针对农村坑塘蓄水利用的研究

第14卷01期南水北调与水利科技Vol.14No.012016年2月South2to2NorthWaterTransfersandWaterScience&TechnologyFeb.2016农村坑塘蓄水利用的研究孙宏勇,刘小京,闵雷雷、郭凯、齐永青、张喜英(中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心,石家庄050021)摘要:农村坑塘遍布于我国的广阔农村,其具有集蓄雨水、蓄洪除涝、灌溉抗旱和美化环境等多种功能。为了探索坑塘的发展及其对地区水资源、环境及农业生产的影响,通过文献查阅和实地考察,对坑塘蓄水利用的研究进展进行了综述。通过对坑塘的成因、坑塘水的来源、坑塘蓄水的效益和坑塘水利用的国内外研究进展等4个方面的阐述,分析得出坑塘蓄水蓄集利用是我国北方水资源缺乏地区的一种水资源高效利用模式。同时,探讨了坑塘水利用对于保障农业稳产丰产和促进水资源高效利用方面有较好的发展前景,并对坑塘水利用的研究方向提出了展望。关键词:坑塘;蓄水;水资源;效益分析;研究进展;研究方向中图分类号:TV213文献标识码:A文章编号:167221683(2016)00120017203StudyonwatercollectionandutilizationoffarmpondsSUNHong2yong,LIUXiao2jing,MINLei2lei,GUOKai,QIYong2qing,ZHANGXi2ying(KeyLaboratoryofAgriculturalWaterResources,CenterforAgriculturalResourcesResearch,InstituteofGeneticsandDevelopmentalBiology,ChineseAcademyofSciences,Shijiazhuang050021,China)Abstract:Farmpondshaddistributedintheruralareaandwhichhasthemulti2functionsofrainfallcollection,floodstorage,irrigationandagainstdrought,environmentalbeautificationandsoon.Inordertoexplorethedevelopmentandutilizationofthefarmpondsanditseffectsonagricul2turalproductionandagriculturalwaterresources,thisstudyreviewedthecauseofthepondsformation,sourcesofwaterintheponds,thebenefitanalysis,researchadvance.Basedonthestateofresearch,existingobstaclesandfuturedevelopmentwiththefarmpondsapplicationinagricul2turalproductionarediscussed.Keywords:pond;watercollection;waterresources;benefitanalysis;researchadvance;researchdirection水资源短缺已经成为世界性的问题,中国水资源短缺也溉,可以提高水资源利用率,确保水资源的可持续发展,并可已经引起各方面的注意。新世纪以来连续11个/中央一号以有效地缓解区域水资源的短缺矛盾。本文主要通过对坑文件0和中央水利工作会议,都把节水灌溉作为重大战略。塘水的成因,坑塘水源的由来、坑塘水利用的国内外进展及发展节水灌溉主要从开源和节流两个方面着手。近些年来,效益分析等方面阐述坑塘水开发利用的价值,同时针对坑塘一些农民已经开始利用农业节水灌溉技术减少农业灌溉用水未来利用和研究方向进行了阐述。