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1、小流域水土保持生态用水与半湿润 极缺水区集雨节灌工程李中原( 河南省水土保持科学研究所，河南郑州，4 5 0 0 0 8 ) 蔫麟河南省是全国干旱缺水省份之一，多年- T - 均- g 灾面积占全国的6 4 ，而全省多年平均降雨量7 0 0 多m m 。如何有效地利用天然降雨，是解决半湿润极缺水区农业及生态用水的关键。本文回顾了集雨节灌工程的历史与现状，提出了半湿润极缺水区的界定方法，论述了在极缺水地区发展集雨节灌工程的必要性和可行性。计算了河南省小流域水土保持生态用水的现状及生态用水量。总结出符合河南省实际并有发展前景的三类集雨节灌模式，得出发展集雨节灌技术，是改变小流域农业产业结构，解决小
2、流域水土保持生态用水的有效途径。澳麟集雨节灌极缺水区生态用水1集雨节灌工程的历史与现状集雨节灌是利用收集雨水进行灌溉的一种灌溉技术，集蓄雨水发展农业灌溉在国外有着悠久的历史。据有关文献记载，在数千年以前的玛雅文化时期，由于没有现代化的工程设备和技术，不可能修筑大型水利工程进行水量调节，雨水利用一直是农业发展的主要措施。在我国，据宁夏平原县志记载，同心县预旺乡早在元代以前就有水窖。甘肃西峰市保存有清道光至同治年间的水窖，距今1 0 0 多年。毛传中“陂，泽障也”，泽障就是小型拦水工程，既可蓄水，又可放水灌溉农田。随着水资源的紧缺和人们对可持续发展的思考，近2 0 年来，雨水集蓄利用在世界很多国家
3、复兴和发展起来。目前，世界上许多国家都有集蓄雨水发展农业灌溉的例子，特别是在干旱地区。如以色列在南部年降雨量仅2 0 0 m m 的地区修建微集流场造林，在内盖夫沙漠地区，修建石堤把坡地径流拦截到梯田或存放在山腰的水库中，使年降雨量l O O m m 的地区得到3 0 0 5 0 0 m m 的水量。美国的西部也有类似的实践。河南省早在2 0 世纪6 0 年代末和7 0 年代初，在集体化农业的推动下，“学习水道场，集体挖坑塘”的群众运动中，全省各地兴建了不少坑塘、水窖，用于抗旱点种，解决了适时播种问题，提高了产量，人们尝到了一些甜头，这是集雨节灌的第一步。8 0 年代，随着“屋顶接水技术解决农
4、村饮水问题”技术的推广，兴建集雨节灌工程在河南省山丘区全面展开，仅1 9 8 6 年新密市就兴建屋顶接水工程3 8 0 0 处，缓解了山区群众饮水困难。进入9 0 年代，集雨 作者简介李中原( 1 9 6 4 一) ，男，硕士，高级工程师，从事水土保持及地理信息系统研究工作。3 5 8三、治理技术与措施鋈冀圆罨溉节灌工程技术得到迅速发展，全省建成了一批技术含量高、质量过硬的示范工程，有效地解决了山丘区水资源紧缺问题( 见表1 ) 。如陕县市王家后发展集雨节灌工程，解决了抗旱点种用水，进而发展人均半亩水浇地，并投资1 0 万元购置2 1 台喷灌机和一套滴灌设备，解决了梯田农业灌溉用水和经济林果园
5、的生态用水，取得了良好的经济效益。表1河南省集雨节灌工程现状表数量蓄水量灌溉面积节灌面积人畜用水 区域类别 ( 万处)( 万m 3 )( h m 2 )( h m 2 )万人万头池2 3 54 7 7 2 81 0 5 2 05 2 8 78 6 02 4 2窖9 7 53 2 2 1 87 1 0 63 7 2 71 3 30 1 5豫北山区井0 9 31 3 9 53 0 71 8 0O 3 00 。O 】塘坝2 4 88 2 1 01 8 0 71 2 4 0合计1 5 4 98 9 5 5 11 9 7 4 0】0 4 3 31 0 2 32 5 8池1 4 62 9 6 5 26 5
