灌溉需水量分析

1、2021/2/71 二二. 雨水资源及其利用雨水资源及其利用 1、雨水资源、雨水资源 我国的多年平均降雨量约为我国的多年平均降雨量约为6.19万亿万亿m3 对其开发利用对其开发利用,是增加可用水资源量的重要措施是增加可用水资源量的重要措施 降雨量降雨量10mm,1m2收集收集10L 路面、屋顶可有效积水路面、屋顶可有效积水 2021/2/72 雨水资源管理理念变化雨水资源管理理念变化 1970s以前,城市雨水处理原则快速、高效的工程排水快速、高效的工程排水, 将雨水排除。扩大雨水管道和城市河道横断面、减少糙率 或开发分洪渠道等。 1970s后,雨水资源管理的理念 雨水蓄渗、缓排、利用雨水蓄渗、

2、缓排、利用 等等。使用法律、经济、技术等多种手段, 从水量和水质管理 两个角度, 通过工程以及非工程的多种措施实行生态排水, 使降水尽可能地进入自然水循环, 尽量减少进入城市排水系 统, 促进雨水的资源化利用, 减轻城市洪涝灾害、降低城市 污水处理负荷和建设费用, 维护城市水循环的生态平衡。 2021/2/73 2021/2/74 2021/2/75 2021/2/76 新加坡收集雨水于小水库新加坡收集雨水于小水库 2021/2/77 2. 降雨径流过程降雨径流过程 垂向垂向:降水、蒸发及土壤水分运动。降水、蒸发及土壤水分运动。 侧向侧向:包括坡面水流、壤中水流、地下水流及河槽水流。包括坡面水

3、流、壤中水流、地下水流及河槽水流。 降雨径流的形成过程包括从降水到水流汇集至流域出口断降雨径流的形成过程包括从降水到水流汇集至流域出口断 面的整个过程。一般要经过面的整个过程。一般要经过:流域蓄渗、流域产流流域蓄渗、流域产流和和河网汇河网汇 流三个过程流三个过程 2021/2/78 降雨开始后一段时间,除少量雨水落入河道而 直接形成径流, 大多数雨水降落在地表和植物 叶枝上并不立即产生径流,这部分雨水消耗于 植物截留、下渗、填洼和蒸发; 当流域中某一部位完成了流域蓄渗过程以后, 如果降雨还在继续,则会产生径流汇入河网。 径流来源于四种补给途径,它们是坡面漫流、 壤中流、浅层地下径流和深层地下径

4、流。 2021/2/79 降雨降雨 植物截流 填洼 下渗 土壤容蓄 坡面流 壤中流 浅层地下水流 深层地下水流 河岸调节 河槽调节 蓄 渗 过 程 产 流 过 程 河 网 汇 流 出 口 蒸 散 降雨径流过程概化图降雨径流过程概化图 2021/2/710 雨水资源利用的途径雨水资源利用的途径 跨流域分水岭截洪跨流域分水岭截洪 充分利用地形地貌条件,将水库流域外不适宜建库拦蓄的洪水, 实施工程措施加以拦截,引入水库。 加强水源涵养加强水源涵养,改善水环境改善水环境 通过水源涵养林建设等工程措施,提高水源的涵养量。 实施地下水补给实施地下水补给,增大地下水量增大地下水量 通过改善下垫面条件,将地表

5、雨水充分下渗集蓄。 分散水源的收集利用分散水源的收集利用 主要是对于分散的雨水加以滞蓄,或引流集中使用,或引入地 下补给地下水。 2021/2/711 雨水资源利用方式雨水资源利用方式 就地拦蓄入渗利用就地拦蓄入渗利用 水保工程技术水保工程技术:修筑水平梯田、水平沟、隔坡梯田、鱼鳞坑、丰产沟、 反坡梯田、集水面整地等工程技术, 使降雨就地拦蓄入渗。 年降雨量450500 mm 的半干旱地区, 其拦蓄功能与坡地相比: 水 平梯田35100 mm/ a, 隔坡梯田2565 mm/ a, 水平沟1557 mm/ a。 水保耕作技术水保耕作技术:带状间作技术、粮草等高带状轮作技术、等高耕作技术 、水平

6、沟耕作技术、沟垄耕作技术、入渗坑渗水孔耕作技术、蓄水聚肥 耕作技术等。 2021/2/712 覆盖抑制蒸发利用覆盖抑制蒸发利用 黑色覆盖技术黑色覆盖技术: :利用秸秆等植物残余或各种物质燃烧后的灰分或厩肥 直接覆盖土壤表面。黑色覆盖可减少蒸发1242 mm, 使播前土壤水分 增加27. 5 mm。 白色覆盖技术白色覆盖技术: :塑料薄膜覆盖。 绿色覆盖技术绿色覆盖技术:种植植物, 减少径流和抑制蒸发。减少土面蒸发量 30% 40%。 化学覆盖技术化学覆盖技术:胶乳、石蜡、沥青、石油等喷洒在地面上, 形成一种 连续性薄膜, 切断土壤毛细管, 阻止土壤水分通过。 砾石覆盖技术砾石覆盖技术 土壤覆盖