水量[1]。同时,农民也充分利用当地的非常规水资源进行节1坑塘的成因水灌溉来保持农业生产。非常规水包括雨水、中水、再生水、坑塘水和海水等[2]。其中,中水和再生水是经过人为加工的坑塘水灌溉是农村雨洪利用工程的最主要的类型。坑水源,雨水和海水是自然形成的水源,而坑塘水是可以汇集塘最主要的特征是没有地面入水口,其是依靠天然地下水雨水或者中水等的综合水源。坑塘广泛分布于农村,其主要源、自然降雨或人工的方法引入,是一个相对封闭的生态系分布于一些灌区或河流流经地区以及地下水埋深较浅地区,统。坑塘主要分布于城镇和农村的边缘,它的成因主要与当坑塘具有集蓄雨水、蓄洪排涝等功能,因此成为主要的农业地的城镇建设和社会发展有着密切的关系。坑塘的成因主灌溉水源。要有3种类型,即废弃窑坑、废弃鱼塘、建设取土。所谓的坑塘,是指通过人工开挖或天然形成的具有蓄水(1)废弃窑坑。在过去几十年间,由于农村人口的增长功能(需水量一般小于10万m3)的小型水源地[324]。坑塘是和农村生活质量改善的需求,农村的房屋经历了由土木结农民可以进行灌溉利用的小型水库,它可以收集雨水、存储构、土木砖混结构到砖混结构的变化,其中砖的烧制起到了河道过水和保持其他水源。因此,充分利用坑塘水进行灌非常重要的作用。在这个过程中,砖的烧制过程中需要大量收稿日期:2015206217基金项目:中国科学院STS项目;渤海粮仓县域增粮技术集成与示范和河北省渤海粮仓研发项目/河北东部低平原区雨养旱作关键技术研究与示范0作者简介:孙宏勇(19742),男,河北冀州人,副研究员,博士,主要从事农田节水机理与技术方面研究。Email:hysun@sjziam.ac.cn水文水资源#17# 第14卷01期#南水北调与水利科技#2016年2月取土,而大量的取土形成了坑塘,特点是面积大、深度大、蓄业应急抗旱,提升农业生产能力。水量大、常年有水,具有较强的调蓄能力。(4)缓解区域水资源短缺矛盾。随着社会经济等的发(2)废弃鱼塘。在20世纪50年代到70年代,由于水资展,社会用水结构也发生了变化,进而使用水矛盾更加突出,源较为丰沛,在许多地区形成了鱼塘进行水产养殖。近年来坑塘水利用工程的建设,可以充分蓄集大量雨洪水资源,使由于水源不足,部分鱼塘废弃,形成了一些坑塘。其特点是得广大农村地区增加了可观的水资源,缓解用水矛盾。单个面积不大,但一般为多个连片,深度不大,一般为3m左3.2经济效益右,周边环境较好。(1)粮食稳产增产。通过坑塘对雨水、客水等水源的集(3)建设取土。在农村发展的过程中,农村的房屋和院蓄,利用已有的或农民自备的灌溉设施可以保证农业生产的落建设需要取土,这些土一则来自自家的土地,另一部分取灌溉,尤其是在一些地下水禁采区,坑塘水在水质达标的基自村落内撂荒荒地。同时,近些年来,由于省级公路、高速公础上进行灌溉能够明显的增加作物产量,进而保障作物的稳路、高速铁路等大规模交通工程的建设,需要大量的土地资产或促进粮食作物的增产。源。由于农村规划和土地资源的保护,这些建设需要集中取(2)发展养殖业。在一些水源较为丰沛的坑塘,通过整土,进而形成了坑塘。这些坑塘的特点是面积较大,深度较治,清淤,然后蓄集水质达到国家相关标准的水源,在这些坑深,一般分布在离村庄较远的地方。塘可以发展水产养殖和水生植物种植业,如养殖鱼、虾、蟹等经济水产动物,种植芦苇、藕等水生植物,进而提高经济效2坑塘水的来源益。沧州在东光县、盐山县、海兴县和黄骅市已经有先例可(1)雨洪资源的收集。我国由于受季风气候影响,降水以参考,东光县在1989年利用坑塘水面80hm2,年产鲜鱼在多数地区年内分配不均,多数地区主要集中在汛期的3个106t[5]。月(6月上旬至9月上旬),这个时期的降水量多数占到全年3.3生态效益降水量的70%以上。同时,这个时期的降水多为大雨或暴(1)改善生态环境、维护河湖健康生命。通过坑塘蓄水,雨,易形成地面径流,进而易于汇流收集,形成坑塘水源。增加了地表水资源,减少地下水开采量,回补地下水。同时,(2)地下水的渗补。