2023年陇东黄土高原取弃土场雨水资源可收集利用潜力分析.docx

陇东黄土高原取弃土场雨水资源可收集利用潜力分析 田晋华 高雅玉 ：指出了陇东黄土高原地区取弃土场汛期每100 m2收集面植被覆盖地面可收集量为8.42m3，裸露坡面可收集量为12. 80 m3，荒地可收集量为20. 52 m3。结果说明：取弃土场雨水资源收集存储后可用于补充灌溉植物措施水分亏缺、区域牲畜饮水、周边设施农业灌溉用水及其他用水。 关键词：陇东黄土高原;取弃土场;雨水资源;收集;利用 中图分类号：TU122.1 文献标识码：A 文章编号：1674-9944〔2023〕 24-0018-03 1 引言 陇东主要指陕北狭地以西、六盘山以东的广袤区域，即甘肃省庆阳市和平凉市两市[1]，其位于甘肃省最东部，地处陕甘宁三省区交汇地带，是黄土高原土壤侵蚀非常严重的地区之一[1，2]，是甘肃省境内黄土高原区主要组成局部，分属陇中高原、陇东一陕北高原，以黄土塬、梁、峁地形为主，沟壑纵横，形态复杂，属黄土高原沟壑立地亚区，是黄土高原土壤侵蚀非常严重的地区之一[1]。人均水资源占有量是甘肃省人均水资源量的25. 7%，是全国人均水资源量的13%，地下水人均地均占有量大大低于同类地区的水平，属全国、全省水资源最贫乏的地区[2，3]。陇东黄土高原地区系统结构单一、功能低下，系统敏感度强，稳定度小，自身恢复能力差[3]。一旦遭到破坏就极难恢复，系统质量差，抗灾能力低，系统生态容量十分低下，决定了陇东黄土高原地区生态环境保护与建设的复杂性[3]。 由于其地形地貌特殊，存在大量的取弃土场，陇东黄土高原地区取弃土场主要的特点是：裸露面较大，土体松散，防治措施滞后;汇水面积大，短时间易形成有效径流且流量大;降雨径流资源利用匮乏;水土资源保护性治理和利用模式单一;〔5〕由于缺水导致植物措施成活率低[1，4]。原有地貌遭到开挖破坏后形成大面积平地、台地及坡地，遇降雨集中及暴雨，径流形成时间段、流速高、流量大，易造成剧烈的水土流失，引发水土流失灾害[1]。 2 降水量及特点 近50年来陇东黄土高原干旱化趋势非常明显，尤其以1990年以来干旱化趋势最为显著，1993之后干旱化趋势加强[5]。陇东黄土高原区属黄河流域，大的洪水均由暴雨形成，一般发生在5～9月。且局部暴雨洪水比拟多，由于黄土的广泛分布，植被稀疏，洪水多尖瘦，峰高量小，历时短暂。降水量总的趋势是由南向北逐步递减。年降水量等值线图呈东北一西南走向。南部较为湿润，适宜于农业生产，但因降水集中在夏秋季节，变率大，容易受到干旱及洪涝灾害的威胁。北部属于半干旱带，全年降水日数只有60 d左右，与此同时由于风蚀严重，不适宜于农业生产，只应有控制的开展牧业生产。区域降水年际变化很大，且有连续丰水年和连续枯水年的现象。区域北部年均降水小，而变差大，干旱严重;南部年均降水多，而变差小。降水特点可概括为：降水总量缺乏，南多北少，年际年内分配不均，北部尤甚于南部;常水小，洪水大，60%的表l。 隴东黄土高原，地表水资源贫乏，水土流失严重。流域内降水年际年内及地带分配不均，变差较大。在地表水资源中，人均占有量352 m3，是全省人均水量的25%，是全国人均水量的17%。亩均水量189 m3，是全省亩均水量的31. 5%。是全国亩均水量的10.8%。由于特殊的土壤地质和自然气侯条件，水资源有3个特点：一是北部为苦水区，水质矿化度高，最大矿化度达20 g/L;二是流域内水土流严重，河流含沙量高;三是径流年际年内分配不均，常水小，洪水大，60%的径流以洪水形式出现，洪水陡涨暴落，难以利用。 3 雨水资源收集潜力评价 陇东黄土高原干旱状态演变过程中干旱极端化现象将会增多，主要表现为干旱状态由正常状态直接转变为严重等别的跃变，严重干旱状态的持续性会增强[5]，对陇东黄土高原区取弃土场雨水资源收集利用可调节水资源时空分布不均。确定陇东黄土高原区雨水资源的可收集量，尤其是汛期的可收集量，是取弃土场修建蓄排水设施，合理调配、充分利用雨水径流资源的前提。根据1950—2023年的降雨量观测资料，多年平均降雨量为521.4 mm，其中5～9月份平均降雨量为421.Omm，占年降雨量的80.1%。由于5～9月份降雨多以短历时高强度暴雨出现，能很快使地面形成较大超渗径流。 根据甘肃省水土保持规划2023对于陇东黄土高原区的土地利用类型划分成果，以及陇东黄土高原各个气象站的降水量及汛期降水量数据，来分析计算陇东地区取弃土场的雨水资源可收集量。