专利名称：一种雨水收集方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及水资源开发利用技术领域，尤其涉及一种雨水收集方法和设备。
背景技术：
受东亚季风与海陆位置的影响，我国自东南向西北出现鲜明的大尺度水平干湿度气候分带，一般将年平均降水量在250毫米以下的地区称为干旱区，年降水量在250到450 毫米(或500毫米)的地区称为半干旱区。我国干旱、半干旱区面积占国土面积的52%，全球干旱半干旱区面积占陆地面积的41%以上。按照国际人口承载力标准，干旱区人口密度不应超过7人/km2，半干旱区人口密度不应超过20 257人/km2，而我国北方半干旱区人口密度已达70人/km2，干旱和半干旱过渡带有些地区甚至已达190人/km2。人口的增长带来对水、食物、燃料等基本生活资料的需求不断增长，人地矛盾日益突出，生态环境问题愈趋严重。因而，水资源的缺乏和人口密度较大是限制干旱半干旱区生态环境改善的核心问题。而干旱半干旱区可利用水资源数量极为有限，具有大规模开发价值的河流数量很少，且由于气候干旱和疏松的地质条件所限，强烈的蒸发和渗漏都为以水库为主的大型水利工程建设带来难以克服的困难。降水是干旱半干旱区仅有的水分补充机会，在不采取任何措施的情形下，干旱半干旱区的雨水在到达地面以后会很快蒸发消散到大气中，无法直接为人所用。因而开发操作简单，投资费用低，供水适应性强且水质好的雨水集流技术是有效缓解干旱半干旱区人畜饮水、粮食和薪材生产需水矛盾的有效手段。雨水的收集利用自青铜时代开始，至今已有四千多年的历史。到二十世纪五十年代以前，雨水收集利用技术发展缓慢，但到二十世纪五、六十年代以后，随着二战的结束和世界经济的复苏，以及全球旱灾频率的加快和人口增长，雨水的收集利用重新受到人们的重视，从多方面探讨雨水集流的可行性技术与方法，并取得了显著成绩。由于干旱半干旱区面积广阔，各地的降水特征、地表组成(下垫面状况)以及缺水程度的差异，因此适宜于当地的雨水集流措施也有很大差异。
发明内容
本发明的目的在于提出适宜于我国干旱半干旱区过渡带的一种雨水收集方法和设备，价格便宜、耗费人力物力较少，且操作简单可行。为达此目的，本发明采用以下技术方案一种雨水收集方法，包括以下步骤A、在干旱半干旱区过渡带坡度为10度到15度的自然坡面上，制成坡长5米、宽60 米的粘土夯实集水面；B、在粘土夯实集水面四周砌成高15厘米、宽20厘米的水泥砖围墙，用以减少侧向径流；C、在粘土夯实集水面下方边缘用3根以12米为间隔的前端带滤网的水管连接粘土夯实集水面下方的有盖沉砂池；D、用前端带滤网和浮筒的水管将雨水从有盖沉砂池接入到旁边的有盖水窖中。步骤A中，采用干旱半干旱区过渡带的红粘土、细棉砂和黄土，以1比1比1的比例充分混合并拌勻，铺洒在坡度为10度到15度的自然坡面上，洒水并夯实，制成粘土夯实集水面。需修建3个粘土夯实集水面、2个有盖沉砂池和2个有盖水窖时，其中2个粘土夯实集水面按照1个粘土夯实集水面对应1个有盖沉砂池和1个有盖水窖配置，第3个粘土夯实集水面则在下方边缘处以10米为间隔依次安装4根前端带滤网的水管，其中2根水管连接到第1个有盖沉砂池，另外2根水管连接到第2个有盖沉砂池。