在一些浅层地下水埋深较浅地区,可以明显增加湿地面积,增加生物多样性,进而使生态环境地下水的渗补是非常重要的一种方式。当坑塘的水被抽取得以改善。在汛期利用坑塘雨洪对附近河道进行调蓄,沟通用于灌溉后,其水位下降,下降的深度往往低于其他区域的河流水系,减轻下游河道排洪压力;在非汛期,对河流进行补地下水埋深水位,这样边缘地区的地下水会渗补过来,进而给,满足河道生态需水。补充坑塘水源。(2)美化人居环境。过去一些年来,由于缺乏长期规划,(3)人工回补。近些年来,一些水利灌溉设施和渠道的农村在建设中多为无定点取土,形成了村庄周围大坑小坑相建设为坑塘水提供了水源,被利用的坑塘多数分布于河流的连,不仅减少了耕地资源,还对村容村貌有所损害。通过坑周围,当坑塘的水源被抽取利用后,这些新建或修复的水利塘的整治,可以实现把一些现有的低洼地或废弃的坑塘、臭设施和整治的渠道为拦蓄客水进行坑塘蓄水提供了水源。水坑或垃圾坑等建设成为常年有水的洁净水面或郊外公园,美化人居环境。3坑塘蓄水的效益分析(3)淡化咸水。在沧州近滨海区域,存在丰富的浅层咸3.1社会效益水和微咸水,其在超过一定阈值后不能被利用,通过坑塘蓄(1)提升灌溉保障能力。在我国北方,由于降水年内分集雨水和外来客水可以显著淡化浅层地下咸水,这样可以被配不均和降水量较少的特点,农业生产主要依靠灌溉进行保用来进行灌溉或者发展养殖,淡水程度与坑塘蓄水量和相应障。同时,我国北方也是我国的小麦、玉米等主要粮食的生的灌溉量密切相关。产基地。因此,在我国北方地区灌溉保障能力是实现农业稳4国内外坑塘水利用现状产增产的重要保障。通过集蓄的坑塘水可以发展农业灌溉,提升农田的灌溉保障能力,进而提高农业生产的保障能力,坑塘水作为一种非常规水资源在过去许多年来已经引起到稳定农业生产的目的。起国内外学者和政府的重视。坑塘在过去许多年来已经被(2)降低洪涝灾害风险。在我国北方,70%以上的降水广泛应用于灌区,但是在近期由于愈来愈严重的水资源短缺主要集中在7月-9月份的汛期,同时在汛期多以暴雨形式和政府对水资源问题的重视程度愈来愈高,现在的重点主要集中在坑塘的规划建设方面[6]。出现,易形成洪涝灾害。坑塘具有一定的蓄水滞洪能力,其在汛期可以充分发挥作用,蓄集雨洪资源,这样可以大大减4.1国外利用现状少汛期洪涝灾害形成的可能,同时还增加了坑塘的雨洪集许多国家把雨水资源作为重要的水资源进行利用。澳蓄,为农业灌溉提供保障。大利亚、加拿大、瑞典、印度、巴西和墨西哥等国家采取修建(3)增加应急抗旱水源。在现有情况下,河流附近的坑小型水池、水仓、塘坝等工程,拦蓄雨水进行灌溉,取得了良塘和地下水埋深较浅区域的坑塘均有一定的蓄水。这些蓄好的效果[7210]。在这样的情况下,一些学者对坑塘的作用及水在非常干旱的年份或者作物生长的关键时期可以为农业功能进行了研究,指出坑塘具有降低洪涝灾害和回补地下水[11][12]应急抗旱提供丰富的备用水源,利用其进行灌溉,有助于农的功能,具有美化环境的生态功能。另外一些学者研#18#水文水资源 孙宏勇等#农村坑塘蓄水利用的研究究了坑塘合理的大小和相应的灌溉策略,并利用模型对作物然后确定针对不同区域、不同作物和不同坑塘的高效坑塘水产量、补充灌溉和经济效益等进行了分析[13]。还有一些学利用技术模式。者对坑塘水资源量进行了分析计算,MahalleandAdhau(4)坑塘整治工程的规范。农村坑塘分布较为广泛,各(2014)[14]研究了补水时期的蒸发量和渗漏量,其能增加地情况有所差别,坑塘利用程度也存在较大的差异。灌溉坑47%~55%的棉花产量。另外一部分学者对坑塘水的水质塘可以提供一连串的效益,是可持续的一种资产。同时,作变化及其滴灌应用于园艺作物方面进行了研究[15],为保障为灌溉用的坑塘,其投资建设的有效性主要是与灌溉的效益农业灌溉和区域的水环境等提供了依据。进行链接。因此,应该在调查分析的基础上,提出适应本区4.2国内利用现状域自然特点的农村坑塘整治思路,以较少的投入达到改善当地水环境和综合利用的效果。