专利名称：：一种雨水收集处理方法
技术领域：
：本发明涉及一种雨水收集技术，具体是涉及一种用于解决干旱、半干旱和部分半湿润地区人畜饮水及作物需水的雨水收集处理方法。
背景技术：
：在干旱少雨、水资源短缺的地区，旱作农业的发展直接关系国民经济发展的全局。在长期的生产实践中，人民群众创造了许多发展旱作农业的经验和技术措施，如选择耐旱作物和品种、压沙保墒、深翻打碾土地等等，但这种方式起到的效果有限。为了有效解决农田用水，当前干旱和半干旱地区的农田灌溉多是偏向于引水工程和节水灌溉设施方面，然而引水工程浩大，花费成本较高，灌溉时还需要建设一定的灌溉工程。且严重依赖本地地表、地下水资源量和能够就近引入该地的客水资源量，同时农田引水工程设施和节水灌溉设施大多是一次性安装，安装以后不便于移动或者移动起来耗费的时间和工程量比较大。在地表水和地下水十分缺乏，经济条件较差，引水困难的干旱半干旱偏远山区，目前常用打水窖、修池坝等收集雨水的办法，解决人畜饮水困难，实施大田点种点浇，但这种收集雨水的方法，只有在雨量较大时才有实用价值，雨量较小时无法收集。在上个世纪90年代，地膜平铺穴播技术开始推广，通过地膜的保墒增温作用，提高了单位面积产量，增强了作物种植的适应性。但地膜寿命较短，需要年年起垄覆膜，对环境也有一定的影响。如何行之有效的将传统抗旱办法和现代科学技术有机结合，在成本较低的情况下，有效解决干旱和半干旱地区的作物需水和人畜用水是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容本发明人基于本领域多年的工作经验，经过无数次的实验及探索，终于成功研制本发明。本发明的目的是提供一种成本低、效果好的雨水收集处理方法。为达上述目的，本发明采用了以下技术方案—种雨水收集处理方法，采用垄沟相间的方式，垄为外表面光滑且防水的半弧形体，半弧形体的长40-70cm、宽40-70cm、高20-40cm，两垄之间为沟，沟内覆盖覆盖层，覆盖层的盖度为100%，沟里种植农作物。本发明还可通过以下技术方案进一步实现—种雨水收集处理方法，其中，在平坦地区，在300mm年降水量地区按沟垄比例为l:1的面积设置，400mm年降水量地区按沟垄比例为3:1的面积设置，500mm年降水量地区按沟垄比例为4:i的面积设置。—种雨水收集处理方法，其中，在山区坡地，坡面上每隔5m开挖一条宽为50-70cm的水平沟，在水平沟内每隔2-4m设置一垄，形成垄沟相间的方式。3—种雨水收集处理方法，其中，所述垄由土堆堆砌而成，其上覆盖塑料膜，喷洒土壤凝固剂或喷洒液体膜。—种雨水收集处理方法，其中，所述垄由3根以上的弧形杆及塑料膜共同组成，弧形杆平行设置，两端分别插入地下形成支架，塑料膜覆盖与弧形杆外部形成垄的外表面。—种雨水收集处理方法，其中，所述塑料膜为防紫外线塑料膜。—种雨水收集处理方法，其中，所述覆盖层为厚度大于0.08mm的塑料膜；覆盖厚度为3-5cm的秸秆；或者覆盖厚度为3-5cm的细沙、粗砂与砾石中的一种或两种以上的混合物。—种雨水收集处理方法，其中，所述覆盖层为混合比例为l:l的细沙与砾石的混合物；或者混合比例为1:1的粗砂与砾石混合物。由于采用了以上技术方案，使得本发明具备了如下技术效果1、本发明针对干旱半干旱地区地表水和地下水资源缺乏，在雨养条件下自然植被和农作物生长水分亏缺的状况，利用人工集雨技术，采用垄沟相间的方式改变达到地表雨水的空间分布，沟内种植农作物，并在沟内覆以塑料膜、秸秆以及粗砂砾石混合物等覆盖物，垄采用外表面光滑且防水的半弧形体，表面不吸水，雨水自垄上滑落到沟内，使降雨集中富集在作物根区，满足作物生长需水；还可采用常规的雨水收集装置将自垄上滑落的雨水收集起来用于其他生活(如人畜饮水)和生产用水。