CN102747757A

CN102747757A - 一种荒漠化地区的雨水收集利用方法

Info

Publication number: CN102747757A
Application number: CN2012101994570A
Authority: CN
Inventors: 张增胜; 周轶慧; 李飞鹏; 陈玲; 赵建夫
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明涉及一种荒漠化地区雨水收集利用的方法。根据当地的自然地形设计进水沟渠和蓄水池，并选用HDPE膜作为蓄水、防渗的材料构建一种适用于荒漠化地区的大型雨水收集系统（包括进水沟渠、缓冲池、蓄水池、沉淀池、溢流池、水泵、锚固沟和绿化带），利用该系统收集利用雨水。该方法的建设成本低、适合于荒漠化地区大规模的雨水收集。此外，该方法还具有改善系统周边生态环境的作用。

Description

一种荒漠化地区的雨水收集利用方法

技术领域

本发明涉及水利工程和环境工程领域，具体地说，是一种荒漠化地区的雨水收集利用方法。

背景技术

我国西部地区具有丰富的草地资源，但近几十年来，由于长期干旱，加之农民超载放牧、盲目开荒，致使植被破坏严重，出现严重的退化和沙化现象，是目前我国荒漠化最为集中和严重的区域。由于缺水，该区域对地下水持续超采利用，导致其地下水位不断下降。有研究表明，在干旱、半干旱地区要维护其生态环境，地下水埋深需维持在2-4米，否则不能满足天然植物的正常用水。地下水位的下降进一步引起地表植被衰亡、土地沙化加快，土壤耕层变薄、肥力下降，造成农业生产条件恶化，对农牧业产生极大影响。如地处甘肃省庆阳市环县北部的甜水镇，土地沙化面积已达1713 km²．占全县总面积的18.6%，涉及12个乡镇，240多个自然村，且以23.3km²/a的速度延伸。由于该区域沙漠化严重，干旱少雨（年降雨量不足350mm），且又地处偏远，长期以来，当地群众只能通过人工修建水窖和混凝土集流面，集蓄天然降雨，满足日常生活的需要。由于长期干旱，没有水源供应农牧业，目前全县草场植被覆盖率仅为20%~50%，产草量和载蓄能力弱。水资源短缺和土地沙漠化严重制约了当地经济、社会及环境的协调发展。对水资源进行合理有效地开发及利用，实现有效的防风治沙，改善人民的生活环境，提高群众生活质量迫在眉睫，在整个环县，乃至整个西北地区实施荒漠化治理也成为必然的发展趋势。

目前我国荒漠化土地已占到国土面积的27.4%，现有沙化土地174万平方公里，占国土面积的18%，因土地沙化每年造成的直接经济损失高达500多亿元，影响近4亿人的生产和生活，加强防沙治沙和生态建设工作是目前极为紧迫的任务。由于沙漠地区具有缺水、缺土、高温、干燥、风沙大等特点，生物（草坪、植被、微生物等）难以在该地区存活，因此传统沙漠治理采用的生物技术方法都收效甚微。目前，雨水收集结合植被种植是我国应对荒漠化最有效的治理方法之一。

已有的雨水收集装置多用于城市地区，以饮用、园艺和家用为目的。这类装置主要侧重于雨水收集管道的构建，尽量避免将初期雨水引入雨水收集系统。收集的雨水也主要是用于水景、冲洗汽车和绿化喷灌等方面。对于沙漠化地区而言，由于高温、干燥，这类地区普遍具有降雨量小、蒸发量大的特点，因此，如何提高雨水的收集效率，减少收集雨水的蒸发和渗漏，是雨水收集系统好坏的关键。所以，防渗膜的选用对于整个系统的正常运作起着至关重要的作用。高密度聚乙烯（HDPE）防渗膜是以高密度聚乙烯为原材料，具有高机械强度、化学稳定性好、抗植物根系、防渗系数高、施工快速和总成本低等优异性能，并可以根据实际工程需要进行加工的特性和功能。相比传统的防渗材料（红粘土、混凝土现浇、水泥砂浆、塑料防渗膜等），其在防渗效果上有着明显的优势。在缺水比较严重的甘肃等地区，防水渗漏、防水流失，是民生民存的重要工程。采用防渗膜技术修建雨水收集池进行雨水收集利用有着很好的生态、社会及经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、效果好的荒漠化地区的雨水收集利用方法。