一种雨水收集设备，包括坡长5米、宽60米的粘土夯实集水面，高15厘米、宽 20厘米的水泥砖围墙，有盖沉砂池，有盖水窖，前端带滤网的水管和前端带滤网和浮筒的水管，其中粘土夯实集水面位于干旱半干旱区过渡带坡度为10度到15度的自然坡面上；水泥砖围墙位于粘土夯实集水面四周；3根以12米为间隔的前端带滤网的水管一端连接粘土夯实集水面下方边缘，一端连接粘土夯实集水面下方的有盖沉砂池；前端带滤网和浮筒的水管一端连接有盖沉砂池，一端连接有盖水窖。粘土夯实集水面的厚度为8厘米。前端带滤网的水管，其滤网以轻质防锈且无毒的合金材料制成，孔径0. 1毫米，嵌套在水管前端进水口 ；水管以无毒且耐用的塑料制成，直径3到7厘米，埋入地下100到150 厘米。前端带滤网和浮筒的水管，其滤网以轻质防锈且无毒的合金材料制成，孔径0. 1 毫米，嵌套在水管前端进水口 ；浮筒以防紫外线且无毒的塑料制成，浮筒为真空且成球体形，球体中心部分中空，嵌套在水管上靠近进水口处；水管以无毒且耐用的塑料制成，直径 3到7厘米，埋入地下100到150厘米。沉砂池为1米见方，沉砂池的内壁以混凝土浇筑而成，内壁厚度为4到8厘米，沉砂池的盖以木板或以秸秆装订。水窖容积为30立方米，形状为肚大颈小的花瓶形，水窖的内壁以混凝土浇筑而成，内壁厚度为4到8厘米，水窖的盖以木板或以秸秆装订。包括3个粘土夯实集水面、2个有盖沉砂池和2个有盖水窖，2个粘土夯实集水面按照1个粘土夯实集水面对应1个有盖沉砂池和1个有盖水窖配置，第3个粘土夯实集水面在下方边缘处以10米为间隔依次安装4根前端带滤网的水管，其中2根水管连接到第1 个有盖沉砂池，另外2根水管连接到第2个有盖沉砂池。采用了本发明的技术方案，针对内蒙古和黄土高原干旱半干旱区过渡带可用地表和地下水资源有限，同时受制于特有的气候和地质条件，不适宜建设以水库为主的大型水利工程而供需水矛盾突出的情形，利用人工粘土夯实面收集雨水，并将其贮存在水窖中以减少水分的无效蒸发，改变到达地表雨水的时间和空间分布，满足人畜饮水和农作物需水。
图1是本发明具体实施方式
中雨水收集设备的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。图1是本发明具体实施方式
中雨水收集设备的结构示意图。如图1所示，该雨水收集设备包括坡长5米、宽60米的粘土夯实集水面，高15厘米、宽20厘米的水泥砖围墙， 有盖沉砂池，有盖水窖，前端带滤网的水管和前端带滤网和浮筒的水管。其中粘土夯实集水面位于干旱半干旱区过渡带坡度为10度到15度的自然坡面上，水泥砖围墙位于粘土夯实集水面四周，3根以12米为间隔的前端带滤网的水管一端连接粘土夯实集水面下方边缘， 一端连接粘土夯实集水面下方的有盖沉砂池，前端带滤网和浮筒的水管一端连接有盖沉砂池，一端连接有盖水窖。粘土夯实集水面的厚度为8厘米。前端带滤网的水管的滤网以轻质防锈且无毒的合金材料制成，孔径0. 1毫米，嵌套在水管前端进水口 ；水管以无毒且耐用的塑料制成，直径3到7厘米，埋入地下100到150 厘米。前端带滤网和浮筒的水管，其滤网以轻质防锈且无毒的合金材料制成，孔径0. 1 毫米，嵌套在水管前端进水口 ；浮筒以防紫外线且无毒的塑料制成，浮筒为真空且成球体形，球体中心部分中空，嵌套在水管前端靠近进水口处，水管以无毒且耐用的塑料制成，直径3到7厘米，埋入地下100到150厘米。沉砂池为1米见方，沉砂池的内壁以混凝土浇筑而成，内壁厚度为4到8厘米，沉砂池的盖以木板或以秸秆装订。