CN116369159B - 一种石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法，采用一种降水收集灌溉系统进行，该系统包括溶沟集水池、自流集水管、集水扬水装置、扬水管、扬水储水灌溉装置和承压灌溉管；每个集水扬水装置通过自流集水管连接多个溶沟集水池，集水扬水装置的位置低于各个与之相连的溶沟集水池；集水扬水装置和扬水储水灌溉装置之间通过扬水管连接；扬水储水灌溉装置的位置高于集水扬水装置及溶沟集水池；溶沟集水池包括裸露石芽、堆积砾石溶沟、溶沟集水挡板和溶沟集水出水管；集水扬水装置采用太阳能电池板供电。本发明能利用石漠化地区自身的地形和气候特点解决喀斯特石漠化地区雨洪资源利用问题，实现全坡面农业生产及多时段生态修复灌溉。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及喀斯特石漠化地区雨洪资源利用，具体为一种石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法。
背景技术
降水收集灌溉是雨洪资源利用的一种方式，通常指收集降水用于农业灌溉或生态修复。石漠化(rocky desertification)指在热带、亚热带湿润和半湿润地区喀斯特(Karst)发育的自然背景下，由于自然和人为活动的干扰，地表植被遭受破坏，造成土壤严重侵蚀，基岩大面积裸露，砂砾堆积，土地生产力衰退甚至丧失，地表呈现荒漠化景观的土地退化乃至消失的现象。在喀斯特地区，尽管降水资源丰沛，但岩性漏水，大量降水下漏到地下暗河，导致地表可用水资源缺乏，难以满足农业灌溉或生态修复用水的需要，被称为喀斯特地区工程性缺水。如何有效解决工程性缺水是石漠化治理面临的重大难题。
我国现行的石漠化土地标准是指岩石裸露度大于30％，植被综合盖度小于50％的有林地、灌木林地、植被综合盖度小于70％的草地和非梯田旱地等。石漠化坡面上大量的裸露岩石以石芽溶沟形式存在。石芽(clints)是地表可溶性岩体受地表水的长期溶蚀作用而形成，地表露出顶端尖、下部粗的锥形岩体，是地表水沿碳酸盐岩表面裂隙溶蚀所成沟槽间的脊状岩体；溶沟(karren)是雨水顺着碳酸盐岩岩石坡面流动，刻划溶蚀成的沟槽。石芽溶沟为喀斯特地貌所特有，是一类伴生于灰岩面的小起伏组合形态；石芽溶沟的正负地形差一般由数厘米到数米，最深可达十余米以上。在石漠化土地上裸露石芽溶沟大量分布，当达到中度和重度石漠化程度时，裸露石芽溶沟面积一般都超过50％，甚至达到70％以上。目前裸露石芽溶沟不仅无法利用，还造成土地破碎，在石漠化治理中需要投入大量的人力物力进行破碎、搬运和填埋，被称为石漠化的“癌症”。
为了解决喀斯特石漠化地区降水收集和利用问题，越来越多的研究人员设计了石漠化地区降水收集利用装置。如申请号：201210277217.8的中国专利，设计利用现有石漠化区域自然形成的岩石凹槽作为储水基础，在储水基础上做防渗漏水处理形成储水单元。申请号：201410111614.7的中国专利，提出了喀斯特地区水资源利用方法，包括建立坡面集雨装置、修建提水工程开发喀斯特皮下水和上层滞水、建立屋面集雨装置、试验推广浅灌节水农业技术和建立科学合理的灌溉方式。申请号：201810820157.7的中国专利，设计一种包括固定机构和雨水收集机构的装置，通过设置信号处理器实时收集降水，掌握地区降雨量。