为了便于农作物种植或植被恢复时，沟内还可以覆盖塑料薄膜、秸秆、砾石和砂等，减少土壤蒸发。这样，垄上收集到的雨水能较长时间保存在"土壤库"中，提高植物有效水分利用量。从而可以将人工雨水集流技术与传统的土壤覆盖技术相结合，通过改变到达地表雨水的时空分布，使降雨集中富集在作物根区，提高降水资源的利用效率。2、为检验该发明对降水资源的利用效率，发明人进行了野外自然降雨条件下的田间试验研究，检验了该方法的集雨效率，并以玉米为显示作物检验了该方法结合农田覆盖技术的集水保墒作用。试验于1998-1999年在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所皋兰生态农业试验站进行。从1998年5月_9月该地区共降雨36次，总降雨量为257mm，其中8月份雨量占40%。从1999年1-10月，共降雨46次，总降雨量为344mm，其中7月份的降雨占总降雨的42%，6-9月份占74%。从1998-1999年的91次降雨量分布来看，<5mm的降雨次数占60.43%，<10mm的降雨次数占78.2%，而>10mm的降雨次数仅占21.8%，最大次降雨量为43mm。从降雨总量来看，60%的年降雨量来源于>10mm的降雨。平均雨强中，<5mm/h的占88%，<10mm/h占92%。在1998年垄的降雨径流观测试验中，共观测到降水36次，总降雨量为257mm。其中，在土垄(裸土)上仅观测到IO次径流，总径流量为17mm;而采用本方法进行集水，所有的降雨事件在膜垄上都产生径流，总径流量为224mm。以集水效率=(径流量/降雨量)X100%，可知采用本发明方法进行集水，集水效率占降雨量的87%，远远高于土垄的集水效率(6.7%)。通过对次降雨量与次径流量建立直线关系(参见图l所示)，可以确定本发明方法采用的垄沟相间方式的临界产流降雨量和产流后的集流效率。垄次径流量和次降雨量的关系为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中，R表示径流量，P表示降雨量，r表示相关系数。这表明理想状态下，垄膜能产生径流的最小降雨量为0.8mm，产流后的集水效率为98%。采用本发明方法结合在沟内进行覆盖处理(覆盖物为塑料膜、秸秆、粗砂、细沙与砾石的混合物等)和对照(裸地)的作物耗水量、水分利用效率用下式计算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中W1为作物耗水量(mm);WUE为水分利用效率(kg/m3);P是作物生育期直接降水量(mm);dT是集水效率^T^^是农田区间集水量；nl和n2分别是作物种植面积和集水面积；AW为作物播前和收获后测定的1.4m土层土壤贮水量变化(mm);Y为以沟陇总面积计算的产量(kg/hm2)。土壤贮水量采用(4)式计算W=hXpXb%X10(4)式中W为土壤贮水量(mm);h为土层深度(cm);p为土壤容重(g/cm3);b^为土壤水分百分数。表1是1998-1999年试验期间以本发明垄沟相间方式集雨结合沟内覆盖技术的玉米实验结果(每一个样本的面积为垄所覆盖的面积与玉米种植面积之和，各样本的面积相等)。其中塑料膜的厚度为0.08mm;砾石的粒径在4-llcm之间，铺设一层；粗砂粒径在0.7-4.5cm之间，细沙粒径小于0.7cm，粗砂或细沙的覆盖厚度均为2-3cm;秸秆的覆盖厚度为3-5cm;所有覆盖层的盖度即覆盖物在地面的投影均达到100%。表l1998-1999年垄沟相间集雨结合沟内覆盖玉米试验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>*表示试验的平均值，同一列相同字母表示在5%水平上不显著，不相同字母表示显著。