在坑塘建设的基础上,要完善为了解决西北干旱缺水地区的用水问题,20世纪80年坑塘建设与管理体制,建立群众监督机制和长效管理机制,代开始实施了许多雨水利用工程,甘肃省实行了/1210工程和集雨节灌工程、宁夏的水窖节灌工程等[16]。Mushtaqet保障坑塘的可持续利用。al.[6]对湖北漳河流域的坑塘进行了研究,按照坑塘的蓄水能参考文献:力把坑塘分为大型、中型和小型3种类型,蓄水能力大于10[1]MushtaqS,DaweD,LinH,etal.AnAssessmentoftheroleof000m3的为大型坑塘,在1000m3到10000m3之间的为中waterpondsintheadoptionofwater2savingirrigationpractices3型坑塘,小于1000m的为小型坑塘,分别对这些坑塘的合intheZhangheIrrigationSystem,China[J].Agriculturalwater适的规模和经济效益进行了评价,指出大型的坑塘会带来较management,2006,83:1002110.[17]高的经济收益。温庆可等对环渤海滨海湿地时空格局变[2]刘伟.非常规水资源利用基本问题的研究[D].天津大学,2004.化进行了研究,结果表明:人类活动驱动作用强于自然驱动,[3]赵连晨.农村坑塘建设浅议[J].农村水利,2013(10):25.用于建设水库坑塘是环渤海湿地变化的重要形式。近些年[4]周津春,周三省.强力推进农村坑塘建设[J].农村水利,2014(1):43246.来,在淡水资源缺乏较为严重的沧州区域对坑塘研究取得了[5]董延岑,马良德.沧州地区坑塘建设发展快速效益高[J].灌溉一定的进展[18],现在正在积极实施/十百千0工程,即建设十排水,1991,10(2):30232.2座水库,在重要流域范围建设百个6167hm坑塘,千个[6]MushtaqS,DaweD,HafeezM.Economicevaluationofsmall2hm2坑塘,实现井、河、渠、坑贯通,引、排、蓄、灌结合,水资multi2purposepondsintheZhangheirrigationsystem,China源优化配置利用的水网体系,实现新增需水能力314亿m3。[J].Agriculturalwatermanagement,2007,91:61270.[7]BakerJ,GriffisT,OchsnerT.Couplinglandscapewaterstorage5坑塘水利用的研究方向andsupplementalirrigationtoincreaseproductivityandim2(1)坑塘水集蓄过程与机理技术。坑塘在降水频率高的proveenvironmentalstewardshipintheU.S.Midwest[J].Wa2时期有降低洪涝灾害、回补地下水等作用[7],坑塘在农业生terResourcesResearch,2012.48(5):1212.[8]SakuraiT,PalanisamiK,Tankirrigationmanagementasalocal产的补充灌溉中发挥了重要的作用。因此,一些学者对坑塘commonproperty:thecaseofTamilNadu,India[J].Journalof渗流的基本特征及影响坑塘渗流的因素,同时对不同性状坑AgriculturalEconomics,2001,25:2732283.塘渗流量的计算公式进行优化[19]。同时,一些学者对雨水[9]WalterJ,TanksystemsofSouthIndiaasfloodmoderator[J].入渗量及其对地下水的回补等进行了研究[20221]。但是,在坑CentralBoardofIrrigationandPower,1963,20(2):87.