专利名称：一种荒漠化地区的雨水收集利用方法
技术领域：
本发明涉及水利工程和环境工程领域，具体地说，是一种荒漠化地区的雨水收集利用方法。
背景技术：
我国西部地区具有丰富的草地资源，但近几十年来，由于长期干旱，加之农民超载放牧、盲目开荒，致使植被破坏严重，出现严重的退化和沙化现象，是目前我国荒漠化最为集中和严重的区域。由于缺水，该区域对地下水持续超采利用，导致其地下水位不断下降。有研究表明，在干旱、半干旱地区要维护其生态环境，地下水埋深需维持在2-4米，否则不能满足天然植物的正常用水。地下水位的下降进一步引起地表植被衰亡、土地沙化加快，土壤耕层变薄、肥力下降，造成农业生产条件恶化，对农牧业产生极大影响。如地处甘肃省庆阳市环县北部的甜水镇，土地沙化面积已达1713 km2.占全县总面积的18. 6%，涉及12个乡镇，240多个自然村，且以23. 3km2/a的速度延伸。由于该区域沙漠化严重，干旱少雨(年 降雨量不足350mm)，且又地处偏远，长期以来，当地群众只能通过人工修建水窖和混凝土集流面，集蓄天然降雨，满足日常生活的需要。由于长期干旱，没有水源供应农牧业，目前全县草场植被覆盖率仅为209^50%，产草量和载蓄能力弱。水资源短缺和土地沙漠化严重制约了当地经济、社会及环境的协调发展。对水资源进行合理有效地开发及利用，实现有效的防风治沙，改善人民的生活环境，提高群众生活质量迫在眉睫，在整个环县，乃至整个西北地区实施荒漠化治理也成为必然的发展趋势。目前我国荒漠化土地已占到国土面积的27. 4%，现有沙化土地174万平方公里，占国土面积的18%，因土地沙化每年造成的直接经济损失高达500多亿元，影响近4亿人的生产和生活，加强防沙治沙和生态建设工作是目前极为紧迫的任务。由于沙漠地区具有缺水、缺土、高温、干燥、风沙大等特点，生物(草坪、植被、微生物等)难以在该地区存活，因此传统沙漠治理采用的生物技术方法都收效甚微。目前，雨水收集结合植被种植是我国应对荒漠化最有效的治理方法之一。已有的雨水收集装置多用于城市地区，以饮用、园艺和家用为目的。这类装置主要侧重于雨水收集管道的构建，尽量避免将初期雨水引入雨水收集系统。收集的雨水也主要是用于水景、冲洗汽车和绿化喷灌等方面。对于沙漠化地区而言，由于高温、干燥，这类地区普遍具有降雨量小、蒸发量大的特点，因此，如何提高雨水的收集效率，减少收集雨水的蒸发和渗漏，是雨水收集系统好坏的关键。所以，防渗膜的选用对于整个系统的正常运作起着至关重要的作用。高密度聚乙烯(HDPE)防渗膜是以高密度聚乙烯为原材料，具有高机械强度、化学稳定性好、抗植物根系、防渗系数高、施工快速和总成本低等优异性能，并可以根据实际工程需要进行加工的特性和功能。相比传统的防渗材料(红粘土、混凝土现浇、水泥砂浆、塑料防渗膜等)，其在防渗效果上有着明显的优势。在缺水比较严重的甘肃等地区，防水渗漏、防水流失，是民生民存的重要工程。采用防渗膜技术修建雨水收集池进行雨水收集利用有着很好的生态、社会及经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、效果好的荒漠化地区的雨水收集利用方法。本发明提出的荒漠化地区的雨水收集利用方法，根据当地的自然地形设计进水沟渠和蓄水池，并选用HDPE膜作为蓄水、防渗的材料构建一种适用于荒漠化地区的雨水收集系统，利用该系统收集利用雨水。所述收集系统包括主进水沟渠I、缓冲池2、蓄水池3、沉淀池4、溢流池5、进水缓冲沟6、锚固沟7、绿化带8和水泵9，其中蓄水池3左右两侧设有进水缓冲沟6，蓄水池3池体内前端设有缓冲池2，末端设有沉淀池4，且沉淀池4位于蓄水池3内底部，远离缓冲池2位置，主进水沟渠I作为主要进水口，位于缓冲池2前端，锚固沟7环绕于蓄水池3四周，且位于进水缓冲沟6和缓冲池2外，溢流池5通锚固沟7 —侧，锚固沟7另一侧与绿化带8相连，水泵9位于沉淀池4内底部，主进水沟渠I和缓冲池2之间通有锚固沟7，具体步骤如下 (I).雨水收集系统的选址利用雨水冲刷所形成的沟渠作为雨水收集池的修建地。(2).雨水收集系统的构建
