2004.06塑料大棚雨水高效利用技术(农村水利)

塑料大棚雨水高效利用技术（甘肃省水利科学研究院兰州 730000）金彦兆[摘要]：本文在拟定塑料大棚蔬菜种植结构模式的基础上，应用雨水综合利用技术，通过对不同种植模式蔬菜全生长期需水量的分析和塑料大棚可集水量的计算，提出了满足不同蔬菜种植模式下，实现塑料大棚水量自给的适宜天然降水量；运用水量平衡原理，通过对水量供需平衡的调节计算，分析了与之配套的蓄水工程复蓄指数，提出了塑料大棚的经济建造模式。

[关键词]：大棚雨水高效利用种植结构水量平衡供需调节随着农业生产领域应用技术的不断发展，农业产业化和集约化发展迅速。

日益短缺的水资源形势对农业领域水资源的高效利用提出了新的要求。

雨水高效利用技术已经成为目前旱作农业地区发展农业生产，特别是进行设施农业生产和实现农业产业化、集约化经营的主要途径。

在半干旱地区，以塑料大棚棚面集雨，棚内高效灌溉利用的水量自给模式，是一种新型实用和经济的雨水利用方式。

1 塑料大棚蔬菜种植模式塑料大棚设施农业包括蔬菜种植、菌类及珍稀物群养殖和高附加值农产品深加工等综合行业，但主要以蔬菜种植为主。

从近几年塑料大棚蔬菜种植结构及全生长过程来看，比较适宜并被普遍采用的种植季节为当年的2月中旬至次年的1月中、下旬。

目前在甘肃已经形成并被广泛应用的塑料大棚蔬菜的主要种植模式为辣椒+秋冬茬黄（番）瓜、早春西红柿+秋冬茬黄（番）瓜和早春黄（番）瓜+秋冬茬番（黄）瓜以及单茬黄瓜、辣椒等。

本文仅对应用最为普遍的6种组合模式（见表1）进行分析论述。

2 塑料大棚蔬菜种植面积及灌溉需水量2.1 塑料大棚结构及面积目前推广应用的塑料大棚结构种类繁多，大小、规格各不相同。

本项技术应用中，实际采用的塑料大棚为钢拱架支撑，塑料薄膜保温自动升降结构。

大棚占地长60m，宽8m，作物种植带长57m，宽7m，面积399m2（0.6亩）。

2.2 灌溉需水量为了取得良好的经济效益，塑料大棚蔬菜种植主要以反季节蔬菜为主，灌溉用水量根据蔬菜灌溉试验资料，结合拟定的种植模式组合和塑料大棚蔬菜种植特点计算确定。

在拟定的蔬菜种植结构模式下，单座塑料大棚蔬菜生长期年灌溉需水量x W 在126.0～153.6m 3之间，详见表1。

3 塑料大棚可集水量 3.1 降雨量等别及年内分布通过对半干旱地区降水量及分布规律的研究表明[1]，这些地区降水量的年内分布大多集中在6～9月，约占全年降水量的70%左右。

以甘肃省中东部地区降水量分布为例，汛期6～9月占71.5%～73.1%，枯水期当年10月～次年5月占26.9%～28.5%。

同时，具有越是干旱少雨的地区，降水量的年内分布越不均匀的特点。

不同代表区降水量（P=50%）年内分布见表2。

3.2 不同材料集流效率不同降水量地区，塑料薄膜年内平均集流效率可达75%～80%甚至更高。

单次降水量较大时，集流效率可达95%以上。

依据有关试验研究资料[2]，不同降水量地区不同材料集流效率见表3。

3.3 可集水量计算塑料大棚棚面以其良好的集流效果在雨水的汇集利用中发挥了重要作用。

塑料大棚集水量包括两部分，一是棚面本身的集水量，二是保温墙顶部混凝土衬砌部分的集水量。

其中，保温墙厚度2.0m ，有效集雨宽度按1.5m 计算。

总集水量可按公式（1）进行计算[3]。

）（h h s s s E S E S P W ⨯+⨯⨯=-310 （1） 式中 s W --塑料大棚可集水量，m 3；P --代表区平水年降水量，mm ；s S 、h S --塑料大棚棚面、混凝土衬砌部分的有效集水面积，m 2；s E 、h E --塑料薄膜、混凝土的集流效率，%。

计算结果见表4。

由于拟定模式塑料大棚最大灌溉需水量为153.6m 3，所以说，在降雨量400mm 及其以上地区，依靠棚面集雨就可确保棚内灌溉用水，而在降雨量不足400mm 的地区则要采取其它的补充措施。

表4 不同降水量地区塑料大棚集水量计算结果表3.4 补充集流面面积确定在塑料大棚集雨利用技术中，常常遇到的一个问题是，受降雨量大小、年内分布和蔬菜种植结构等多方面因素的制约，在降水量较小地区，单靠大棚棚面集雨往往难以满足棚内灌溉需水，所以不得不依靠其他集流面作为补充，以保证蔬菜全生长期对水量的需求。

实际应用中，主要采用混凝土硬化棚间空闲地和交通道路解决。

部分有条件的，也可采用沥青公路作为补充集流面来增加集水。

这种塑料棚面与空地硬化相结合的集流模式已成为半干旱山区成功解决大棚种植灌溉用水的新途径。

当需要补充集流面时，按50%供水保证率设计[4]，大棚集雨系统可供水量可按公式（2）计算。

b s g W W W += （2）b b b E S P W ⨯⨯=-310式中 g W --大棚集雨系统可供水量，m 3；b W --补充集流面可集水量，m 3；b S --补充集流面面积，m 2；b E --补充集流面集流效率，%；其他符号意义同前。