7、技术土壤覆盖技术 2021/2/713 雨水富集叠加利用技术雨水富集叠加利用技术 集流技术集流技术: :庭院、路面、荒坡、塑料大棚棚面集雨等。 塑料薄膜、混凝土、混合土、原土集水效率为59% , 58% , 13%, 9%。 贮水技术贮水技术: :小水库、塘坝、水窖等。水面上覆脂族醇等液态化学制剂, 轻质水泥、聚苯乙烯、橡胶和塑料等制成板来抑制蒸发。 雨水高效利用技术雨水高效利用技术: :输水方法、节水灌溉方式、节水灌溉制度及先 进的集水农业技术（保水剂、抗旱剂等）。 管道输水比土渠节水35%。 2021/2/714 国内概况国内概况 山区山区水塘水库蓄积雨水径流水塘水库蓄积雨水径流, 平原和

8、浅山丘陵平原和浅山丘陵地下蓄水设施。地下蓄水设施。 云南哀牢山区的元城,海拔1493米,年降水量虽不少,但因靠近山脊缺少 溪泉,县城内家家户户都用石砌屋顶做水池。在城区路面上每隔约300 米,设一道铁篦集水口,下面就是雨水池。 北京市在城市雨水资源化利用方面的研究起步较早北京市在城市雨水资源化利用方面的研究起步较早,提出了提出了 多种雨水利用方案多种雨水利用方案: 渗透管渗透渗透管渗透+排放排放:在地下埋透水管,四周填埋砾石,雨水贮存于管道 和砾石间隙,不断下渗。 中水利用中水利用+浅沟渗透浅沟渗透:中水主要是利用水质相对较好且容易收集的 屋面雨水,处理后作为绿化、喷洒道路等杂用水的补充水源。

9、 高花坛高花坛+低绿地低绿地+浅沟渗透浅沟渗透:这是一种逐级下渗的模式,下渗率高,工 程造价甚至比雨水直接排放还要节省10%20%。 2021/2/715 国外概况国外概况 在中东、南阿拉伯以及北非降水量极少的地区在中东、南阿拉伯以及北非降水量极少的地区,早在四早在四 千年之前就出现了雨水收集系统千年之前就出现了雨水收集系统; 德国城市雨水利用技术已经进入标准化、产业化阶段德国城市雨水利用技术已经进入标准化、产业化阶段, 并逐步向集成化、综合化方向发展并逐步向集成化、综合化方向发展; 日本的雨水利用技术处于世界领先水平。日本的雨水利用技术处于世界领先水平。上世纪80年代, 积极推行雨水贮留渗透

10、计划。在公园、庭院、停车场、运动场等 场所利用透水性柏油路、透水池、渗透管、渗透井等进行贮雨渗 透。如在降雨量69.3mm的地区,采用以上措施后,出流量由原来的 37.59mm降至5.48mm。 丹麦的城市地区主要通过屋顶收集雨水。丹麦的城市地区主要通过屋顶收集雨水。每年能从居民屋 顶收集645万m3雨水,相当于居民用水量的22%,占市政总饮用水产 量的7%。 2021/2/716 2021/2/717 2021/2/718 3. 集雨面积计算集雨面积计算 收集的水量收集的水量 需灌溉补充的水量需灌溉补充的水量 2021/2/719 径流系数径流系数是一定汇水面积地面径流量与降雨量的比值。 受

11、集雨面坡度、集雨面材料性质、降雨强度、降雨历时等,裸露地 面的干湿 2021/2/720 区域区域 面积面积 hm2 径流系数径流系数年降水量年降水量收集雨水收集雨水 万万m3 绿地 400.155853.51 水景 101.05855.85 建筑、道路等200.958510.53 总计19.89 北京高尔夫球场各区域年可收集雨水量北京高尔夫球场各区域年可收集雨水量 赵慧芳,苏德荣 （2008） 一个标准球场每天平均耗水2000-2500m3。 降雨充足地区每天需要灌溉水1200m3,干旱地区每天需要 4000m3。 2021/2/721 三三. 劣质水的回收与利用劣质水的回收与利用 1.劣质