本发明提出的荒漠化地区的雨水收集利用方法，根据当地的自然地形设计进水沟渠和蓄水池，并选用HDPE膜作为蓄水、防渗的材料构建一种适用于荒漠化地区的雨水收集系统，利用该系统收集利用雨水。所述收集系统包括主进水沟渠1、缓冲池2、蓄水池3、沉淀池4、溢流池5、进水缓冲沟6、锚固沟7、绿化带8和水泵9，其中：蓄水池3左右两侧设有进水缓冲沟6，蓄水池3池体内前端设有缓冲池2，末端设有沉淀池4，且沉淀池4位于蓄水池3内底部，远离缓冲池2位置，主进水沟渠1作为主要进水口，位于缓冲池2前端，锚固沟7环绕于蓄水池3四周，且位于进水缓冲沟6和缓冲池2外，溢流池5通锚固沟7一侧，锚固沟7另一侧与绿化带8相连，水泵9位于沉淀池4内底部，主进水沟渠1和缓冲池2之间通有锚固沟7，具体步骤如下：

(1).雨水收集系统的选址：利用雨水冲刷所形成的沟渠作为雨水收集池的修建地。

(2).雨水收集系统的构建

所述的进水沟渠是利用雨水冲刷的沟渠在雨水收集系统周边修建2-4条雨水缓冲沟渠，其中选择雨水径流最大的沟渠作为主进水沟渠1。所述进水沟渠将来源于山坡、公里等处形成的雨水径流引入雨水收集系统，并缓冲雨水对系统的冲刷力。

(3).施工要求

（A）地基处理：清扫铺设面，要求基体平整，土体坚实，不能凹凸不平，裂纹等，不能有尖锐物，石块、铁丝或木棒等，防渗范围内的草皮，树根要清除，对于杂草要喷洒灭草剂。

（B）保温层的铺设：在防渗膜下铺设保温材料，以削减和消除雨水收集池基土冻胀。

（C）防渗膜的铺设：在雨水收集池周边建锚固沟，将防渗膜置于锚固沟内，然后密实回填粘土，保证防渗膜与周边边界必须严密结合。

铺设时，应注意一下几点：a. 防渗膜应沿一定方向铺设，同时不要拉得太紧，应留有一定伸缩量，以适应基体变形；b. 要调整好每个单元走向，以便于两个单元的焊接;c. 纵向接头应距离坝脚、弯脚处1.50m以上，应设在平面上；d. 防渗膜焊接前应调整好接缝处两幅边单膜，使之搭接一定的宽度，搭接宽度一般为6-8㎝且平整，无折皱防渗膜铺设后，要用砂袋压住，以防风沙影响下一步边缘的焊接。

所述的防渗膜为黑色的HDPE防渗膜，能保证较高的地温，且具有优异的防渗性能。

（4）防渗膜的焊接；一般采用热焊接方法，应由专业人员进行焊接，长距离焊接使用热楔式自动爬行塑料焊接机(LEISTER COMET)，局部的点、面焊接使用挤出式焊枪，边缘接缝处要求不能有油污、水分，尘土等，以防影响焊接接口的严密性。

本发明中，所述保温材料为聚氯乙烯泡沫塑料板或高分子保温卷材等。

本发明中，所述缓冲池2其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度为2-3°。

本发明中，所述的蓄水池3长、宽分别为100-180米和8-15米，深度为7-12米，坡度2.8-3.2°，用高密度聚乙烯防渗膜（HDPE）铺设而成，用于收集雨水的储存。

本发明中，所述沉淀池4长、宽分别为3-6米和2-4米，深度为1-3米。

本发明中，所述锚固沟7宽度为0.5-0.8米，深度为0.4-0.8米，由下至上分别用黄土基质和水泥覆盖从蓄水池延伸至锚固沟内的HDPE膜，用以固定防渗膜。

本发明中，所述绿化带8种植侧柏、新疆杨或苜蓿草等乡土植物，植物的种植间距为2-4米*1-3米。

本发明中，所述溢流池5长、宽分别为5-10米和2-4米，深度为0.5-1.0米，坡度为2.8-3.2°。

与传统的雨水收集系统相比，本发明系统具有以下优点：（1）选用高密度聚乙烯防渗膜（HDPE）作为蓄水池的防渗膜，具有高机械强度、化学稳定性好、抗植物根系、防渗系数高、施工快速和总成本低等优异性能；（2）所设计的雨水收集系统可用于不同大小规模的雨水收集，特别适用于荒漠化地区；（3）系统的构建根据自然条件，减少了施工量，同时选用HDPE防渗膜，有效降低建设成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为A-A剖面图。

图3为B-B剖面图。

图4为实施例1改建前后的图示，其中：(A)为改建前，(B)为改建后。

图5为实施例2改建前后的图示，其中：(A)为改建前，(B)为改建后。

图中标号：1为主进水沟渠，2为缓冲池，3为蓄水池，4为沉淀池，5为溢流池，6为进水缓冲沟，7为锚固沟，8为绿化带，9为水泵。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