6、 4 03 2 8 75 3 41 5 0窖3 4 21 1 3 2 42 5 0 01 3 0 6O 4 70 0 5豫中丘陵区井0 2 53 7 58 04 7O 0 8塘坝1 5 45 0 9 81 1 2 07 7 3合计6 6 74 6 4 4 91 0 2 4 05 4 1 35 8 91 5 5池1 7 83 6 1 5 17 9 6 74 0 0 06 5 11 8 2窖8 3 32 7 5 8 26 0 8 03 1 8 71 1 40 1 3豫西山区井0 2 03 0 06 74 00 0 6塘坝1 8 86 2 2 41 3 7 39 4 6合计1 2 1 97 0 2
7、5 715 4 8 78 1 7 37 7 11 9 5池O 2 24 6 6 89 8 74 9 40 80 2 4窖0 0 26 6131 3O 0 0 3南阳盆地 井 山丘区 塘坝0 4 28 0 81 8 01 2 0合计0 4 85 3 4 31 1 8 06 2 70 80 2 4合计3 4 8 32 1 1 6 04 6 6 4 72 4 6 4 62 4 6 36 3 22集雨节灌工程区域划分原则及半湿润极缺水区的界定方法和成果2 1分区原则根据河南省集雨节灌工程发展规划，集雨节灌分区的基本原则是要求保持在同一区域内集雨节灌措施基本相同或基本相似。可概括为三个方面：自然地理条件
8、( 气候、地形、地貌) 基本一致或相似；水利建设及集雨节灌发展途径基本相同；照顾行政区划，保持行政区划完整性，便于工程实施。2 2 界定方法根据全省地理形态指标、气候干燥指标、缺水程度指标，采用模糊聚类法进行定量计算，判定出全省半湿润极缺水区。3 5 9o n 尊磅霪，潍中国水土保持探索与实践2 3 分区指标采用地貌形态、气候特征、缺水程度等指标进行分区。2 3 1地貌形态指标根据河南省地形图分析求得：平原：相对高度 2 0 0 m塬区：相对高度 5 0 0 m2 3 2气候特征指标采用干燥度：K 一0 1 6 篇式中：K 为干燥度；t 为日平均气温等于和大于1 9 。C 期间的积温；E P
9、为同期的降雨量( m m ) 。干燥度K 与气候干湿关系：干旱地区：K 2 0半干旱地区：1 5 K 2 0半湿润地区：1 0 K 1 5湿润地区：0 5 K 1 0十分湿润地区：K 4 0 52 3 3 缺水程度指标缺水程度采用耕地面积上可用于节灌的水资源量与综合作物需水量的比值：舟一W ，P W 。W 。一W 丁K W Q + P 。一警+ P 。W 。一EW 。a 。式中：p 为缺水程度；W ，为可用于节灌的水资源量( h m 2 ) ；W 。为综合作物需水量( h m 2 ) ；W K 为可开发水资源量( m 3 ) ；W Q 为现状除节灌用水以外的其他用水量( m 3 ) ；A 为耕
10、地面积( h m 2 ) ；W N 为即W K W Q ，现状用于节灌的水资源量( m 3 ) ；P 。为有效降水( m 3 h m 2 ) ，取保证率5 0 水平年的降雨乘以0 7 5 折算系数；行为作物种类；w 。为第i 种作物需水量( m 3 h m 2 ) ，采用试验资料数据；a i 为第i 种作物的种植比例( ) 。卢值与缺水程度的关系为：9 1极缺水地区 1 卢2缺水区 2 p 3微缺水区p 3丰水区3 6 0三、治理技术与措施囊冀零2 4 集雨节灌分区计算采用模糊数学聚类法进行分区计算。首先，将求出的地形高程、干燥度、缺水度等数据进行标准化处理。对标准化的数据进行标定处理，求出参
11、加计算的R ( 卵，z ) 矩阵。求R ( 咒，行) 的等价矩阵，直至出现R 强一R K ，最后用改变截矩的办法求得不同的聚类方案( 见表2 ) 。表2 半湿润极缺水区计算成果表分区范围地形干燥度K缺水程度口鹤壁市( 郊区。鹤山区山城区淇县”浚县)焦作市( 孟州市”沁阳市中站区马村区。解放区修武县博爱县)1 豫北山区安阳市( 郊区。安阳县林州市。汤阴山区1 3 0o 9 2 5 半湿润极缺水区县。)新乡市( 北站区。辉县市+ 卫辉市) 济源市郑州市( 二七区。新密市”荥阳市新郑市+巩义市登封市。)平顶山市( 舞钢市汝州市+ 郏县宝丰县鲁山县叶县石龙区新华区湛河区) 2 豫中丘陵 许昌市( 禹州