补充集流面面积可根据供需平衡原理（x W ＝g W ）试算求得。

不同降水量地区设计种植模式下，补充集流面面积计算结果见表5。

2.表中缺水量栏数值为负者，表示不缺水，也不需要补充集流面。

从表5可以看出，在300mm 降水量地区所有模式及350mm 地区模式一、二、六均需要补充集流面，在这种情况下，按照水量需求确定集流面大小；在400mm 降水量地区所有模式及350mm 地区模式三、四、五，集水量可满足灌溉需水量，不需要补充集流面。

5 水量平衡及调节计算 5.1 水量平衡分析为了实现高效用水和减少投资的目的，塑料大棚蔬菜种植在规划阶段必须通过供需水量平衡分析，通过计算确定补充集流面的大小。

当大棚棚面集水不能满足自给而需要修建补充集流面时，水量平衡分析以蔬菜生长过程供需水量相等为目标。

为此，我们可以得出如下两条结论：当降水量较小，需要补充集流面时，集流面的大小根据单座大棚的水量需求计算确定，水量平衡以需定供，整个供水系统灌溉需水量等于供水量，即x W ＝g W ，此时，供水系统不发生弃水；当降水量较大，不需要补充集流面时，棚面集水满足作物生长需水要求，灌溉需水量小于或等于供水量，即x W ≤g W ，此时，可能有弃水发生。

5.2 水量调节计算前已述及，虽然根据水量平衡原理，实现了蔬菜种植生长期水量的供需平衡，但由于天然降水在季节上的不均匀性，致使用水系统在具体的某一用水时段内水量供需并不相等。

为此，还需要通过一定的工程措施，对可供水量（有效集水量）进行调节，实现以丰补枯，达到高效利用。

为保证拟定模式作物生长期不缺水，水量调节计算选择某一时段作为水量供需平衡点进行计算。

根据水量平衡计算方法，供需平衡点一般在丰水期开始，本点的选择应满足整个供水过程不发生缺水。

然后，通过逐时段水量供需平衡（盈亏）计算，确定整个时段（全生长过程）的最大蓄存水量，以此作为选定蓄水设施容积的依据。

其中，供水量根据代表性地区多年平均降水量年内分配计算，需水量根据拟定的种植模式和作物生育阶段需水量分段计算确定。

通过水量调节计算可以看出，在300mm降水量条件下，由于按照水量供需平衡确定工程措施，为此，塑料大棚蔬菜全生长过程很少甚至没有弃水发生；而在400mm降水量地区，由于供水量全部由塑料大棚棚面集蓄供给，整个用水过程可能有弃水发生，最大达45.5m3。

不同降水量代表区塑料大棚蔬菜种植全生育期水量调节计算结果见表6、表7。

表6 300mm降雨量地区塑料大棚蔬菜种植模式水量平衡计算表单位：m3表7 400mm 降雨量地区塑料大棚蔬菜种植模式水量平衡计算表 单位：m35.3 蓄水工程容积确定与大棚集雨配套的蓄水工程总容积，根据系统年供水量和设计种植模式下作物需水量，通过调节计算确定。

蓄水工程的容积应在年调节的过程中，保证设计模式下的作物在生长期不缺水。

调节过程以年为调节计算单元，其中当年末的蓄水量应能满足来年除天然降水以外的蔬菜生长灌溉水量需求。

从水量调节计算过程可以看出，在降水量为300mm 的地区，不同种植模式的蓄水设施调蓄容积在53.8～65.6m 3之间，而在降水量400mm 的地区，调蓄容积相对较小，在44.8～62.0m 3之间，而且大部分种植模式连续2月出现弃水，个别模式甚至连续3月出现弃水。

选用的蓄水工程形式以埋藏式水泥砂浆抹面水窖为主，容积一般确定为15～30m ³，与之配套的蓄水工程容积大小见表8。

5.3 蓄水工程复蓄指数复蓄指数是指蓄水工程在年内的重复利用次数。

就塑料大棚集雨利用模式来说，蓄水工程的复蓄指数即年内总用水量与蓄水工程设计总容积的比值，可按公式（3）计算。

zy V W K (3)式中 K --复蓄指数；y W --总用水量，m 3；V--配套蓄水设施总容积，m3。

z塑料大棚集雨利用模式蓄水工程的复蓄指数见表8。

由前述计算可以看出，设计的六种塑料大棚蔬菜种植模式中，模式三、模式四所需的调蓄容积较小。

尤其是在降水量400mm地区，不仅蓄水设施配套容积较小，而且蓄水设施复蓄指数较大，工程的利用效率较高，是塑料大棚蔬菜种植的最为经济的种植模式。

6 结论随着雨水利用技术的不断发展，雨水作为潜在水资源自实现资源化利用以后，在水资源短缺地区，为解决人畜饮水、发展农业生产、恢复生态植被发挥了重要作用。

塑料大棚棚面集水、棚内利用种植模式的提出，为干旱缺水地区发展塑料大棚蔬菜生产提供了强有力的技术支持。

参考文献：[1]陈满祥等，甘肃水资源及其利用，甘肃水利水电技术，1989年。

[2]朱强等，甘肃省雨水集蓄利用技术，水利水电技术，1994年，第6期，6-11。

[3]朱强等，《雨水集蓄利用工程技术规范》，中国水利出版社，2001年。

[4]朱强等，《甘肃省雨水集蓄利用技术标准》，甘肃科学技术出版社，1996年。

作者简介：金彦兆（1963-- ），男，高级工程师，主要从事雨水利用及水资源规划与研究工作。

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