本發(fā)明方法進(jìn)行集水，集水效率占降雨量的87%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壟的集水效率(6.7%)。通過(guò)對(duì)次降雨量與次徑流量建立直線(xiàn)關(guān)系(參見(jiàn)圖l所示)，可以確定本發(fā)明方法采用的壟溝相間方式的臨界產(chǎn)流降雨量和產(chǎn)流后的集流效率。壟次徑流量和次降雨量的關(guān)系為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中，R表示徑流量，P表示降雨量，r表示相關(guān)系數(shù)。這表明理想狀態(tài)下，壟膜能產(chǎn)生徑流的最小降雨量為0.8mm，產(chǎn)流后的集水效率為98%。采用本發(fā)明方法結(jié)合在溝內(nèi)進(jìn)行覆蓋處理(覆蓋物為塑料膜、秸稈、粗砂、細(xì)沙與礫石的混合物等)和對(duì)照(裸地)的作物耗水量、水分利用效率用下式計(jì)算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中W1為作物耗水量(mm);WUE為水分利用效率(kg/m3);P是作物生育期直接降水量(mm);dT是集水效率^T^^是農(nóng)田區(qū)間集水量；nl和n2分別是作物種植面積和集水面積；AW為作物播前和收獲后測(cè)定的1.4m土層土壤貯水量變化(mm);Y為以溝隴總面積計(jì)算的產(chǎn)量(kg/hm2)。土壤貯水量采用(4)式計(jì)算W=hXpXb%X10(4)式中W為土壤貯水量(mm);h為土層深度(cm);p為土壤容重(g/cm3);b^為土壤水分百分?jǐn)?shù)。表1是1998-1999年試驗(yàn)期間以本發(fā)明壟溝相間方式集雨結(jié)合溝內(nèi)覆蓋技術(shù)的玉米實(shí)驗(yàn)結(jié)果(每一個(gè)樣本的面積為壟所覆蓋的面積與玉米種植面積之和，各樣本的面積相等)。其中塑料膜的厚度為0.08mm;礫石的粒徑在4-llcm之間，鋪設(shè)一層；粗砂粒徑在0.7-4.5cm之間，細(xì)沙粒徑小于0.7cm，粗砂或細(xì)沙的覆蓋厚度均為2-3cm;秸稈的覆蓋厚度為3-5cm;所有覆蓋層的蓋度即覆蓋物在地面的投影均達(dá)到100%。表l1998-1999年壟溝相間集雨結(jié)合溝內(nèi)覆蓋玉米試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>*表示試驗(yàn)的平均值，同一列相同字母表示在5%水平上不顯著，不相同字母表示顯著。從表1中可以看出，即使溝內(nèi)不覆蓋處理，玉米的穗粒重、穗粒數(shù)和千粒重都明顯高于對(duì)照(旱平地)；當(dāng)溝內(nèi)有塑料膜、秸稈、礫石等覆蓋物時(shí)，1998年玉米的產(chǎn)量比對(duì)照(旱平地)增加4010-5297kg/hm2(108%-143%)，比溝內(nèi)沒(méi)有覆蓋時(shí)增產(chǎn)609_1867kg/hm2(16%-50%)。由于1999年降雨較多，增產(chǎn)幅度較小。水分利用效率基本都在2kg/m3以上，這是由于覆蓋可以抑制棵間土壤蒸發(fā)進(jìn)而促進(jìn)蒸騰，提高水分利用效率。以玉米生長(zhǎng)期為例，對(duì)溝內(nèi)有塑料膜和秸稈、礫石等覆蓋物的土壤貯水量與未覆蓋處理的相比較(參見(jiàn)圖2所示)在玉米的各生育期，壟溝相間結(jié)合覆蓋處理0-140cm土壤貯水量比未覆蓋處理高20-100mm，0-40cm的土壤貯水量比未覆蓋處理高5-30mm。由此可見(jiàn)，本發(fā)明方法中壟的的集雨功能和溝內(nèi)各種不同覆蓋物的蓄水保墑功能都得到了良好的體現(xiàn)，尤其是在干旱年份效果更為顯著。由上述數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明方法能顯著提高降水的利用效率，特別是小雨的利用率，本發(fā)明中的壟溝相間的壟能產(chǎn)生徑流的最小降雨量為0.8mm，集水效率為87%，而自然土壤表面平均集水效率僅為7%;且結(jié)合覆蓋層(即在作物種植區(qū)覆蓋秸稈、礫石、塑料膜等有利于減少蒸發(fā)的裝置或材料)，進(jìn)一步提高了土壤貯水量，增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，有利于干旱半干旱地區(qū)退化土地的植被恢復(fù)。