申请号：201910558665.7的中国专利，公开了一种喀斯特坡地集水灌溉装置，通过在坡面上设置从上到下布设的多个集水机构，对流动于坡面的雨水进行收集，通过自流管对农田进行灌溉。申请号：201920892256.6的中国专利，公开了一种石漠化地区储水灌溉装置，利用地势高度，使水沟的水自动收集到储水池中，自动经主出水管和分出水管到达灌溉管进行灌溉。申请号：202111100744.7的中国专利，公开了石漠化边坡植被板槽组合蓄水和持水养护的试验模型和试验方法。
这些技术在一定程度上解决喀斯特地区降水收集问题，但存在不足：1)未针对石漠化坡地广泛分布的石芽溶沟提出降水收集汇聚，如申请号：201210277217.8的中国专利仅说明石漠化区域自然形成的岩石凹槽可以作为储水基础，但岩石凹槽散布宁乱，大小不一，储水量有限；此外位置不定，距离耕地远近不同，难以满足规模化的农业生产和生态恢复用水需要。2)未利用石漠化坡地石芽溶沟高度差进行自流设计，如申请号：201410111614.7的中国专利仅提出的是喀斯特地区水资源利用方法，但未公布设施设计；如申请号：201810820157.7的中国专利提出的设计仅是用于测定降水量，与喀斯特石漠化地区降水收集灌溉无关。3)未解决坡面水势高差反向流动，提出可供给石漠化坡面全部用地灌溉用水设计；如申请号：201920892256.6的中国专利仅提出了收集雨水到储水池，通过自流管对农田进行灌溉，但是收集的水量会大量集中于山坡低处，不能满足山体高处耕地或生态恢复用地的用水需要；如申请号：202111100744.7中国专利提出的是石漠化边坡的蓄水设计，仅满足蓄水后的原位置蓄水地段的用水，不提供其它地段用水。
发明内容
本发明的目的在于攻克石漠化坡面裸露石芽溶沟的利用难题，解决现有技术的缺陷，提出一种石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法。
为了实现上述目的，本发明将石漠化坡地大量分布且不能利用的石芽溶沟设计为集水池，并通过自流将降水收集；然后通过自行设计出的集水扬水装置，利用低碳的光伏方式将集水送至坡地高处储水，再通过设置于石漠化坡地高地扬水储灌溉装置进行灌溉。
本发明的具体技术方案如下：
一种石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法，采用一种降水收集灌溉系统进行，包括溶沟集水池、自流集水管、集水扬水装置、扬水管、扬水储水灌溉装置和承压灌溉管；每个集水扬水装置通过自流集水管连接有两个以上的溶沟集水池，集水扬水装置的位置低于各个与之相连的溶沟集水池；所述集水扬水装置和所述扬水储水灌溉装置之间通过所述扬水管连接，所述扬水管设置有单向阀，让水流单向流至扬水储水灌溉装置；扬水储水灌溉装置的位置高于集水扬水装置及溶沟集水池；扬水储水灌溉装置的出水管与所述承压灌溉管连接；所述溶沟集水池包括裸露石芽与所述裸露石芽底部连接的堆积砾石溶沟、设置在所述堆积砾石溶沟出口处的溶沟集水挡板和贯穿所述溶沟集水挡板的溶沟集水出水管；所述溶沟集水出水管与所述自流集水管的进水口相连接；所述集水扬水装置设置有储水部分及与储水部分相连的沉沙部分，且采用太阳能电池板供电；
降水收集灌溉包括以下步骤：
步骤一、溶沟集水池降水收集：每次降水时沿裸露石芽产生水流，水流自裸露石芽上部汇集下来，进入堆积砾石溶沟，堆积砾石过滤掉水流中的泥沙，通过溶沟集水挡板的阻挡流水逐渐汇集并通过溶沟集水出水管进入自流集水管中；
