第一部分　雨水集蓄利用和農(nóng)村家庭用水

第1章　甘肅省農(nóng)村雨水集蓄利用的發(fā)展

1.1　甘肅省的氣候和水資源條件

甘肅省位于中國西北部（見圖1.1），人口2600萬，是中國最干旱的省份之一。多年平均年降水量僅為306mm，而潛在蒸發(fā)量達到1500～2500mm。缺水阻礙了經(jīng)濟社會的發(fā)展和改善人民生活的各種努力。表1.1是世界、中國和甘肅省的降水量和水資源量。長期水短缺是當?shù)氐拖碌霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和民眾貧困的主要原因之一。

在位于甘肅省中、東部的黃土地區(qū)，情況更差。廣闊的黃土高原丘陵區(qū)被大量的溝谷和沖溝所切割。深厚的黃土層1最深達到300m，滲透性強，吸收了絕大部分降雨量。這里的地貌是歷史上風積和河流沖積形成的黃土高原。降水中只有少部分能形成河川徑流，平均徑流系數(shù)僅為0.08～0.1。多數(shù)地方的黃土層上覆于不透水的第三紀紅層上，地下含水層含水貧乏，地下水資源十分短缺。人均總水資源量僅為260m3，黃土地區(qū)的這些條件已到了支撐人類生存的最低極限。

多數(shù)農(nóng)業(yè)區(qū)年降水量為200～500mm，而其中55%～60%集中在夏季的7—9月，作物生長關(guān)鍵期的降雨量只有全年不足四分之一。

旱災頻繁發(fā)生。根據(jù)歷史文獻記載，從隋朝到現(xiàn)在的1400年間，發(fā)生了634場旱災，差不多每兩年一次。而在過去的40年間，旱災發(fā)生了36次，達到10年9旱。持續(xù)的水短缺對當?shù)厝嗣裆詈铜h(huán)境產(chǎn)生了嚴重后果。

——1995年前，甘肅省有約300萬農(nóng)村居民沒有安全飲用水源。由于不利的地質(zhì)條件，多數(shù)地下水礦化度高，不能飲用。在旱年，政府從小溝谷等遠處水源用卡車把水運送到缺水鄉(xiāng)村。而運水卡車沒有到達的鄉(xiāng)村，居民每天要花費數(shù)小時從深溝或遠處挑水。調(diào)查表明，5人家庭每年平均花費在挑水上的勞力達70個。雖然存在健康風險，但人畜共用一塘水的現(xiàn)象很普遍。此外，部分居民使用傳統(tǒng)水窖收集雨水，但水窖水多數(shù)渾濁而不潔。

——缺水意味著這里的農(nóng)業(yè)是生存型的。由于沒有可靠供水，農(nóng)民不能種植經(jīng)濟作物，所以他們的收入很低。人均年收入僅為60～100美元。有400萬人生活在或低于貧困線。在90年代以前，山區(qū)農(nóng)戶多數(shù)不能生產(chǎn)辣椒、番茄、黃瓜、茄子等這樣的細菜。

——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全依賴于無定時的降雨。每公頃糧食平均單產(chǎn)僅為1.8t（人均約284kg）。由于產(chǎn)量低，農(nóng)民不得不盡量擴大種植，就連陡坡也用來種莊稼，造成土壤侵蝕加劇，侵蝕量每年達到5000～10000t/km2，相當于每年剝?nèi)?.5～1cm的表土，而土地的退化也因而年甚一年（見圖1.2）。

由于當?shù)鼐幼〉姆稚⑿裕焕牡匦螚l件以及高昂的造價，修建引水工程十分困難。唯一現(xiàn)實可行的水資源是直接利用雨水。雖然當?shù)亟涤炅肯∩伲磕杲德湓谌珔^(qū)面積為15萬km2土地上的雨量可達540億m3。這一數(shù)量比黃河在蘭州斷面上年徑流量還要大。但是降雨量中的五分之三被蒸發(fā)掉了，五分之一成為河川徑流，其余部分為作物直接利用。

要在這樣干旱的地方利用雨水，存在多種挑戰(zhàn)。不僅是因為全年總雨量少，更因為降雨分配集中于7—9月，還常發(fā)生連年旱的現(xiàn)象。要使利用雨水成為可能，必須對雨水徑流進行富集并進行存儲以備未來之需。

黃土地區(qū)的雨水收集有著久遠的傳統(tǒng)。許多家庭修建水窖以儲存雨水，已有幾個世紀。農(nóng)戶從天然地面收集雨水并儲存在用黏土防滲的瓶形水窖里。多數(shù)家庭擁有不少于2個水窖，每個水窖容積20m3到最大70m3。由于入流少和水窖漏水，土壤表面徑流系數(shù)很低以及許多情況下水窖容積偏小，集雨系統(tǒng)往往不能完全滿足家庭生活用水所需，更不用說去進行補充灌溉了。傳統(tǒng)的集雨系統(tǒng)常常需要大量的維護工作，例如常常要在窖壁和底部抹草泥以減少滲漏。當?shù)氐募t黏土埋藏在黃土層下面。這是一種良好的防滲材料。但是一旦發(fā)生漏水，水窖周圍的黃土被侵蝕，導致水窖垮塌。傳統(tǒng)系統(tǒng)另一個問題是在天然集流面上小雨幾乎不產(chǎn)生徑流，而大雨則會引起土壤沖刷使進入水窖的水十分渾濁。在20世紀80年代末，許多農(nóng)戶仍然靠這些傳統(tǒng)水窖提供生活用水，但他們多數(shù)常年經(jīng)受著缺水困擾。