所述的进水沟渠是利用雨水冲刷的沟渠在雨水收集系统周边修建2-4条雨水缓冲沟渠，其中选择雨水径流最大的沟渠作为主进水沟渠I。所述进水沟渠将来源于山坡、公里等处形成的雨水径流引入雨水收集系统，并缓冲雨水对系统的冲刷力。(3).施工要求
(A)地基处理清扫铺设面，要求基体平整，土体坚实，不能凹凸不平，裂纹等，不能有尖锐物，石块、铁丝或木棒等，防渗范围内的草皮，树根要清除，对于杂草要喷洒灭草剂。(B)保温层的铺设在防渗膜下铺设保温材料，以削减和消除雨水收集池基土冻胀。(C)防渗膜的铺设在雨水收集池周边建锚固沟，将防渗膜置于锚固沟内，然后密实回填粘土，保证防渗膜与周边边界必须严密结合。铺设时，应注意一下几点a.防渗膜应沿一定方向铺设，同时不要拉得太紧，应留有一定伸缩量，以适应基体变形；b.要调整好每个单元走向，以便于两个单元的焊接；c.纵向接头应距离坝脚、弯脚处I. 50m以上，应设在平面上；d.防渗膜焊接前应调整好接缝处两幅边单膜，使之搭接一定的宽度，搭接宽度一般为6-8 cm且平整，无折皱防渗膜铺设后，要用砂袋压住，以防风沙影响下一步边缘的焊接。所述的防渗膜为黑色的HDPE防渗膜，能保证较高的地温，且具有优异的防渗性倉泛。(4)防渗膜的焊接；一般采用热焊接方法，应由专业人员进行焊接，长距离焊接使用热楔式自动爬行塑料焊接机(LEISTER C0MET)，局部的点、面焊接使用挤出式焊枪，边缘接缝处要求不能有油污、水分，尘土等，以防影响焊接接口的严密性。本发明中，所述保温材料为聚氯乙烯泡沫塑料板或高分子保温卷材等。本发明中，所述缓冲池2其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1_3米，坡度为2-3。。本发明中，所述的蓄水池3长、宽分别为100-180米和8-15米，深度为7-12米，坡度2. 8-3. 2°，用高密度聚乙烯防渗膜(HDPE)铺设而成，用于收集雨水的储存。
本发明中，所述沉淀池4长、宽分别为3-6米和2-4米，深度为1_3米。本发明中，所述锚固沟7宽度为0. 5-0. 8米，深度为0. 4-0. 8米，由下至上分别用黄土基质和水泥覆盖从蓄水池延伸至锚固沟内的HDPE膜，用以固定防渗膜。本发明中，所述绿化带8种植侧柏、新疆杨或苜蓿草等乡土植物，植物的种植间距为2_4米*1_3米。本发明中，所述溢流池5长、宽分别为5-10米和2-4米，深度为0. 5-1. 0米，坡度为 2. 8-3. 2。。与传统的雨水收集系统相比，本发明系统具有以下优点(1)选用高密度聚乙烯防渗膜(HDPE)作为蓄水池的防渗膜，具有高机械强度、化学稳定性好、抗植物根系、防渗系数高、施工快速和总成本低等优异性能；(2)所设计的雨水收集系统可用于不同大小规模的雨水收集，特别适用于荒漠化地区；(3)系统的构建根据自然条件，减少了施工量，同时 选用HDPE防渗膜，有效降低建设成本。
图I为本发明结构示意图。图2为A-A剖面图。图3为B-B剖面图。图4为实施例I改建前后的图示，其中:(K)为改建前，⑶为改建后。图5为实施例2改建前后的图示,其中-M)为改建前，⑶为改建后。图中标号1为主进水沟渠,2为缓冲池,3为蓄水池,4为沉淀池,5为溢流池,6为进水缓冲沟，7为锚固沟，8为绿化带，9为水泵。
具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本发明。实施例I