步骤二、自流汇集：自流集水管将石漠化坡面设定地段的各个溶沟集水池相连接，通过自流方式将每一个溶沟集水池的水流汇集至位置更低的集水扬水装置中；
步骤三、集水扬水：汇集的水流进入集水扬水装置后进行进一步的沉沙后通过扬水管将水扬至更高处的扬水储水灌溉装置中；统计当地的天气资料数据，在降雨时进行集水，在降雨间隔晴天时进行扬水并通过太阳能电池板供电为扬水提供动力；
步骤四、灌溉：进入扬水储水灌溉装置中的水，根据需要在任意时段通过承压灌溉管送至石漠化坡面任一地段，进行坡面农业生产或生态修复灌溉。
集水扬水装置进一步的优化，所述集水扬水装置包括：自流蓄水箱和与其连通的沉沙池；所述沉沙池的一侧设置有沉沙池进水管，沉沙池的另一侧连通自流蓄水箱进水管的进水口，自流蓄水箱进水管的出水口与所述自流蓄水箱的后壁面连接；自流蓄水箱的前壁面的上部和下部分别设置有自流蓄水箱溢洪管和自流蓄水箱排沙管；所述自流蓄水箱排沙管设置有自流蓄水箱排沙管阀门；自流蓄水箱的内部设置有相互连接的自流蓄水箱潜水泵和自流蓄水箱水位阀；自流蓄水箱的外部还设置有蓄电池和逆变器组件及与其连接的太阳能电池板为自流蓄水箱潜水泵供能；所述自流蓄水箱潜水泵的出口连接有伸出自流蓄水箱以外的自流蓄水箱扬水出水管；自流蓄水箱的后壁还设置有自流蓄水箱门；所述沉沙池进水管的进水口与所述自流集水管的出水口相连；自流蓄水箱扬水出水管与扬水管的进水口相连。水流通过自流集水管、沉沙池进水管流入沉沙池，在沉淀泥沙后，水流通过自流蓄水箱进水管进入自流蓄水箱；当进入自流蓄水箱的水量超过水箱储存量时，多余水量由自流蓄水箱溢洪管排出；当仍有泥沙进入自流蓄水箱时，打开自流蓄水箱排沙管阀门将泥沙排出。
自流蓄水箱的体积通过以下公式设计：
gi＝Si×P×W×0.001 (1)
VI＝QI×1.2 (3)
式中：qi为第i个溶沟集水池收集降水的最大量，单位m3；Si为第i个溶沟集水池的石芽面积，单位m2；P为建设地区的多年平均最大日降水量，单位mm；W为石芽溶沟产流系数；QI为第I个自流蓄水箱的蓄水量，单位m3；n为与自流蓄水箱相连的溶沟集水池个数；VI为第I个自流蓄水箱的体积，单位m3。
自流蓄水箱潜水泵的型号根据计算得出的扬程、流量确定：所述流量的计算公式如下：
式中：UI为扬水流量，单位m3/h；t为确定的扬水时间，单位h，通过统计建设地区的雨季降水间隔时间得到；
所述扬程的计算公式如下：
H＝h+l×0.1+ε (5)
式中：H为扬水扬程，单位m；h为静扬程，单位m，即自流蓄水箱底至扬水储水灌溉装置的进水管的垂直高差；l为扬水水平输送距离，单位m，即自流蓄水箱至扬水储水灌溉装置的扬水管的水平距离；ε为损失扬程；
根据自流蓄水箱潜水泵的型号及扬水时间确定蓄电池和逆变器组件中的逆变器和蓄电池的型号；并根据逆变器和蓄电池的型号及当地的日照情况确定太阳能电池板配置。
扬水储水灌溉装置进一步的优化，所述扬水储水灌溉装置包括扬水储水箱，所述扬水储水箱的外壁由上到下依次连接有扬水储水箱溢洪管、扬水储水箱进水管、扬水储水箱排沙管和扬水储水箱出水管，且扬水储水箱排沙管设置有扬水储水箱排沙管阀门，扬水储水箱出水管设置有扬水储水箱出水管阀门；扬水储水箱的顶部设置有扬水储水箱门；扬水储水箱进水管与扬水管的出水口相连；扬水储水箱出水管与承压灌溉管的进水口相连。当进扬水储水箱的水量超过水箱储存量时，多余水量通过扬水储水箱溢洪管排出；当扬水储水箱中泥沙超过设定阈值时，通过打开扬水储水箱排沙管阀门排出。