水窖容积为30立方米，形状为肚大颈小的花瓶形，水窖的内壁以混凝土浇筑而成，内壁厚度为4到8厘米，水窖的盖以木板或以秸秆装订。包括3个粘土夯实集水面、2个有盖沉砂池和2个有盖水窖，2个粘土夯实集水面按照1个粘土夯实集水面对应1个有盖沉砂池和1个有盖水窖配置，第3个粘土夯实集水面在下方边缘处以10米为间隔依次安装4根前端带滤网的水管，其中2根水管连接到第1 个有盖沉砂池，另外2根水管连接到第2个有盖沉砂池。下面描述雨水收集的过程首先，在干旱半干旱区过渡带坡度为10度到15度的自然坡面上，制成坡长5米、 宽60米的粘土夯实集水面。采用干旱半干旱区过渡带的红粘土、细棉砂和黄土，以1比1比 1的比例充分混合并拌勻，铺洒在坡度为10度到15度的自然坡面上，洒水并夯实，制成粘土夯实集水面。其原理是通过改变土表的机械组成，使其既具有粘土遇湿膨胀的胶体特性，同时又具有沙土减弱表面土壤颗粒干燥时收缩的性质，使其能够在土表形成一层致密的结皮层，减少水分入渗，提高集水效率。其次，在粘土夯实集水面四周砌成高15厘米、宽20厘米的水泥砖围墙，用以减少侧向径流。再次，在粘土夯实集水面下方边缘用3根以12米为间隔的前端带滤网的水管连接粘土夯实集水面下方的有盖沉砂池；最后，用前端带滤网和浮筒的水管将雨水从有盖沉砂池接入到旁边的有盖水窖中。粘土夯实集水面、沉砂池和水窖以水管连通，由粘土夯实集水面通向沉沙池的水管在距沉砂池下表面10厘米处进入沉砂池，由沉砂池进入水窖的水管自距沉砂池下表面 20厘米处出沉砂池，而在距水窖下表面10厘米处进入水窖。将连通沉砂池和水窖的水管前端依次安装滤网和中空的球体形浮筒，既保证水管不埋入泥沙中，又尽可能减少由沉砂池进入水窖的泥沙含量。此外，需定期清理沉砂池，以提高水质。目前，天气预报准确率不断提高，可依据天气预报，于雨前一天在集水面上提前洒水，提高集水面土壤含水量，降低集水面径流产流临界降雨量，以提高集水效率。在我国干旱半干旱区过渡带，一个五口之家的家庭至少需要建2个水窖，2个沉砂池，2-3个粘土夯实集水面。若建立2个粘土夯实集水面，则每个粘土夯实集水面对应一个沉砂池和一个水窖；若修建3个粘土夯实集水面、2个有盖沉砂池和2个有盖水窖时，其中2 个粘土夯实集水面按照1个粘土夯实集水面对应1个有盖沉砂池和1个有盖水窖配置，第 3个粘土夯实集水面则在下方边缘处以10米为间隔依次安装4根前端带滤网的水管，其中 2根水管连接到第1个有盖沉砂池，另外2根水管连接到第2个有盖沉砂池。由于采用了以上技术方案，使得本发明具体实施方式
具备了如下技术效果1、针对我国干旱半干旱区过渡带可用地表和地下水资源有限，同时受制于特有的气候和地质条件，不宜建设以水库为主的大型水利工程而供需水矛盾突出的情形，利用人工粘土夯实面收集雨水，并将其贮存在水窖中以减少水分的无效蒸发，改变到达地表雨水的时间和空间分布，满足人畜饮水和农作物需水。2、为检验集水效率和收集到的雨水质量，进行了野外自然降雨条件下的田间试验研究。在地形相近、地质条件类似的坡面上(坡度14度)修建3个粘土夯实集水面和3个未做任何处理措施的自然坡面集水面，集水面坡长5米、宽60米，粘土夯实集水面厚8厘米，每个集水面的四周用高15厘米、宽20厘米的水泥砖砌成不透水围墙以减少侧向径流， 实验时将所收集到的雨水未经过沉砂池而直接接入容积为200升的水桶中，每场降水事件后测量桶中径流量并对其进行水质检验。实验期间共有70场降水事件，降雨总量为474. 