将上述系统用于某地修建的雨水收集系统，容量为7000m³，系统结构如图1-图3所示，缓冲池2与主进水沟渠1相连，其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度约2.5°，用以缓冲雨水进入缓冲池底部后对池壁的冲刷；侧面进水缓冲沟6位于蓄水池3两侧，与主进水沟渠1相连，其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度约2.5°；蓄水池3与缓冲池2以及侧面进水缓冲沟6相连，位于缓冲池2下方，其长、宽分别为100米和8-10米，深度为7-12米，坡度约3°，用高密度聚乙烯防渗膜（HDPE）铺设而成，用于收集雨水的储存；沉淀池4位于蓄水池底部远离缓冲池方向，其长、宽分别为3-6米和2-4米，深度为1-3米，用于沉淀雨水中的泥沙，淤积的泥沙需定时清除；锚固沟7环绕于蓄水池3，位于缓冲池2和侧面进水沟渠6外侧，宽度为0.5-0.8米，深度为0.4-0.8米，由下至上分别用黄土基质和水泥覆盖从蓄水池延伸至锚固沟内的HDPE膜，用以固定防渗膜；绿化带8与锚固沟7相接，种植侧柏、新疆杨、国槐、柠条、紫花苜蓿草等耐旱植物，树的种植间距为2-4米*1-3米，可有效减少收集雨水的蒸发，并改善周边的自然生态环境；溢流池4与蓄水池3相连，位于蓄水池3下方（根据主雨水径流的流向而定），其长、宽分别为5-10米和2-4米，深度为0.5-1.0米，坡度约3°，可有效避免收集雨水过量后引起的水土流失；水泵9装于沉淀池4底，用于将收集的雨水送到输水管道，作为农用水或处理后作为生活用水使用。

(2).雨水收集系统的构建

3.施工要求

（1）地基处理：清扫铺设面，要求基体平整，土体坚实，不能凹凸不平，裂纹等，不能有尖锐物，石块、铁丝、木棒等，防渗范围内的草皮，树根要清除，对于杂草要喷洒灭草剂。

（2）保温层的铺设：在防渗膜下铺设保温材料，以削减和消除雨水收集池基土冻胀。

所述的保温材料包括聚氯乙烯泡沫塑料板、高分子保温卷材等。

（3）防渗膜的铺设：在雨水收集池周边开挖深为600mm、宽为400mm左右的锚固槽，将防渗膜置于槽内，然后密实回填粘土，保证防渗膜与周边边界必须严密结合。

与当地用传统方法构建的砖砂石雨水收集系统相比，本发明构建的铺设高强度聚乙烯（HDPE）防渗膜的雨水收集系统，建造费用仅为传统雨水收集系统的40%（表1），造价较低。

可见，利用本发明方法构建的雨水收集系统具有防渗漏、低成本等优点，能在荒漠化地区有效收集雨水。收集到的雨水可用于农业生产或处理后用于生活用水，同时雨水收集系统的构建能起到涵养水源、调节局部气候的生态功能，而系统周边构建的绿化带能进一步起到防风固沙、改善周边的植被环境的作用（图2）。

表1本发明与传统雨水收集系统的建造成本比较

Figure 2012101994570100002DEST_PATH_IMAGE002

实施例2

将上述系统用于某地修建的雨水收集系统，容量为21000m³，系统结构如图1所示，缓冲池2与主进水沟渠1相连，其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度约2.5°，用以缓冲雨水进入缓冲池底部后对池壁的冲刷；侧面进水缓冲沟6位于蓄水池3两侧，与主进水沟渠1相连，其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度约2.5°；蓄水池3与缓冲池2以及侧面进水缓冲沟6相连，位于缓冲池2下方，其长、宽分别为180米和10-15米，深度为7-12米，坡度约3°，用高密度聚乙烯防渗膜（HDPE）铺设而成，用于收集雨水的储存；沉淀池4位于蓄水池底部远离缓冲池方向，其长、宽分别为3-6米和2-4米，深度为1-3米，用于沉淀雨水中的泥沙，淤积的泥沙需定时清除；锚固沟7环绕于蓄水池3，位于缓冲池2和侧面进水沟渠6外侧，宽度为0.5-0.8米，深度为0.4-0.8米，由下至上分别用黄土基质和水泥覆盖从蓄水池延伸至锚固沟内的HDPE膜，用以固定防渗膜；绿化带8与锚固沟7相接，种植侧柏、新疆杨、国槐、柠条、紫花苜蓿草等耐旱植物，树的种植间距为2-4米*1-3米，可有效减少收集雨水的蒸发，并改善周边的自然生态环境；溢流池5与蓄水池3相连，位于蓄水池3下方（根据主雨水径流的流向而定），其长、宽分别为5-10米和2-4米，深度为0.5-1.0米，坡度约3°，可有效避免收集雨水过量后引起的水土流失；水泵9装于沉淀池4底，用于将收集的雨水送到输水管道，作为农用水或处理后作为生活用水使用。