扬水储水箱的体积通过以下公式进行计算：
W＝w×1.2 (8)
式中：w为扬水储水箱的最大储水水量，单位m3；QI为第I个自流蓄水箱的蓄水量，N为与扬水储水箱相连接的自流蓄水箱个数；PT为建设地区一年内中到大雨的天数，通过气象资料统计得出；W为扬水储水箱体积，单位m3。
扬水储水箱最大储水量的灌溉面积按下式计算：
式中：S为扬水储水箱水量的灌溉面积，单位hm2，w为扬水储水箱水量，单位m3，为建设地区不同农业用地或生态修复的灌溉定额，单位m3/hm2。
本发明的有益效果是：
本发明利用石漠化坡地广泛分布的石芽溶沟进行降水收集汇聚，采用自流的方式进行集水，根据当地气候的特点，在降雨间隔的晴天利用太阳能的方式能够低碳节能的进行扬水，解决坡面水势高差反向流动问题，将喀斯特石漠化地区大量降水储存于高地势处，不再受季节和地势限制，可以实现在任何需要的时刻(包括干旱季)将水送至石漠化坡面任一地段，实现全坡面农业生产或生态修复灌溉。
综上，本发明能够利用喀斯特石漠化地区自身的地形和气候特点解决喀斯特石漠化地区雨洪资源利用问题，低碳节能，实现全坡面农业生产或多时段生态修复灌溉。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明方法的实施效果图。
图2为降水收集灌溉系统整体侧视结构示意图。
图3为降水收集灌溉系统整体俯视结构示意图。
图4为溶沟集水池结构示意图。
图5为集水扬水装置结构示意图。
图6为扬水储水灌溉装置结构示意图。
附图说明：1、溶沟集水池，2、自流集水管，3、集水扬水装置，4、扬水管，5、扬水储水灌溉装置，6、承压灌溉管；11、裸露石芽，12、堆积砾石溶沟，13、溶沟集水挡板，14、溶沟集水出水管；31、太阳能电池板，32、蓄电池和逆变器组件，33、自流蓄水箱，34、自流蓄水箱门，35、自流蓄水箱扬水出水管，36、自流蓄水箱进水管，37、自流蓄水箱溢洪管，38、自流蓄水箱排沙管，39、沉沙池，310、沉沙池进水管，311、自流蓄水箱潜水泵，312、自流蓄水箱水位阀，313、自流蓄水箱排沙管阀门；51、扬水储水箱，52、扬水储水箱溢洪管，53、扬水储水箱进水管，54、扬水储水箱支撑架，55、扬水储水箱排沙管，56、扬水储水箱出水管，57、扬水储水箱门，58、扬水储水箱排沙管阀门，59、扬水储水箱出水管阀门。
具体实施方式
实施例1
如图1～3所示，一种石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法，采用一种降水收集灌溉系统进行，所述降水收集灌溉系统包括溶沟集水池1、自流集水管2、集水扬水装置3、扬水管4、扬水储水灌溉装置5和承压灌溉管6；每个集水扬水装置3通过自流集水管2连接有两个以上的溶沟集水池1，集水扬水装置3的位置低于各个与之相连的溶沟集水池1；所述集水扬水装置3和所述扬水储水灌溉装置5之间通过所述扬水管4连接，所述扬水管4设置有单向阀，让水流单向流至扬水储水灌溉装置5；扬水储水灌溉装置5的位置高于集水扬水装置3及溶沟集水池1；扬水储水灌溉装置5的出水管与所述承压灌溉管6连接。
如图4所示，所述溶沟集水池1包括裸露石芽11、与所述裸露石芽底部连接的堆积砾石溶沟12、设置在所述堆积砾石溶沟出口处的溶沟集水挡板13和贯穿所述溶沟集水挡板的溶沟集水出水管14；所述溶沟集水出水管14与所述自流集水管2口径相同并且连接。溶沟集水挡板13的横截面为“一”字型、“L”型或“凹”字型，与堆积砾石溶沟12的出口截面相匹配。本实施例中为“一”字型。