3、本發(fā)明采用弧形桿和塑料膜組成壟，輕便、便宜、實(shí)用，可隨時(shí)拆卸和安裝，耗用工程量小，并與覆蓋層完美結(jié)合構(gòu)成了一套完整的技術(shù)體系，就地利用降水作為農(nóng)田灌溉水資源。在干旱半干旱地區(qū)具有較大的利用潛力，并能帶來(lái)較好的自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，既適用于地形相對(duì)較為平坦的地區(qū)，也適用于坡地、山地地區(qū)，不受地形和地表?xiàng)l件的限制。圖1為本發(fā)明壟次徑流量與次降雨量之間的關(guān)系；圖2為1999年壟溝相間集雨結(jié)合溝內(nèi)覆蓋玉米種植對(duì)土壤貯水量的影響，圖中T1:壟溝相間+溝內(nèi)覆礫石，T2:壟溝相間+溝內(nèi)覆粗砂，T3:壟溝相間+溝內(nèi)覆細(xì)沙，T4:壟溝相間+溝內(nèi)覆秸稈，15:壟溝相間+溝內(nèi)覆膜，16:壟溝相間+溝不覆，17:土壟土溝T8:旱平地。具體實(shí)施例方式—種雨水收集處理方法，采用壟溝相間的方式，壟為外表面光滑且防水的半弧形體，半弧形體的長(zhǎng)40-70cm、寬40-70cm、高20-40cm，壟用來(lái)收集天然降水并將降水集中在所種植作物的根區(qū)，兩壟之間為溝，溝內(nèi)覆蓋覆蓋層，覆蓋層的蓋度為100%，溝里種植農(nóng)作物。在地形相對(duì)較平坦地區(qū)，在300mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為1:1的面積設(shè)置，400mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為3:1的面積設(shè)置，500mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為4:l的面積設(shè)置。在山地地區(qū)，與開(kāi)發(fā)梯田相似，在坡面上每隔5m開(kāi)挖一條寬為50-70cm的水平溝，在水平溝內(nèi)每隔2-4m設(shè)置一壟，形成壟溝相間的方式。溝內(nèi)可以種植草本植物、灌木或其他樹(shù)木，用于農(nóng)作物生產(chǎn)或植被恢復(fù)。溝內(nèi)覆蓋層為厚度大于0.08mm的塑料膜；覆蓋厚度為3-5cm的秸稈；或者覆蓋細(xì)沙、粗砂與礫石中的一種或兩種以上的混合物。最佳為混合比例為l:l混合比例為l:l的粗砂與礫石的混合物。其中細(xì)沙粒徑小于0.7cm;粗砂粒徑為0.7-4.5cm;礫石粒徑為4-llcm。單一種鋪設(shè)時(shí)，細(xì)沙或粗砂的鋪設(shè)厚度為2-3cm，礫石鋪設(shè)一層即可。礫石與細(xì)沙或粗砂混合后的鋪設(shè)厚度為2-llcm。以減少農(nóng)作物等的棵間土壤蒸發(fā)，使更多的水分用于植物蒸騰。本發(fā)明中的壟可采用兩端帶鉆頭的弧形桿及塑料薄膜組成，弧形桿最高處距離地面高度為200-400mm，每個(gè)裝置用3根以上的弧形桿，每根弧形桿之間的距離為80-140mm。在弧形桿圍成的半弧形上表面覆蓋塑料膜，塑料膜的長(zhǎng)、寬均為1100-1600mm。將塑料膜的四個(gè)邊都有近100mm上覆泥土或卵石，起到牢固定位的作用。弧形桿起到支架的作用，塑料膜覆蓋在有一定間隔的弧形桿上，這樣在地表以上就形成了半弧形體，可接納地表上方塑料膜覆蓋范圍內(nèi)的降水，并使所接納的降水沿著地上弧形體的塑料膜上表面下滑到半弧形體的兩側(cè)，從而使更多的雨水集中在作物根區(qū)。矩形塑料膜完全覆蓋在塑料桿上方之后四邊都有冗余，將冗余部分埋入土中，或用卵石壓住，都可起到固定塑料膜的作用。塑料膜的壽命較長(zhǎng)，最佳采用防紫外線(xiàn)塑料膜，其使用壽命達(dá)到8-9年?；⌒螚U構(gòu)成的弧形結(jié)構(gòu)可以由長(zhǎng)40-70cm、寬40_70cm、高20_40cm土堆堆砌成的弧形體，或與其相近似的高度和寬度代替，只要形成壟狀以擴(kuò)大表面積即可，上覆塑料膜便可形成上述所說(shuō)的壟，在塑料膜的四條邊同樣用泥土或卵石壓住起到固定作用。如果壟是由土料堆砌而成的話(huà)，那么可以在壟上覆蓋塑料膜，噴灑土壤凝固劑或者噴灑液體膜等能產(chǎn)生光滑表面的物質(zhì)代替塑料膜，有利于降落在弧形體上表面的雨水快速下流至作物根區(qū)。