由于受到自然条件以及技术经济水平的限制，一个区域所降的雨水不能完全被收集利用，如果不考虑初期雨水的弃流和季节折减的影响，研究区每年平均理论可收集雨水径流总量即雨水资源化理论潜力Q1可按照下式进行计算： Q1=H×A×φ×θ×10-3〔1〕 式〔1〕中，Q1为雨水资源化理论潜力〔m3〕;H为一定保证率下的年降水量〔mm〕;A为不同土地利用类型的面积〔m2〕;ψ为径流系数;θ为集流效率。 在陇东黄土高原地区，降水量主要集中在汛期，因此要想办在汛期法收集、储存这雨洪资源，与此同时，还要防范洪水风险。在陇东黄土高原地区，各个不同的地类有着不同的径流系数，整体的径流系数较难确定，确定整体的径流系数计算出的可收集量也不准确。因此，对于该地区雨水资源的可利用量的计算采用分地类的径流系数公式法估算。 根据建筑给水排水设计标准、甘肃省雨水继续利用工程技术标准以及相关的观测数据，将取弃土场雨水收集面按植被恢复程度不同，划分为植被覆盖地面〔人工植被建设面，植被盖度在60%以上〕、裸露坡面〔未实施植物措施且未自然修复裸露面，植被盖度为O〕和荒地〔未实施植物措施，但自然修复后植被盖度低于30%〕3种地类进行分析和计算。植被覆盖地面年平均径流系数取0.22，可收集利用率为85%，汛期径流系数为0.25，可收集利用率为80%;裸露坡面的年平均径流系数取0.32，可收集利用率为70%，汛期的径流系数取0. 38，可收集利用率为80%，荒地的年平均径流系数取0. 59，可收集利用率为70%，汛期的径流系数取0.65，可收集利用率为75%。 由表2得到，对于植被覆盖地面，每百平米的整个陇东地区内的各个县区略有不同，但整体差异不大，对于每100 m2收集面，每年可产生水量11. 47m3，可收集量为9. 75 m3;汛期产流量10. 52m2，可收集量为8.42 m3。 由表3得到，对于裸露坡面，每100 m2收集面，每年可产生水量16. 68 m3，可收集量为11. 68 m3;汛期产流量16.00 m3，可收集量为12. 80 m3。 由表4得到，对于荒地，每100 m2收集面，每年可产生水量30. 76 m3，可收集量为21. 53 m3;汛期产流量27. 36 m3，可收集量为20. 52 m3。 4 陇东黄土高原取弃土场雨水收集利用技术模式 取弃土场雨水资源收集利用对于促进修复其所在区域生态环境具有十分重要的意义，可以将收集雨水用于补充灌溉植物措施水分亏缺、区域牲畜饮水、周边设施农业灌溉用水等〔图1〕。 4.1 植物措施补灌 取弃土场治理过程植被建设立地条件差，尤其是土壤水分匮乏，不利于植被生长，通过对取弃土场雨水资源的收集存储，可以在小范围内解决植物措施灌溉的缺水问题，满足取弃土场植物措施对水分的需求。 4.2 附近设施农业用水 对于形成较大面积雨水收集面的取弃土场，可将收集的雨水资源用于附近设施农业灌溉，缓解区域水资源矛盾，促进当地经济开展。 4.3 牲畜饮水 根据区域实际情况，可将收集存储的雨水资源用于补充附近大规模牛羊养殖用水需求，缓解区域水资源矛盾，降低农村生活用水的挤占，促进乡村区域经济良性开展。 4.4 其他用水 取弃土场所在区域可根据实际需水情况，尽可能采用收集存储的雨水资源，减少对地下水、地表径流的取用及农村生活用水的占用。 5 结论 〔1〕陇东黄土高原地区取弃土场汛期每100 m2收集面植被覆盖地面可收集量为8. 42 m3，裸露坡面可收集量为12. 80 m3，荒地可收集量为20. 52 m3。 〔2〕取弃土场雨水资源收集利用对于促进修复其所在区域生态环境具有十分重要的意义，可以将收集雨水用于补充灌溉植物措施水分亏缺、区域牲畜饮水、周边设施农业灌溉用水及其他用水。 参考文献： [l]田晋华，高雅玉，张峰，等.陇东地区取土场水土资源利用体系构建探索[J].中国水利，2023〔18〕：43～45. [2]赵红岩，张旭东，王有恒，等.陇东黄土高原气候变化及其对水资源的影响[J].干旱地区农业研究，2023，29〔6〕：262～268。 [3]巩杰，黄高玉，西部大开发中甘肃省生态环境建设与保护对策Jl.水土保持通报.2001，21〔4〕：75 -78. [4]田晋华，高雅玉，张峰，等.西平铁路甘肃段取土场设置的合理性分析[J].中國水土保持，2023〔6〕：7-8. [5]张耀宗，张勃，刘艳艳，等.近50年陇东黄土高原干旱特征及未来变化趋势分析[J].干旱地区农业研究，2023，35〔2〕：263-270. 收稿日期：2023-11-22 基金工程：甘肃省水利科研技术推广工程〔编号：甘水科外发[2023]55号-6〕 作者简介;田晋华〔1986-〕，男，高级工程师，硕士，主要从事水土保持工程技术与农业水利工程方面的研究工作。