从表1中可以看出，即使沟内不覆盖处理，玉米的穗粒重、穗粒数和千粒重都明显高于对照(旱平地)；当沟内有塑料膜、秸秆、砾石等覆盖物时，1998年玉米的产量比对照(旱平地)增加4010-5297kg/hm2(108%-143%)，比沟内没有覆盖时增产609_1867kg/hm2(16%-50%)。由于1999年降雨较多，增产幅度较小。水分利用效率基本都在2kg/m3以上，这是由于覆盖可以抑制棵间土壤蒸发进而促进蒸腾，提高水分利用效率。以玉米生长期为例，对沟内有塑料膜和秸秆、砾石等覆盖物的土壤贮水量与未覆盖处理的相比较(参见图2所示)在玉米的各生育期，垄沟相间结合覆盖处理0-140cm土壤贮水量比未覆盖处理高20-100mm，0-40cm的土壤贮水量比未覆盖处理高5-30mm。由此可见，本发明方法中垄的的集雨功能和沟内各种不同覆盖物的蓄水保墒功能都得到了良好的体现，尤其是在干旱年份效果更为显著。由上述数据可知，本发明方法能显著提高降水的利用效率，特别是小雨的利用率，本发明中的垄沟相间的垄能产生径流的最小降雨量为0.8mm，集水效率为87%，而自然土壤表面平均集水效率仅为7%;且结合覆盖层(即在作物种植区覆盖秸秆、砾石、塑料膜等有利于减少蒸发的装置或材料)，进一步提高了土壤贮水量，增加农作物的产量，有利于干旱半干旱地区退化土地的植被恢复。3、本发明采用弧形杆和塑料膜组成垄，轻便、便宜、实用，可随时拆卸和安装，耗用工程量小，并与覆盖层完美结合构成了一套完整的技术体系，就地利用降水作为农田灌溉水资源。在干旱半干旱地区具有较大的利用潜力，并能带来较好的自然、社会经济效益，既适用于地形相对较为平坦的地区，也适用于坡地、山地地区，不受地形和地表条件的限制。图1为本发明垄次径流量与次降雨量之间的关系；图2为1999年垄沟相间集雨结合沟内覆盖玉米种植对土壤贮水量的影响，图中T1:垄沟相间+沟内覆砾石，T2:垄沟相间+沟内覆粗砂，T3:垄沟相间+沟内覆细沙，T4:垄沟相间+沟内覆秸秆，15:垄沟相间+沟内覆膜，16:垄沟相间+沟不覆，17:土垄土沟T8:旱平地。具体实施例方式—种雨水收集处理方法，采用垄沟相间的方式，垄为外表面光滑且防水的半弧形体，半弧形体的长40-70cm、宽40-70cm、高20-40cm，垄用来收集天然降水并将降水集中在所种植作物的根区，两垄之间为沟，沟内覆盖覆盖层，覆盖层的盖度为100%，沟里种植农作物。在地形相对较平坦地区，在300mm年降水量地区按沟垄比例为1:1的面积设置，400mm年降水量地区按沟垄比例为3:1的面积设置，500mm年降水量地区按沟垄比例为4:l的面积设置。在山地地区，与开发梯田相似，在坡面上每隔5m开挖一条宽为50-70cm的水平沟，在水平沟内每隔2-4m设置一垄，形成垄沟相间的方式。沟内可以种植草本植物、灌木或其他树木，用于农作物生产或植被恢复。沟内覆盖层为厚度大于0.08mm的塑料膜；覆盖厚度为3-5cm的秸秆；或者覆盖细沙、粗砂与砾石中的一种或两种以上的混合物。最佳为混合比例为l:l混合比例为l:l的粗砂与砾石的混合物。其中细沙粒径小于0.7cm;粗砂粒径为0.7-4.5cm;砾石粒径为4-llcm。单一种铺设时，细沙或粗砂的铺设厚度为2-3cm，砾石铺设一层即可。砾石与细沙或粗砂混合后的铺设厚度为2-llcm。以减少农作物等的棵间土壤蒸发，使更多的水分用于植物蒸腾。本发明中的垄可采用两端带钻头的弧形杆及塑料薄膜组成，弧形杆最高处距离地面高度为200-400mm，每个装置用3根以上的弧形杆，每根弧形杆之间的距离为80-140mm。在弧形杆围成的半弧形上表面覆盖塑料膜，塑料膜的长、宽均为1100-1600mm。将塑料膜的四个边都有近100mm上覆泥土或卵石，起到牢固定位的作用。