塘水集蓄过程,包括雨水、浅层地下水和河流客水,不同村庄[10]WisserD,FrolkingS,DouglasE,etal.Thesignificanceoflo2大小和路面对雨水的汇集过程及量化方面亟待深入的研究,calwaterresourcescapturedinsmallreservoirsforcroppro2进一步阐明坑塘水形成的过程及可利用程度。duction2Aglobal2scaleanalysis[J].JournalofHydrology,2010,384(324):2642275.(2)可利用坑塘水资源的估算。近30年来,国内外利用[11]AnbumozhiV,MatsumotoK,YamajiE.2001.Sustainingagri2遥感监测和地理信息系统(GIS)技术对河湖冰川等研究较culturethroughmodernizingofirrigationtanks:anopportuni2多,但对于坑塘水资源的时空分析相对较少。随着卫星遥感tiesandchallengeforTamilNadu[J].AgriculturalEngineer2等信息技术的发展,利用光谱、空间、纹理等特征,结合专家ingInternational:CIAGRJournalofScientificResearchand库进行坑塘信息的提取,对坑塘水面进行遥感监测和时空演Development,ManuscriptLW01002,vol.III.变分析,可以实现坑塘信息的自动提取,进而可以分析坑塘[12]FangWT,ChuHJ,ChengBY.Modelingwaterbirddiversity水体的时空变化特征及驱动因素,揭示坑塘水体的时空演变inirrigationpondsofTaoyuan,Taiwanusinganartificialneu2过程和规律,在此基础上为区域水资源环境调查和监测提供ralnetworkapproach[J].PaddyandWaterEnvironment,[22223]2009,7(3):2092216.参考,为坑塘水资源的合理开发利用提供科学依据。[13]ArnoldJ,StockleC.SimulationofSupplementalIrrigation(3)坑塘水利用技术。坑塘水主要用于农业灌溉和水fromOn2FarmPonds[J].JournalofIrrigationandDrainage产养殖等方面。但是在如何高效利用坑塘水的技术方面仍Engineering,1991,117(3):4082424.有所欠缺。在农业灌溉方面,应该根据不同坑塘的水量、水[14]MahalleYR,AdhauGW.Studyofevaporationandseepage质在年内的变化情况及作物的需水、耐盐情况,然后结合不lossesfromfarmpondinsalinearea[J].InternationalJournal同灌溉方式如喷灌、畦灌等不同的地面灌溉方式对作物进行ofAgriculturalEngineering,2014,7(2):4022409.灌溉。同时,对坑塘水利用技术的经济效益需要进行评价,(下转第22页)水文水资源#19# 第14卷01期#南水北调与水利科技#2016年2月水量3500m3计算,流域内农业灌溉用水量约90万m3,所(2)排水沟。根据10年一遇洪水,设计沟道排水沟断以如果能充分利用全部降雨资源,发挥沟道集水作用,可便面,为避免排水沟边坡滑塌,沟渠采用砌石处理。沟道纵向利的供给足够的农业灌溉用水。排水沟与农田横向蓄水沟相接,也有利于排除农田积水。3沟道水资源调控利用方法4结语黄土丘陵区水资源的合理开发利用是一项复杂的系统本文对延安黄土丘陵沟壑区沟道水资源初步分析,以降工程,必须重视适用技术的推广和新技术的应用研究。/治雨资源整体利用的视角,对典型小流域沟道土地利用现状下沟造地0工程以小流域为治理单元,项目实施过程中统筹规农业生产需水量估算,表明通过发展沟道集水工程措施,蓄划设计,完善基础水利设施以满足旱季灌溉,同时雨季排涝。