如图5所示，集水扬水装置3包括：自流蓄水箱33和与其连通的沉沙池39；所述沉沙池39的一侧设置有沉沙池进水管310，沉沙池39的另一侧连通自流蓄水箱进水管36的进水口，自流蓄水箱进水管36的出水口与所述自流蓄水箱33的后壁面连接；自流蓄水箱33的前壁面的上部和下部分别设置有自流蓄水箱溢洪管37和自流蓄水箱排沙管38；所述自流蓄水箱排沙管38设置有自流蓄水箱排沙管阀门313；自流蓄水箱33的内部设置相互连接的自流蓄水箱潜水泵311和自流蓄水箱水位阀312，当进入自流蓄水箱33的水量多到设定水位时，激发自流蓄水箱水位阀312，自流蓄水箱潜水泵311开始工作；自流蓄水箱33的外部还设置有蓄电池和逆变器组件32及与其连接的太阳能电池板31；蓄电池和逆变器组件32与自流蓄水箱潜水泵311电连接；所述自流蓄水箱潜水泵311的出口连接有伸出自流蓄水箱以外的自流蓄水箱扬水出水管35；自流蓄水箱33的后壁还设置有自流蓄水箱门34；所述沉沙池进水管310的进水口与所述自流集水管2的出水口相连；自流蓄水箱扬水出水管35与扬水管4的进水口相连。沉沙池39的一侧同一高度位置设置有两个以上平行的沉沙池进水管310，有利于提高效率且不容易堵塞通路。沉沙池进水管310和自流蓄水箱进水管36的高度相同，自流蓄水箱溢洪管37高于自流蓄水箱进水管36的连接位置，自流蓄水箱排沙管38低于自流蓄水箱进水管36的连接位置，该设置为一种优化选择。
如图6所示，所述扬水储水灌溉装置5包括扬水储水箱51，所述扬水储水箱51的外壁由上到下依次连接有扬水储水箱溢洪管52、扬水储水箱进水管53、扬水储水箱排沙管55和扬水储水箱出水管56，且扬水储水箱排沙管55设置有扬水储水箱排沙管阀门58，扬水储水箱出水管56设置有扬水储水箱出水管阀门59；扬水储水箱51的顶部设置有扬水储水箱门57；扬水储水箱进水管53与扬水管4的出水口相连；扬水储水箱出水管56与承压灌溉管6的进水口相连。本实施例中，扬水储水箱51侧壁同一个高度平行连接有两个以上的扬水储水箱进水管53。扬水储水箱溢洪管52、扬水储水箱排沙管55和扬水储水箱出水管56位于扬水储水箱51的同一个侧壁，且与扬水储水箱进水管53位于相邻的侧壁，该设置方便操作和维护。扬水储水灌溉装置5还包括一个位于扬水储水箱51下方的扬水储水箱支架54，当坡面高度不能满足承压灌溉时增加设置扬水储水箱支架54。
降水收集灌溉包括以下步骤：
步骤一、溶沟集水池降水收集：每次降水时沿裸露石芽11产生水流，水流自裸露石芽上部汇集下来，进入堆积砾石溶沟2，堆积砾石过滤掉水流中的泥沙，通过溶沟集水挡板13的阻挡流水逐渐汇集并通过溶沟集水出水管14进入自流集水管2中。
步骤二、自流汇集：自流集水管2将石漠化坡面设定地段的各个溶沟集水池1相连接，通过自流方式将每一个溶沟集水池1的水流汇集至位置更低的集水扬水装置3中。
步骤三、集水扬水：汇集的水流进入集水扬水装置3后进行进一步的沉沙后通过扬水管4将水扬至更高处的扬水储水灌溉装置5中；统计当地的天气资料数据，在降雨时进行集水，在降雨间隔晴天时进行扬水并通过太阳能电池板供电为扬水提供动力。水流通过自流集水管2、沉沙池进水管310流入沉沙池39，在沉淀泥沙后，水流通过自流蓄水箱进水管36进入自流蓄水箱33；当进入自流蓄水箱33的水量超过水箱储存量时，多余水量由自流蓄水箱溢洪管37排除；当仍有泥沙进入自流蓄水箱33时，打开自流蓄水箱排沙管阀门313将泥沙排出；自流蓄水箱门34用于人工清理泥沙和检修设备。