将上述系统用于某地修建的雨水收集系统，容量为7000m3，系统结构如图I-图3所示，缓冲池2与主进水沟渠I相连，其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度约
2.5°，用以缓冲雨水进入缓冲池底部后对池壁的冲刷；侧面进水缓冲沟6位于蓄水池3两侦牝与主进水沟渠I相连，其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度约2. 5° ;蓄水池3与缓冲池2以及侧面进水缓冲沟6相连，位于缓冲池2下方，其长、宽分别为100米和8-10米，深度为7-12米，坡度约3°，用高密度聚乙烯防渗膜(HDPE)铺设而成，用于收集雨水的储存；沉淀池4位于蓄水池底部远离缓冲池方向，其长、宽分别为3-6米和2-4米，深度为1-3米，用于沉淀雨水中的泥沙，淤积的泥沙需定时清除；锚固沟7环绕于蓄水池3，位于缓冲池2和侧面进水沟渠6外侧，宽度为0. 5-0. 8米，深度为0. 4-0. 8米，由下至上分别用黄土基质和水泥覆盖从蓄水池延伸至锚固沟内的HDPE膜，用以固定防渗膜；绿化带8与锚固沟7相接，种植侧柏、新疆杨、国槐、柠条、紫花苜蓿草等耐旱植物，树的种植间距为2-4米*1-3米，可有效减少收集雨水的蒸发，并改善周边的自然生态环境；溢流池4与蓄水池3相连，位于蓄水池3下方(根据主雨水径流的流向而定)，其长、宽分别为5-10米和2-4米，深度为0. 5-1. 0米，坡度约3°，可有效避免收集雨水过量后引起的水土流失；水泵9装于沉淀池4底，用于将收集的雨水送到输水管道，作为农用水或处理后作为生活用水使用。(I).雨水收集系统的选址利用雨水冲刷所形成的沟渠作为雨水收集池的修建地。(2).雨水收集系统的构建
所述的进水沟渠是利用雨水冲刷的沟渠在雨水收集系统周边修建2-4条雨水缓冲沟渠，其中选择雨水径流最大的沟渠作为主进水沟渠I。所述进水沟渠将来源于山坡、公里等处形成的雨水径流引入雨水收集系统，并缓冲雨水对系统的冲刷力。3.施工要求
(I)地基处理清扫铺设面，要求基体平整，土体坚实，不能凹凸不平，裂纹等，不能有尖锐物，石块、铁丝、木棒等，防渗范围内的草皮，树根要清除，对于杂草要喷洒灭草剂。
(2)保温层的铺设在防渗膜下铺设保温材料，以削减和消除雨水收集池基土冻胀。所述的保温材料包括聚氯乙烯泡沫塑料板、高分子保温卷材等。(3)防渗膜的铺设在雨水收集池周边开挖深为600mm、宽为400mm左右的锚固槽，将防渗膜置于槽内，然后密实回填粘土，保证防渗膜与周边边界必须严密结合。
铺设时，应注意一下几点a.防渗膜应沿一定方向铺设，同时不要拉得太紧，应留有一定伸缩量，以适应基体变形；b.要调整好每个单元走向，以便于两个单元的焊接；c.纵向接头应距离坝脚、弯脚处I. 50m以上，应设在平面上；d.防渗膜焊接前应调整好接缝处两幅边单膜，使之搭接一定的宽度，搭接宽度一般为6-8 cm且平整，无折皱防渗膜铺设后，要用砂袋压住，以防风沙影响下一步边缘的焊接。所述的防渗膜为黑色的HDPE防渗膜，能保证较高的地温，且具有优异的防渗性倉泛。(4)防渗膜的焊接；一般采用热焊接方法，应由专业人员进行焊接，长距离焊接使用热楔式自动爬行塑料焊接机(LEISTER C0MET)，局部的点、面焊接使用挤出式焊枪，边缘接缝处要求不能有油污、水分，尘土等，以防影响焊接接口的严密性。与当地用传统方法构建的砖砂石雨水收集系统相比，本发明构建的铺设高强度聚乙烯(HDPE)防渗膜的雨水收集系统，建造费用仅为传统雨水收集系统的40% (表1)，造价较低。可见，利用本发明方法构建的雨水收集系统具有防渗漏、低成本等优点，能在荒漠化地区有效收集雨水。收集到的雨水可用于农业生产或处理后用于生活用水，同时雨水收集系统的构建能起到涵养水源、调节局部气候的生态功能，而系统周边构建的绿化带能进一步起到防风固沙、改善周边的植被环境的作用(图2)。表I本发明与传统雨水收集系统的建造成本比较本发明的雨水收集系统传统的雨水收集系统