12、市”长葛市许昌县襄城县+ )丘陵1 1 41 0 3 半湿润极缺水区 驻马店市( 西平县+ 遂平县+ 泌阳县。确山县。驿城区上蔡县)洛阳市( 新安县。孟津县郾师市洛宁县。宜阳县。嵩县汝阳县”栾川县+ 郊 3 豫西山地区”伊川县。)山区1 3 71 0 3 半湿润极缺水区 三门峡市( 灵宝市渑池县。卢氏县陕县。义马市。湖滨区)4 南阳盆地南阳市( 唐河县社旗县西峡县+ 淅川县+山区 内乡县镇平县南召县邓州市方城县桐柏O 9 51 2 9 山丘湿润缺水区平原 县卧龙区宛城区)注：带* 号为严重水土流失区。可以看出，9 0 以上的水土流失重点县分布在极缺水区。随着社会经济的发展，对水的需求也越来越大
13、，缺水程度也越来越高。丘陵山区的缺水率高达1 8 5 ，其中三门峡市、许昌市、郑州市、鹤壁市、安阳市缺水率分别为2 2 4 、3 6 2 、2 7 6 、2 9 8 、2 5 9 ，而现有水资源利用率高，开采难度逐渐增大。目前全省丘陵山区地下水利用率为6 5 ，以豫北山区为最高，达到9 8 3 ，较易开采的已基本开采殆尽，余下的主要分布在埋深较深、开发成本高的区域，开发利用潜力有限。由于水源的缺少，全省丘陵山区旱灾面积较大，豫西、豫中、豫南丘陵山区的旱灾面积率分别为4 8 4 、2 2 5 、2 4 8 ，远高于全省平均水平。3 6 1+ 影垤誊建溪中国水土保持探索与实践3 极缺水地区发展集雨
14、节灌工程的必要性及可行性3 1发展集雨节灌工程的必要性河南省属于农业大省、人口大省，但水资源十分紧张，全省多年平均水资源量4 1 3 0亿m 3 ，按1 9 9 2 年人口计算，人均占有水资源量4 7 1 3 m 3 ，亩均占有水资源量3 9 9 2 m 3 ，是全国人均、单位面积平均水量的1 5 ，居全国第2 2 位。全省由南向北多年平均降雨量由1 0 0 0 m m 递减到6 0 0 m m 以下，年降水量南北相差1倍以上，据史料统计，1 4 5 0 “ - - , 1 9 4 9 年的5 0 0 年间发生全省性干旱2 0 0 年，其中大旱3 7 年，特大旱6 年。中华人民共和国成立以来4
15、 1 年间，河南旱灾多年平均受灾面积1 2 8 6 万h m 2 ，为全国多年平均受灾面积的6 4 。不论是一般旱灾，还是大旱灾、特大旱灾，受灾最严重的都发生在豫西、豫中、豫北的极缺水山丘地区。这些地区是河南省水土流失最为严重，但气候、土壤又适宜各种作物及经济林果生长的地区。关键是解决好基本农田、经济林及水保林草的生态用水问题，这些地区地表水利用率为5 0 左右，尚有潜力可挖，但在这些地区兴建大中型水利工程，难度很大，造价昂贵。因此，发展集雨节灌工程对于缓解水土流失区水资源紧张、解决生态用水、帮助广大农民脱贫致富，十分必要。3 2 发展集雨节灌工程可行性分析3 2 1 集雨节灌发展潜力分析河南省丘陵山区多年平均径流深为2 0 0 m m 左右，如修建集雨工程，则可增大径流系数。按建l h m 2 集雨面积的集雨工程可集水3 0 0 0 m 3 ，可供3 5 h m 2 作物灌关键水2 次，增产粮食1 5 0 0 k g h m 2 计，目前全省约有1 3 3 3 万h m 2 旱地、1 6 7 万h m 2 经济林适合发展集雨灌溉，如能全部实施，则每年增产粮食2 0 0 亿k g ，增产果品5 亿k g ，其社会效益和经济效益相当可观，发展潜力巨大。3 2 2 技术分析河南省丘陵山区平均降雨量为7 8 0 m m ，集雨条件良好，利用自然地形做些集雨工程，可集