自流蓄水箱的体积通过以下公式设计：
qi＝Si×P×W×0.001 (1)
VI＝QI×1.2 (3)
式中，qi为第i个溶沟集水池收集降水的最大量，单位m3；Si为第i个溶沟集水池的石芽面积，单位m2，一般一个溶沟集水池的连续石芽正射投影面积应大于2m2。石漠化坡面的石芽溶沟可以通过无人机航测生成DOM和DSM数据(精度为2cm)，通过DOM数据识别石漠化坡面上的石芽溶沟位置和正射投影面积，通过DSM区分开石芽和溶沟。P为建设地区的多年平均最大日降水量，单位mm；W为石芽溶沟产流系数，可以通过野外观测实验获取，在没有实验数据时可取80％。
在集水扬水系统中，太阳能电池板供电给蓄电池，蓄电池供电给潜水泵；当潜水泵为交流电类型时，须用逆变器将直流电转化为交流电。太阳能电池板、蓄电池和潜水泵的配置与建设地区的气候和扬水管扬程有关。
自流蓄水箱潜水泵的型号根据计算得出的扬程、流量确定：所述流量的计算公式如下：
式中：UI为扬水流量，单位m3/h；t为确定的扬水时间，单位h，通过统计建设地区的雨季降水间隔时间得到；
所述扬程的计算公式如下：
H＝h+l×0.1+ε (5)
式中：H为扬水扬程，单位m；h为净扬程，单位m，即自流蓄水箱底至扬水储水灌溉装置的进水管的垂直高差；l为扬水水平输送距离，单位m，即自流蓄水箱至扬水储水灌溉装置的扬水管的水平距离；ε为损失扬程；通常为净扬程的6％～9％。
根据式(4)和式(5)计算得出的扬程、流量查找出对应的潜水泵型号，确定其功率和电压等参数，选定自流蓄水箱潜水泵的型号；并按功率的1.5倍配置相应电压的逆变器，依据扬水时间t的1.5倍确定蓄电池型号。为蓄电池充电的太阳能电池板配置也依据建设地区的气候条件计算，其充电工作时间按下式计算：
式中T为充电时间，单位h；ΔT为建设地区连续晴天数，单位d，通过统计建设区气象资料获取；Ts为建设区日平均晴朗日照时数，单位h，通过建设区气象资料获得，若缺少资料时，取6小时，即晴天1天中太阳能电池板有效工作按6小时计；太阳能电池板的工作效率，单位％，为太阳能电池板型号的参数。
步骤四、灌溉：进入扬水储水灌溉装置5中的水，根据需要在任意时段通过承压灌溉管6送至石漠化坡面任一地段，进行坡面农业生产或生态修复灌溉。当进扬水储水箱51的水量超过水箱储存量时，多余水量通过扬水储水箱溢洪管52排出；当扬水储水箱51中泥沙超过设定阈值时，通过打开扬水储水箱排沙管阀门58排出，扬水储水箱门57用于清理泥沙和检修。扬水储水箱出水管与承压灌溉水管相连接，通过打开扬水储水箱出水管阀门，完成农业生产或生态修复灌溉。
扬水储水箱51的体积通过以下公式进行计算：
W＝w×1.2 (8)
式中：w为扬水储水箱的最大储水水量，单位m3；QI为第I个自流蓄水箱的蓄水量，N为与扬水储水箱相连接的自流蓄水箱个数；PT为建设地区一年内中到大雨的天数，通过气象资料统计得出；W为扬水储水箱体积，单位m3。
扬水储水箱最大储水量的灌溉面积按下式计算：
式中：S为扬水储水箱水量的灌溉面积，单位hm2，w为扬水储水箱水量，单位m3，为建设地区不同农业用地或生态修复的灌溉定额，单位m3/hm2。通过石漠化坡面野外实验取得，也可以参照建设地区农业用水标准和生态修复用水标准。