积沟道地表径流、土壤潜流,可充分满足黄土丘陵区旱地农黄土丘陵区沟道水资源的工程调控利用措施包括蓄水措施田灌溉需求。同时,沟道水资源开发要与适宜的给排水工程和排水措施。相结合,以保证沟道水排蓄通畅。3.1蓄水措施参考文献:(1)集流坝。降水经坡面的地表径流及土内渗流而汇入沟道后,将形成小流域洪水并对沟床产生水力侵蚀,为减轻[1]田鹏.黄土丘陵区典型流域水资源高效利用技术示范与推广[D].杨凌:西北农林科技大学,2007.这种侵蚀,同时有效地开发利用小流域洪水资源,可建设以[2]高鹏,蒋定生.黄土高原丘陵沟壑区沟道水资源利用模式初探蓄水为主兼具削峰拦沙功效的小型集流坝。黄土丘陵区沟[J].水土保持研究,2000,7(2):76279.道集流坝布置密度约以1座/km3为宜,坝高5~15m,库容[3]孔正红.黄土高原丘陵沟壑区小流域优化生态)生产范式[D].2000~50000m3,通过集流坝拦蓄径流与潜流,作为沟道水北京:中国科学院研究生院,2002.资源调控利用的主体措施。[4]张志鹏.延安黄土高原沟谷川道地区排水特征及设计优化研究(2)农田蓄水沟。在沟道潜水位较高的地方,可通过修[D].西安:西安建筑科技大学,2008.建农田蓄水沟截取地下潜流进行集水。同时,蓄水沟具有降[5]蒋定生,范兴科,徐学选,等.略论延安市降水资源的潜力与高低沟道地下水位,带走耕层土壤盐分,改良盐碱地的作用。效利用模式[J].水土保持研究,2000,7(2):58269.(3)小水源利用。黄土丘陵区存在众多的支毛沟,通过[6]薛根良.黄土地下水的补给与赋存形式探讨[J].水文地质工程修水窖和涝池,把支毛沟泉水和径流拦蓄起来,然后引水上地质,1995(1):38239.山实现对坡地农田的灌溉等。沟道中集流坝蓄水也可通过[7]滕志宏,张银玲,胡巍,等.黄土高原地下水资源与水质初步评价[J].西北大学学报:自然科学版,2000,30(1):60264.管道与窖、池组合,将沟道水送至田间地头。[8]党丽娟,徐勇,徐学选.黄土丘陵区地表水和地下水对降水的响3.2排水措施应)以康沟小流域为例[J].地理科学进展,2011,30(1):87294.(1)阶地梯田。沟道土地整理中,保持沟道整体自然坡[9]樊廷录.黄土高原旱作地区径流农业的研究[D].杨凌:西北农度,避免大面积成片平整土地。建设阶地梯田有利于农田林科技大学,2002.快速排水,降低雨季时农田水毁程度,梯田设计宽度30m[10]王健.陕北黄土高原土壤水库动态特征的评价与模拟[D].杨左右。凌:西北农林科技大学,2008.(上接第19页)[15]BonachelaS,JuanM,CasasJJ.etal.Pondmanagementand[19]张尚武,伏根太,郭培玉.坑塘渗补地下水计算方法的初步研waterqualityfordripirrigationinMediterraneanintensive究[J].水利水电技术,1982,128.horticulturalsystems[J].Irrigationscience,2013,31(4):7692[20]孙建伟.邯郸市雨水利用及入渗补给地下水的研究[D].河北780.工程大学,2007.[16]黄占斌,程积民,赵世伟,等.半干旱地区集雨利用模式及其评[21]许海丽.基于遥感的北京市降水入渗补给量估算研究[D].首价[J].农业工程学报,2004,20(2):3012304.都师范大学,2013.[17]温庆可,张增祥,徐进勇,等.环渤海滨海湿地时空格局变化遥[22]韩鹏鹏,黄进良,李仁东,等.基于面向对象的坑塘遥感监测与感监测与分析[J].遥感学报,2011,15(1):1832200.动态分析[J].农业机械学报,2015,46(1):2722277.[18]杨振英.沧州市坑塘建设效益及建议[J].现代农业科技,2013[23]付颖,徐新良,通拉嘎,等.近百年来北京市地表水体时空变化(5):2202221.特征及驱动力分析[J].资源科学,2014,36(1):75283.#22#水文水资源