与当地用传统方法构建的砖砂石雨水收集系统相比，本发明构建的铺设高强度聚乙烯（HDPE）防渗膜的雨水收集系统，材料费仅为传统雨水收集系统的40%（表2），造价较低。

可见，利用本发明方法构建的雨水收集系统具有防渗漏、低成本等优点，能在荒漠化地区有效收集雨水。收集到的雨水可用于农业生产或处理后用于生活用水，同时雨水收集系统的构建能起到涵养水源、调节局部气候的生态功能，而系统周边构建的绿化带能进一步起到防风固沙、改善周边的植被环境的作用（图3）。

表2本发明与传统雨水收集系统的建造成本比较

Figure 2012101994570100002DEST_PATH_IMAGE004

本发明属开拓发明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种荒漠化地区的雨水收集利用方法，其特征在于根据当地的自然地形设计进水沟渠和蓄水池，并选用防渗膜作为蓄水、防渗的材料构建一种适用于荒漠化地区的雨水收集系统，利用该系统收集利用雨水；所述收集系统包括主进水沟渠(1)、缓冲池(2)、蓄水池(3)、沉淀池(4)、溢流池(5)、进水缓冲沟(6)、锚固沟(7)、绿化带(8)和水泵(9)，其中：蓄水池(3)左右两侧设有进水缓冲沟(6)，蓄水池(3)池体内前端设有缓冲池(2)，末端设有沉淀池(4)，且沉淀池(4)位于蓄水池(3)内底部，远离缓冲池(2)位置；主进水沟渠(1)作为主要进水口，位于缓冲池(2)前端，锚固沟(7)环绕于蓄水池(3)四周，且位于进水缓冲沟(6)和缓冲池(2)外，溢流池(5)通锚固沟(7)一侧，锚固沟(7)另一侧与绿化带(8)相连，水泵(9)位于沉淀池(4)内底部，主进水沟渠(1)和缓冲池(2)之间通有锚固沟(7)，具体步骤如下：

(1).雨水收集系统的选址：利用雨水冲刷所形成的沟渠作为雨水收集池的修建地；

(2).雨水收集系统的构建

所述进水沟渠是利用雨水冲刷的沟渠在雨水收集系统周边修建2-4条雨水缓冲沟渠，其中选择雨水径流最大的沟渠作为主进水沟渠(1)；所述进水沟渠将来源于山坡、公里等处形成的雨水径流引入雨水收集系统，并缓冲雨水对雨水收集系统的冲刷力；

(3).施工要求

（A）地基处理：清扫铺设面，要求基体平整，土体坚实，无尖锐物，石块、铁丝或木棒，防渗范围内的草皮，树根要清除，对于杂草要喷洒灭草剂；

（B）保温层的铺设：在防渗膜下铺设保温材料，以削减和消除雨水收集池基土冻胀；

（C）防渗膜的铺设：在雨水收集池周边建锚固沟，将防渗膜置于锚固沟内，然后密实回填粘土，保证防渗膜与周边边界严密结合；

铺设时，a. 防渗膜应沿一定方向铺设，不要拉得太紧，留有一定伸缩量，以适应基体变形；b. 要调整好每个单元走向，以便于两个单元的焊接;c. 纵向接头应距离坝脚、弯脚处1.50m以上，应设在平面上；d. 防渗膜焊接前应调整好接缝处两幅边单膜，使之搭接一定的宽度，搭接宽度一般为6-8㎝且平整，无折皱防渗膜铺设后，要用砂袋压住，以防风沙影响下一步边缘的焊接；

所述的防渗膜为HDPE防渗膜；

（4）防渗膜的焊接；采用热焊接方法，对于长距离焊接使用热楔式自动爬行塑料焊接机，局部的点、面焊接使用挤出式焊枪，边缘接缝处要求不能有油污、水分或尘土，以防影响焊接接口的严密性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述保温材料为聚氯乙烯泡沫塑料板或高分子保温卷材。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述缓冲池(2)的长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度为2-3°。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的蓄水池(3)长、宽分别为100-180米和8-15米，深度为7-12米，坡度2.8-3.2°，用高密度聚乙烯防渗膜铺设而成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述沉淀池(4)长、宽分别为3-6米和2-4米，深度为1-3米。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述锚固沟(7)宽度为0.5-0.8米，深度为0.4-0.8米，由下至上分别用黄土基质和水泥覆盖从蓄水池延伸至锚固沟内的HDPE膜，用以固定防渗膜。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述绿化带(8)种植侧柏、新疆杨或苜蓿草中任一种，植物的种植间距为2-4米*1-3米。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述溢流池(5)长、宽分别为5-10米和2-4米，深度为0.5-1.0米，坡度为2.8-3.2°。