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法，其特征在于：采用一种降水收集灌溉系统进行，所述降水收集灌溉系统包括溶沟集水池(1)、自流集水管(2)、集水扬水装置(3)、扬水管(4)、扬水储水灌溉装置(5)和承压灌溉管(6)；每个集水扬水装置(3)通过自流集水管(2)连接有两个以上的溶沟集水池(1)，集水扬水装置(3)的位置低于各个与之相连的溶沟集水池(1)；所述集水扬水装置(3)和所述扬水储水灌溉装置(5)之间通过所述扬水管(4)连接，所述扬水管(4)设置有单向阀，让水流单向流至扬水储水灌溉装置(5)；扬水储水灌溉装置(5)的位置高于集水扬水装置(3)及溶沟集水池(1)；扬水储水灌溉装置(5)的出水管与所述承压灌溉管(6)连接；所述溶沟集水池(1)包括裸露石芽(11)、与所述裸露石芽底部连接的堆积砾石溶沟(12)、设置在所述堆积砾石溶沟出口处的溶沟集水挡板(13)和贯穿所述溶沟集水挡板的溶沟集水出水管(14)；所述溶沟集水出水管(14)与所述自流集水管(2)的进水口相连接；所述集水扬水装置(3)设置有储水部分及与储水部分相连的沉沙部分，且采用太阳能电池板供电；
降水收集灌溉包括以下步骤：
步骤一、溶沟集水池降水收集：每次降水时沿裸露石芽(11)产生水流，水流自裸露石芽上部汇集下来，进入堆积砾石溶沟(12)，堆积砾石过滤掉水流中的泥沙，通过溶沟集水挡板(13)的阻挡流水逐渐汇集并通过溶沟集水出水管(14)进入自流集水管(2)中；
步骤二、自流汇集：自流集水管(2)将石漠化坡面设定地段的各个溶沟集水池(1)相连接，通过自流方式将每一个溶沟集水池(1)的水流汇集至位置更低的集水扬水装置(3)中；
步骤三、集水扬水：汇集的水流进入集水扬水装置(3)后进行进一步的沉沙后通过扬水管(4)将水扬至更高处的扬水储水灌溉装置(5)中；统计当地的天气资料数据，在降雨时进行集水，在降雨间隔晴天时进行扬水并通过太阳能电池板供电为扬水提供动力；
步骤四、灌溉：进入扬水储水灌溉装置(5)中的水，根据需要在任意时段通过承压灌溉管(6)送至石漠化坡面任一地段，进行坡面农业生产或生态修复灌溉。
所述集水扬水装置(3)包括：自流蓄水箱(33)和与其连通的沉沙池(39)；所述沉沙池(39)的一侧设置有沉沙池进水管(310)，沉沙池(39)的另一侧连通自流蓄水箱进水管(36)的进水口，自流蓄水箱进水管(36)的出水口与所述自流蓄水箱(33)的后壁面连接；自流蓄水箱(33)的前壁面的上部和下部分别设置有自流蓄水箱溢洪管(37)和自流蓄水箱排沙管(38)；所述自流蓄水箱排沙管(38)设置有自流蓄水箱排沙管阀门(313)；自流蓄水箱(33)的内部设置有相互连接的自流蓄水箱潜水泵(311)和自流蓄水箱水位阀(312)；自流蓄水箱(33)的外部还设置有蓄电池和逆变器组件(32)及与其连接的太阳能电池板(31)为自流蓄水箱潜水泵(311)供能；所述自流蓄水箱潜水泵(311)的出口连接有伸出自流蓄水箱以外的自流蓄水箱扬水出水管(35)；自流蓄水箱(33)的后壁还设置有自流蓄水箱门(34)；所述沉沙池进水管(310)的进水口与所述自流集水管(2)的出水口相连；自流蓄水箱扬水出水管(35)与扬水管(4)的进水口相连；