高强度聚乙烯砖沙石的价格
IOm* 10m*35*2810m*10ra*35*70
的价格(含运费一一(含运费及施一一
元=98000元元=245000元
及施工人工费工人工费)
98000元245000元
不可预计费用一不可预计费用一
*S%^4900元*S%=12250元
合计102卯0元合计257250元
实施例2
将上述系统用于某地修建的雨水收集系统，容量为21000m3，系统结构如图I所示，缓冲池2与主进水沟渠I相连，其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度约2. 5°，用以缓冲雨水进入缓冲池底部后对池壁的冲刷；侧面进水缓冲沟6位于蓄水池3两侧，与主进水沟渠I相连，其长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度约2. 5° ;蓄水池3与缓冲池2以及侧面进水缓冲沟6相连，位于缓冲池2下方，其长、宽分别为180米和10-15米，深度为7-12米，坡度约3°，用高密度聚乙烯防渗膜(HDPE)铺设而成，用于收集雨水的储存；沉淀池4位于蓄水池底部远离缓冲池方向，其长、宽分别为3-6米和2-4米，深度为1-3米，用于沉淀雨水中的泥沙，淤积的泥沙需定时清除；锚固沟7环绕于蓄水池3，位于缓冲池2和侧面进水沟渠6外侧，宽度为0. 5-0. 8米，深度为0. 4-0. 8米，由下至上分别用黄土基质和水泥覆盖从蓄水池延伸至锚固沟内的HDPE膜，用以固定防渗膜；绿化带8与锚固沟7相接，种植侧柏、新疆杨、国槐、柠条、紫花苜蓿草等耐旱植物，树的种植间距为2-4米*1-3米，可有效减少收集雨水的蒸发，并改善周边的自然生态环境；溢流池5与蓄水池3相连，位于蓄水池3下方(根据主雨水径流的流向而定)，其长、宽分别为5-10米和2-4米，深度为0. 5-1. 0米，坡度约3°，可有效避免收集雨水过量后引起的水土流失；水泵9装于沉淀池4底，用于将收集的雨水送到输水管道，作为农用水或处理后作为生活用水使用。与当地用传统方法构建的砖砂石雨水收集系统相比，本发明构建的铺设高强度聚乙烯(HDPE)防渗膜的雨水收集系统，材料费仅为传统雨水收集系统的40% (表2)，造价较低。可见，利用本发明方法构建的雨水收集系统具有防渗漏、低成本等优点，能在荒漠化地区有效收集雨水。收集到的雨水可用于农业生产或处理后用于生活用水，同时雨水收集系统的构建能起到涵养水源、调节局部气候的生态功能，而系统周边构建的绿化带能进一步起到防风固沙、改善周边的植被环境的作用(图3)。表2本发明与传统雨水收集系统的建造成本比较
权利要求
1.一种荒漠化地区的雨水收集利用方法，其特征在于根据当地的自然地形设计进水沟渠和蓄水池，并选用防渗膜作为蓄水、防渗的材料构建一种适用于荒漠化地区的雨水收集系统，利用该系统收集利用雨水；所述收集系统包括主进水沟渠(I)、缓冲池(2)、蓄水池(3)、沉淀池(4)、溢流池(5)、进水缓冲沟￠)、锚固沟(7)、绿化带(8)和水泵(9)，其中蓄水池(3)左右两侧设有进水缓冲沟￠)，蓄水池(3)池体内前端设有缓冲池(2)，末端设有沉淀池(4)，且沉淀池⑷位于蓄水池(3)内底部，远离缓冲池⑵位置；主进水沟渠(I)作为主要进水口，位于缓冲池(2)前端，锚固沟(7)环绕于蓄水池(3)四周，且位于进水缓冲沟(6)和缓冲池⑵外，溢流池(5)通锚固沟(7) —侧，锚固沟(7)另一侧与绿化带⑶相连，水泵(9)位于沉淀池⑷内底部，主进水沟渠⑴和缓冲池⑵之间通有锚固沟(7)，具体步骤如下 (1).雨水收集系统的选址利用雨水冲刷所形成的沟渠作为雨水收集池的修建地； (2).