5 毫米，其中60%的降水事件次降水量小于5毫米，79%的降水事件30分钟雨强小于5毫米 /小时，这与干旱半干旱区过渡带降雨事件以小雨居多的事实一致。另一方面，从降雨总量来看，60%以上的降水量是由少有的几场次降水量在10毫米以上的降水事件提供的，主要发生在7 9月份，此时正值一年中东亚季风强盛期。2. 1集水效率高在以上70场降水事件中，在粘土夯实集水面上有40场降水事件产生径流，径流总量折算成水深为156. 6毫米，集水效率(平均径流产流率)为33% (单位面积集水面产流率=径流量/降雨量)；而作为对照的自然坡面上只有观次降水事件产生径流，径流总量折算成水深为41. 3毫米，因而集水效率为8.7%。在实验中，无论是自然坡面还是人工粘土夯实集水面，雨后产流量都随雨强和次降水量的增大而增大，其中粘土夯实集水面的产流量和降雨量的相关系数达到0. 950，自然坡面的产流量和降雨量的相关系数达到0. 720。2. 2临界产流降雨量较小在不受前期土壤含水量影响下(降雨事件前持续5天以上未降雨)，粘土夯实集水面的次降雨量和次径流量符合方程(1)R1 = -2. 367+0. SSlP1 = 0. 5817 (Pr4. 069) R = O. 9327 (1)式中为R1为次径流量(毫米)，P1为次降雨量(毫米)，R为相关系数。则粘土夯实集水面在不受前期土壤含水量影响下的临界产流降雨量为4. 069毫米，而同样情形下自然坡面集水面的临界产流降雨量为8. 5毫米。在此，临界产流降雨量值实际上就是降雨过程中集水面上的水分入渗和降雨过程中的蒸发量之和。在受前期土壤含水量影响下(连续两天日降雨量均在IOmm以上，计算第二天的产流率)，粘土夯实集水面的次降雨量和次径流量符合方程O)R2 = -0. 882+0. 462P2 = 0. 462 (P2-L 909) R = O. 9526 (2)式中为&为次径流量(毫米)，P2为次降雨量(毫米)，R为相关系数。则粘土夯实集水面在受前期土壤含水量影响下的临界产流降雨量为1. 909毫米，代表在受前期土壤含水量影响下，降雨过程中集水面上的少量水分入渗和降雨过程中的蒸发量。在不受降雨前土壤含水量影响下(集水面保持干燥)，自然集水面在10分钟最大雨强大于7. 8毫米/小时时产流，而粘土夯实集水面在雨强大于6毫米/小时时即产流。本发明中所采用的粘土夯实集水面的入渗率很低，初始入渗率为0. 08毫米/分钟，稳定入渗率仅为0. 0043毫米/分钟。因而粘土夯实集水面不仅在高强度短历时的降雨事件中产流， 也能在在降雨量较大，历时较长的降雨事件中产流。2. 3材料费用低表1是不同实验集水面处理材料的集水效率，费用和300毫米降雨标准下的水价概算。表1不同集水区处理方式的产流率与费用
权利要求
1.一种雨水收集方法，其特征在于，包括以下步骤A、在干旱半干旱区过渡带坡度为10度到15度的自然坡面上，制成坡长5米、宽60米的粘土夯实集水面；B、在粘土夯实集水面四周砌成高15厘米、宽20厘米的水泥砖围墙，用以减少侧向径流；C、在粘土夯实集水面下方边缘用3根以12米为间隔的前端带滤网的水管连接粘土夯实集水面下方的有盖沉砂池；D、用前端带滤网和浮筒的水管将雨水从有盖沉砂池接入到旁边的有盖水窖中。
2.根据权利要求1所述的一种雨水收集方法，其特征在于，步骤A中，采用干旱半干旱区过渡带的红粘土、细棉砂和黄土，以1比1比1的比例充分混合并拌勻，铺洒在坡度为10 度到15度的自然坡面上，洒水并夯实，制成粘土夯实集水面。