為了改變這一情況，甘肅水科院（GRIWAC）在1988—1992年間，在甘肅省政府和甘肅省水利廳的支持下，開展了一項研究和示范項目。他們用8種不同材料建立了28個雨水集流面試驗小區(qū)，對雨水集流效率進行了測試，并分析了8種集流面上集流效率和降雨特性（每場降雨的雨量和雨強）之間的關(guān)系。這項工作發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)采用的天然土壤坡面上的集流效率僅為0.08。農(nóng)村中草泥屋面的集流效率也很低。試驗表明，如果把屋面改造為瓦屋面，集流效率可大大提高。普通黏土瓦屋面可達0.45，而水泥瓦屋面達到0.75。混凝土襯砌的庭院地面，集流效率達到0.8，是傳統(tǒng)天然土坡集流效率的10倍。通過試驗，甘肅水科院建議廣泛采用這種集蓄雨水的方法作為農(nóng)村家庭供水的一種模式（見圖1.3）。如果采用瓦屋面和混凝土襯砌庭院作為集流面和修建適當大小的水泥水窖來儲存雨水，可以滿足農(nóng)戶用水的基本需求，保證率達到90%。接著進行了為期3年的示范項目表明，該系統(tǒng)可以有效解決農(nóng)村居民的飲用水問題。

甘肅水科院還通過示范展示，采用類似的雨水集蓄利用進行補充灌溉也是可行的。簡易而價廉的溫室大棚頂部塑料薄膜可用來收集雨水以滿足一季蔬菜用水所需。

在此研究和示范項目成果的基礎(chǔ)上，甘肅省政府在1995年夏季，決定開展“1-2-1”雨水集蓄利用工程2。該工程成為中國第一個大規(guī)模雨水集蓄利用項目。這一年在甘肅省黃土地區(qū)發(fā)生了60年一遇的特大旱災，給農(nóng)村居民帶來了極大的困難，也促成了采取迫切和重大措施的決定。“1-2-1”工程非常成功，解決了130萬人口的家庭飲用水問題。

第一次的嘗試給甘肅省許多貧困農(nóng)村帶來了極大的變化，也讓政府和當?shù)厝罕娍吹搅擞晁罾玫木薮鬂摿Α?996年起，甘肅省的雨水集蓄利用開始從主要為解決生活用水擴展到提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的領(lǐng)域，擴展到整個雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的范圍（見圖1.4）。

20多年的不同嘗試和實踐證明，雨水集蓄利用不但可以滿足甘肅省農(nóng)村家庭用水的基本需求，而且能為作物提供補充灌溉用水，使作物產(chǎn)量平均增加4成。甘肅省的實踐證明了雨水集蓄利用是黃土高原干旱山區(qū)農(nóng)村開發(fā)水資源的一條新路。缺水是幾個世紀以來許多農(nóng)村居民貧困生活的根本原因。農(nóng)民的水池里有了水，他們就能按照市場的需求來重新安排他們的生產(chǎn)方式，從而極大地提高收入和擺脫貧困。而通過補充灌溉提高了土地生產(chǎn)率，也有助于農(nóng)民更好地參與國家“退耕還林”計劃。該計劃鼓勵農(nóng)民把他們在低產(chǎn)山坡地種莊稼改為種草種樹，從而減少了土壤侵蝕并保護了環(huán)境（見圖1.5）。

雨水集蓄利用是一種分散式的水管理模式，特別適合于居住分散的山區(qū)居民。它的技術(shù)簡易，又是傳統(tǒng)技術(shù)，因此易為當?shù)厝罕娝邮堋Ｋ膶嵤┲饕赞r(nóng)戶為主進行，政府只給以有限的資助，水的使用者也是雨水系統(tǒng)的法定所有人。因而農(nóng)戶有著很高的積極性。他們參與了從規(guī)劃、設(shè)計、施工到運行維護的全過程。不像一些大中型工程往往會對生態(tài)環(huán)境帶來負面影響，也易于引起社會矛盾，以農(nóng)戶為單元的雨水集蓄利用工程則是環(huán)境友好工程，也獲得了社區(qū)的廣泛支持。

上面介紹的雨水收集和利用已成為甘肅省山區(qū)和鄰近的半干旱地區(qū)可持續(xù)發(fā)展綜合模式的一部分。這一方法也在中國15個省、直轄市、自治區(qū)得到推廣應用。在甘肅省的“1-2-1”工程后，許多省市也進行了大規(guī)模的雨水利用工程，如內(nèi)蒙古的“1-1-2”工程3、寧夏回族自治區(qū)的“窖灌工程”、貴州省的“渴望工程”、四川省的“甘露工程”等。根據(jù)2007年的調(diào)查，儲存雨水的建筑物、包括小型塘壩的數(shù)量達到1000多萬個，蓄水總量達46億m3。雨水利用系統(tǒng)已為2200萬居民提供了生活用水，為280萬hm2雨養(yǎng)農(nóng)田提供了補充灌溉。雨水集蓄利用成為中國大、中、小、微水資源開發(fā)利用工程的重要組成部分。