雨水收集系统的构建 所述进水沟渠是利用雨水冲刷的沟渠在雨水收集系统周边修建2-4条雨水缓冲沟渠，其中选择雨水径流最大的沟渠作为主进水沟渠(I);所述进水沟渠将来源于山坡、公里等处形成的雨水径流引入雨水收集系统，并缓冲雨水对雨水收集系统的冲刷力； (3).施工要求 (A)地基处理清扫铺设面，要求基体平整，土体坚实，无尖锐物，石块、铁丝或木棒，防渗范围内的草皮，树根要清除，对于杂草要喷洒灭草剂； (B)保温层的铺设在防渗膜下铺设保温材料，以削减和消除雨水收集池基土冻胀； (C)防渗膜的铺设在雨水收集池周边建锚固沟，将防渗膜置于锚固沟内，然后密实回填粘土，保证防渗膜与周边边界严密结合； 铺设时，a.防渗膜应沿一定方向铺设，不要拉得太紧，留有一定伸缩量，以适应基体变形；b.要调整好每个单元走向，以便于两个单元的焊接；c.纵向接头应距离坝脚、弯脚处I. 50m以上，应设在平面上；d.防渗膜焊接前应调整好接缝处两幅边单膜，使之搭接一定的宽度，搭接宽度一般为6-8 cm且平整，无折皱防渗膜铺设后，要用砂袋压住，以防风沙影响下一步边缘的焊接； 所述的防渗膜为HDPE防渗膜； (4)防渗膜的焊接；采用热焊接方法，对于长距离焊接使用热楔式自动爬行塑料焊接机，局部的点、面焊接使用挤出式焊枪，边缘接缝处要求不能有油污、水分或尘土，以防影响焊接接口的严密性。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述保温材料为聚氯乙烯泡沫塑料板或高分子保温卷材。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述缓冲池(2)的长、宽分别为3-5米和2-4米，深度为1-3米，坡度为2-3°。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述的蓄水池(3)长、宽分别为100-180米和8-15米，深度为7-12米，坡度2. 8-3. 2。，用高密度聚乙烯防渗膜铺设而成。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述沉淀池(4)长、宽分别为3-6米和2-4米，深度为1-3米。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述锚固沟(7)宽度为0.5-0.8米，深度为0. 4-0. 8米，由下至上分别用黄土基质和水泥覆盖从蓄水池延伸至锚固沟内的HDPE膜，用以固定防渗膜。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述绿化带(8)种植侧柏、新疆杨或苜蓿草中任一种，植物的种植间距为2_4米*1_3米。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述溢流池(5)长、宽分别为5-10米和2-4米，深度为0.5-1. 0米，坡度为2. 8-3. 2°。
全文摘要
本发明涉及一种荒漠化地区雨水收集利用的方法。根据当地的自然地形设计进水沟渠和蓄水池，并选用HDPE膜作为蓄水、防渗的材料构建一种适用于荒漠化地区的大型雨水收集系统(包括进水沟渠、缓冲池、蓄水池、沉淀池、溢流池、水泵、锚固沟和绿化带)，利用该系统收集利用雨水。该方法的建设成本低、适合于荒漠化地区大规模的雨水收集。此外，该方法还具有改善系统周边生态环境的作用。
文档编号E02B3/16GK102747757SQ20121019945
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者周轶慧, 张增胜, 李飞鹏, 赵建夫, 陈玲 申请人:同济大学