3.根据权利要求1所述的一种雨水收集方法，其特征在于，修建3个粘土夯实集水面、 2个有盖沉砂池和2个有盖水窖时，其中2个粘土夯实集水面按照1个粘土夯实集水面对应 1个有盖沉砂池和1个有盖水窖配置，第3个粘土夯实集水面在下方边缘处以10米为间隔依次安装4根前端带滤网的水管，其中2根水管连接到第1个有盖沉砂池，另外2根水管连接到第2个有盖沉砂池。
4.一种雨水收集设备，其特征在于，包括坡长5米、宽60米的粘土夯实集水面，高15 厘米、宽20厘米的水泥砖围墙，有盖沉砂池，有盖水窖，前端带滤网的水管和前端带滤网和浮筒的水管，其中粘土夯实集水面位于干旱半干旱区过渡带坡度为10度到15度的自然坡面上；水泥砖围墙位于粘土夯实集水面四周；3根以12米为间隔的前端带滤网的水管一端连接粘土夯实集水面下方边缘，一端连接粘土夯实集水面下方的有盖沉砂池；前端带滤网和浮筒的水管一端连接有盖沉砂池，一端连接有盖水窖。
5.根据权利要求4所述的一种雨水收集设备，其特征在于，粘土夯实集水面的厚度为8 厘米。
6.根据权利要求4所述的一种雨水收集设备，其特征在于前端带滤网的水管，其滤网以轻质防锈且无毒的合金材料制成，孔径0. 1毫米，嵌套在水管前端进水口 ；水管以无毒且耐用的塑料制成，直径3到7厘米，埋入地下100到150厘米。
7.根据权利要求4所述的一种雨水收集设备，其特征在于前端带滤网和浮筒的水管， 其滤网以轻质防锈且无毒的合金材料制成，孔径0. 1毫米，嵌套在水管前端进水口 ；浮筒以防紫外线且无毒的塑料制成，浮筒为真空且成球体形，球体中心部分中空，嵌套在水管前段靠近进水口处；水管以无毒且耐用的塑料制成，直径3到7厘米，埋入地下100到150厘米。
8.根据权利要求4所述的一种雨水收集设备，其特征在于，沉砂池为1米见方，沉砂池的内壁以混凝土浇筑而成，内壁厚度为4到8厘米，沉砂池的盖以木板或以秸秆装订。
9.根据权利要求4所述的一种雨水收集设备，其特征在于，水窖容积为30立方米，形状为肚大颈小的花瓶形，水窖的内壁以混凝土浇筑而成，内壁厚度为4到8厘米，水窖的盖以木板或以秸秆装订。
10.根据权利要求4所述的一种雨水收集设备，其特征在于，包括3个粘土夯实集水面、 2个有盖沉砂池和2个有盖水窖，2个粘土夯实集水面按照1个粘土夯实集水面对应1个有盖沉砂池和1个有盖水窖配置，第3个粘土夯实集水面在下方边缘处以10米为间隔依次安装4根前端带滤网的水管，其中2根水管连接到第1个有盖沉砂池，另外2根水管连接到第 2个有盖沉砂池。
全文摘要
本发明公开了一种雨水收集方法和设备，在干旱半干旱区过渡带坡度为10度到15度的自然坡面上，制成坡长5米、宽60米的粘土夯实集水面；在粘土夯实集水面四周砌成高15厘米、宽20厘米的水泥砖围墙，用以减少侧向径流；在粘土夯实集水面下方边缘用3根以12米为间隔的前端带滤网的水管连接粘土夯实集水面下方的有盖沉砂池；用前端带滤网和浮筒的水管将雨水从有盖沉砂池接入到旁边的有盖水窖中。采用了本发明的技术方案，价格便宜、耗费人力物力较少，且操作简单可行。
文档编号E03B3/02GK102425209SQ20111030936
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者彭海英, 李小雁 申请人:北京师范大学