弧形杆起到支架的作用，塑料膜覆盖在有一定间隔的弧形杆上，这样在地表以上就形成了半弧形体，可接纳地表上方塑料膜覆盖范围内的降水，并使所接纳的降水沿着地上弧形体的塑料膜上表面下滑到半弧形体的两侧，从而使更多的雨水集中在作物根区。矩形塑料膜完全覆盖在塑料杆上方之后四边都有冗余，将冗余部分埋入土中，或用卵石压住，都可起到固定塑料膜的作用。塑料膜的寿命较长，最佳采用防紫外线塑料膜，其使用寿命达到8-9年。弧形杆构成的弧形结构可以由长40-70cm、宽40_70cm、高20_40cm土堆堆砌成的弧形体，或与其相近似的高度和宽度代替，只要形成垄状以扩大表面积即可，上覆塑料膜便可形成上述所说的垄，在塑料膜的四条边同样用泥土或卵石压住起到固定作用。如果垄是由土料堆砌而成的话，那么可以在垄上覆盖塑料膜，喷洒土壤凝固剂或者喷洒液体膜等能产生光滑表面的物质代替塑料膜，有利于降落在弧形体上表面的雨水快速下流至作物根区。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡7本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。权利要求一种雨水收集处理方法，其特征在于采用垄沟相间的方式，垄为外表面光滑且防水的半弧形体，半弧形体的长40-70cm、宽40-70cm、高20-40cm，两垄之间为沟，沟内覆盖覆盖层，覆盖层的盖度为100％，沟里种植农作物。2.根据权利要求1所述的雨水收集处理方法，其特征在于在平坦地区，在300mm年降水量地区按沟垄比例为1:1的面积设置，400mm年降水量地区按沟垄比例为3:i的面积设置，500mm年降水量地区按沟垄比例为4:i的面积设置。3.根据权利要求1所述的雨水收集处理方法，其特征在于在山区坡地，坡面上每隔5m开挖一条宽为50-70cm的水平沟，在水平沟内每隔2-4m设置一垄，形成垄沟相间的方式。4.根据权利要求1-3中任一所述的雨水收集处理方法，其特征在于所述垄由土堆堆砌而成，其上覆盖塑料膜，喷洒土壤凝固剂或喷洒液体膜。5.根据权利要求1-3中任一所述的雨水收集处理方法，其特征在于所述垄由3根以上的弧形杆及塑料膜共同组成，弧形杆平行设置，两端分别插入地下形成支架，塑料膜覆盖与弧形杆外部形成垄的外表面。6.根据权利要求5所述的雨水收集处理方法，其特征在于所述塑料膜为防紫外线塑料膜。7.根据权利要求1所述的雨水收集处理方法，其特征在于所述覆盖层为厚度大于0.08mm的塑料膜；覆盖厚度为3-5cm的秸秆；或者覆盖细沙、粗砂与砾石中的一种或两种以上的混合物。8.根据权利要求7所述的雨水收集处理方法，其特征在于所述覆盖层为混合比例为1:1的细沙与砾石的混合物；或者混合比例为1:1的粗砂与砾石的混合物。9.根据权利要求7或8所述的雨水收集处理方法，其特征在于所述细沙粒径小于0.7cm;粗砂粒径为0.7-4.5cm;所述砾石粒径为4-llcm。全文摘要本发明涉及一种雨水收集处理方法，采用垄沟相间的方式，垄为外表面光滑且防水的半弧形体，半弧形体的长40-70cm、宽40-70cm、高20-40cm，两垄之间为沟，沟内覆盖覆盖层，覆盖层的盖度为100％，沟里种植农作物。本发明方法改变了天然降水在到达地面以后的空间分布格局，将水分聚集在作物根区，且通过覆盖技术减少作物棵间土壤蒸发，提高作物的水分利用效率。本发明也可以收集雨水用于人畜用水，方法简单实用，集水效率高，不仅可以收集暴雨，也可以收集小雨，适宜大面积推广应用。文档编号E03B3/02GK101775823SQ201010102568公开日2010年7月14日申请日期2010年1月27日优先权日2010年1月27日发明者彭海英,李小雁,杨志鹏申请人:北京师范大学