步骤三中，水流通过自流集水管(2)、沉沙池进水管(310)流入沉沙池(39)，在沉淀泥沙后，水流通过自流蓄水箱进水管(36)进入自流蓄水箱(33)；当进入自流蓄水箱(33)的水量超过水箱储存量时，多余水量由自流蓄水箱溢洪管(37)排出；当仍有泥沙进入自流蓄水箱(33)时，打开自流蓄水箱排沙管阀门(313)将泥沙排出；
所述扬水储水灌溉装置(5)包括扬水储水箱(51)，所述扬水储水箱(51)的外壁由上到下依次连接有扬水储水箱溢洪管(52)、扬水储水箱进水管(53)、扬水储水箱排沙管(55)和扬水储水箱出水管(56)，且扬水储水箱排沙管(55)设置有扬水储水箱排沙管阀门(58)，扬水储水箱出水管(56)设置有扬水储水箱出水管阀门(59)；扬水储水箱(51)的顶部设置有扬水储水箱门(57)；扬水储水箱进水管(53)与扬水管(4)的出水口相连；扬水储水箱出水管(56)与承压灌溉管(6)的进水口相连：
步骤四中：当进扬水储水箱(51)的水量超过水箱储存量时，多余水量通过扬水储水箱溢洪管(52)排出；当扬水储水箱(51)中泥沙超过设定阈值时，通过打开扬水储水箱排沙管阀门(58)排出。
2.根据权利要求1所述的石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法，其特征在于：自流蓄水箱的体积通过以下公式设计：
qi＝Si×P×W×0.001
VI＝QI×1.2
式中：qi为第i个溶沟集水池收集降水的最大量，单位m3；Si为第i个溶沟集水池的石芽面积，单位m2；P为建设地区的多年平均最大日降水量，单位mm；W为石芽溶沟产流系数；QI为第I个自流蓄水箱的蓄水量，单位m3；n为与自流蓄水箱相连的溶沟集水池个数；VI为第I个自流蓄水箱的体积，单位m3。
3.根据权利要求2所述的石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法，其特征在于：自流蓄水箱潜水泵的型号根据计算得出的扬程、流量确定：所述流量的计算公式如下：
式中：UI为扬水流量，单位m3/h；t为确定的扬水时间，单位h；
所述扬程的计算公式如下：
H＝h+l×0.1+ε
式中：H为扬水扬程，单位m；h为净扬程，单位m，即自流蓄水箱底至扬水储水灌溉装置的进水管的垂直高差；l为扬水水平输送距离，单位m，即自流蓄水箱至扬水储水灌溉装置的扬水管的水平距离；ε为损失扬程；
根据自流蓄水箱潜水泵的型号及扬水时间确定蓄电池和逆变器组件中的逆变器和蓄电池的型号；并根据逆变器和蓄电池的型号及当地的日照情况确定太阳能电池板配置。
4.根据权利要求1所述的石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法，其特征在于：扬水储水箱(51)的体积通过以下公式进行计算：
W＝w×1.2
式中：w为扬水储水箱的最大储水水量，单位m3；QI为第I个自流蓄水箱的蓄水量，N为与扬水储水箱相连接的自流蓄水箱个数；PT为建设地区一年内中到大雨的天数，通过气象资料统计得出；W为扬水储水箱体积，单位m3。
5.根据权利要求4所述的石漠化坡面石芽溶沟低碳降水收集灌溉方法，其特征在于：扬水储水箱最大储水量的灌溉面积按下式计算：
式中：S为扬水储水箱水量的灌溉面积，单位hm2，w为扬水储水箱水量，单位m3，为建设地区不同农业用地或生态修复的灌溉定额，单位m3/hm2。
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