12、水的来源与成分劣质水的来源与成分 水质达不到草坪灌溉水质标准的水。水质达不到草坪灌溉水质标准的水。 生活污水、工业废水、农业回归水、咸水或微咸水生活污水、工业废水、农业回归水、咸水或微咸水 污水成分分析污水成分分析:pH 、固体含量、生化需氧量、固体含量、生化需氧量(BOD5) 、 化学需氧量（化学需氧量（COD) 生化需氧量生化需氧量:水体中的有机物经微生物分解所消耗水中溶解水体中的有机物经微生物分解所消耗水中溶解 氧的总量。氧的总量。通常采用一定体积的水样在20条件下培养5天后,测 定水体中溶解氧消耗的毫克数。 化学需氧量化学需氧量: 氧化剂氧化水中有机污染物时所需的含氧量。 值越高,表示

13、水污染越严重。 2021/2/722 城市每人每日排出的生活污水量为城市每人每日排出的生活污水量为150400L,量与量与 生活水平有关系。生活水平有关系。英国人150L,美国人950L。 生活污水中含有大量有机物生活污水中含有大量有机物;也常含有病原菌、病也常含有病原菌、病 毒和寄生虫卵毒和寄生虫卵;无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸 盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。 总的特点是含氮、含硫和含磷高总的特点是含氮、含硫和含磷高,在厌氧细菌作用下在厌氧细菌作用下, 易生恶臭物质。易生恶臭物质。 2021/2/723 目前全国污水排放量已达

14、目前全国污水排放量已达693亿亿m3,相当于黄河年径相当于黄河年径 流量的流量的1.5倍倍,预计预计2030年将超过年将超过850亿亿m3; 我国每年还有我国每年还有130亿立方米的微咸水资源可供利用。亿立方米的微咸水资源可供利用。 为了确保农业生产,各地都在自发或被动地利用劣质 水进行灌溉; 据据2004年统计年统计,全国仅污水灌溉面积已达全国仅污水灌溉面积已达361.8万公万公 顷顷,占有效灌溉面积的占有效灌溉面积的6.4%。 2021/2/724 2. 劣质水的处理劣质水的处理 污水污水 输送输送 混合输送系统混合输送系统 与雨水不分 传统的、不科学 分离输送系统分离输送系统 排污与排水

15、分开 市政污水处理首先采用格栅和沉砂等物理处理方法去市政污水处理首先采用格栅和沉砂等物理处理方法去 除污水中的悬浮物和大颗粒的砂石除污水中的悬浮物和大颗粒的砂石,进入沉淀池沉淀进入沉淀池沉淀,然然 后再经过缺氧、好氧的生物处理工艺降解废水中的后再经过缺氧、好氧的生物处理工艺降解废水中的 COD、氨氮和总磷等污染物。、氨氮和总磷等污染物。 2021/2/725 污水处理工艺污水处理工艺 a. 对于高浓度、酸性或碱性污水、高温废水等采用稀释、 中和、冷却等方法进行水质调节;悬浮物含量超标的污 水采用格栅、筛网、石英砂、帆布等进行过滤;含氰、 硫、酚等有毒物质废水, 采用漂白粉、液氯和臭氧等氧 化剂

16、处理并除臭、脱色、杀菌,降低COD 含量。 b. 建立生物氧化塘或污水库建立生物氧化塘或污水库。 c. 人工湿地处理人工湿地处理。 d. 膜过滤生活污水直接灌溉农田技术膜过滤生活污水直接灌溉农田技术。 e. 改进取水装置改进取水装置。即对渠道结构加以改进, 以适应污水灌 溉防污的要求。目前, 多采用底孔排污、侧向中孔引水、表层溢 污的结构。 f. 微生物处理微生物处理。 2021/2/726 2021/2/727 3. 劣质水的利用劣质水的利用 处理后的劣质水,依其处理程度,可用于地下水的回灌、绿地下水的回灌、绿 地灌溉、工业过程用水、娱乐水体等。地灌溉、工业过程用水、娱乐水体等。 通过实施灌

17、溉技术灌溉技术和灌溉制度达到对劣质水的高效安全利 用。如污水灌溉制度（避开关键生育期避开关键生育期）, 灌水方式（清、清、 污轮灌或混灌污轮灌或混灌）,作物品种选择作物品种选择（污水中有害物质在作物中 的富集程度呈根、茎、叶、籽粒果实递减规律, 因此食用 根、茎、叶的蔬菜和薯类等应杜绝污灌） 微咸水的灌溉技术微咸水的灌溉技术: 混灌混灌, 轮灌轮灌, 施改良剂等施改良剂等; 作物品种与栽培作物品种与栽培 管理。管理。 2021/2/728 不灌不灌 咸水灌溉咸水灌溉 碱水灌溉碱水灌溉 75mm: Pe = 0.8P -25 月总降雨量P 75mm: Pe = 0.6P -10 2021/2/752 北京地区六种草坪草的灌水需要量计算北京地区六种草坪草的灌水需要量计算 年降水量为644 mm,渗漏系数平均值为0.4, 忽略径流系数 可被利用的降雨量为386.4 mm. 草地早草地早 熟禾熟禾 高羊茅高羊茅多年