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限定。凡7本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用本發(fā)明的技術(shù)方案對(duì)上述實(shí)施例作出的任何等同的變動(dòng)、修飾或演變等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。權(quán)利要求一種雨水收集處理方法，其特征在于采用壟溝相間的方式，壟為外表面光滑且防水的半弧形體，半弧形體的長(zhǎng)40-70cm、寬40-70cm、高20-40cm，兩壟之間為溝，溝內(nèi)覆蓋覆蓋層，覆蓋層的蓋度為100％，溝里種植農(nóng)作物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雨水收集處理方法，其特征在于在平坦地區(qū)，在300mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為1:1的面積設(shè)置，400mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為3:i的面積設(shè)置，500mm年降水量地區(qū)按溝壟比例為4:i的面積設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雨水收集處理方法，其特征在于在山區(qū)坡地，坡面上每隔5m開(kāi)挖一條寬為50-70cm的水平溝，在水平溝內(nèi)每隔2-4m設(shè)置一壟，形成壟溝相間的方式。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的雨水收集處理方法，其特征在于所述壟由土堆堆砌而成，其上覆蓋塑料膜，噴灑土壤凝固劑或噴灑液體膜。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的雨水收集處理方法，其特征在于所述壟由3根以上的弧形桿及塑料膜共同組成，弧形桿平行設(shè)置，兩端分別插入地下形成支架，塑料膜覆蓋與弧形桿外部形成壟的外表面。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雨水收集處理方法，其特征在于所述塑料膜為防紫外線(xiàn)塑料膜。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雨水收集處理方法，其特征在于所述覆蓋層為厚度大于0.08mm的塑料膜；覆蓋厚度為3-5cm的秸稈；或者覆蓋細(xì)沙、粗砂與礫石中的一種或兩種以上的混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雨水收集處理方法，其特征在于所述覆蓋層為混合比例為1:1的細(xì)沙與礫石的混合物；或者混合比例為1:1的粗砂與礫石的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的雨水收集處理方法，其特征在于所述細(xì)沙粒徑小于0.7cm;粗砂粒徑為0.7-4.5cm;所述礫石粒徑為4-llcm。全文摘要本發(fā)明涉及一種雨水收集處理方法，采用壟溝相間的方式，壟為外表面光滑且防水的半弧形體，半弧形體的長(zhǎng)40-70cm、寬40-70cm、高20-40cm，兩壟之間為溝，溝內(nèi)覆蓋覆蓋層，覆蓋層的蓋度為100％，溝里種植農(nóng)作物。本發(fā)明方法改變了天然降水在到達(dá)地面以后的空間分布格局，將水分聚集在作物根區(qū)，且通過(guò)覆蓋技術(shù)減少作物棵間土壤蒸發(fā)，提高作物的水分利用效率。本發(fā)明也可以收集雨水用于人畜用水，方法簡(jiǎn)單實(shí)用，集水效率高，不僅可以收集暴雨，也可以收集小雨，適宜大面積推廣應(yīng)用。文檔編號(hào)E03B3/02GK101775823SQ201010102568公開(kāi)日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年1月27日優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日發(fā)明者彭海英,李小雁,楊志鵬申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)