河北省邢台水文水资源勘测局 河北邢台 054000
摘要：河北省邢台市山丘区地表水资源匮乏，地下水取水苦难，局部居民饮水困难，制约了当地经济的发展，影响了群众生活质量，本文通过对庭院饮水水窑的设计计算，包括降水特性分析、水窑设计、可集水量计算、供水水量平衡调节计算等几个方面进行分析，为类似地区开展庭院饮水水窑工程设计提供参考依据。
关键词：饮水安全；庭院集水工程；水质保护措施；山丘干旱区
邢台县位于河北省南部，东经113°45′～114°38′，北纬36°58′～37°22′，地处太行山东麓，地形起伏，形态复杂。自西向东依次呈现中低山、低丘垄岗和山前倾斜平原的地貌。中低山区：位于白岸、杨庄、浆水、冀家村、崇水峪、路罗、城计头、西枣圆、将军墓、宋家庄、西上庄、龙泉寺、北小庄、西黄村等乡镇，面积1290 Km2，占全县总面积的65%。由变质岩、石英砂岩及灰岩构成，地形起伏较大，海拔500～1800m，重峦叠嶂，山坡陡峭，沟壑纵横，切割强烈。低山垄岗：位于邢台县中部，在龙华、大贾乡、谈话、张安北、羊范、南石门、皇寺、会宁等乡镇，面积515Km2，占全县总面积的26%，海拔高程100—300m。变质岩分布区有明显的立状夷平面。石英砂岩、灰岩构成低缓的低山。山前平原：位于京广铁路东部，面积为175Km2，约占全县总面积的9%，包括东汪、祝村、晏家屯、于办等乡镇。海拔高程45—80m。由于当地的地质条件，地理位置等因素，地下水开采困难，地表水严重匮乏，长期以来，山丘区农村生活饮水采用水池、旱池集蓄雨水。
1降水特性分析
1.1 降雨量时空分布
全县多年平均降水量为590.7mm。降水量的区域分布不均匀，山区大于平原。西部山区多年平均年降雨量599.4mm并有以白岸、路罗为中心的650mm以上的多雨区，平原区多年平均降雨量517.7mm。降水量的年内分配集中。全年降水量75～80%集中在6～9月的汛期，而汛期降水量又主要集中在7月中、下旬至8月上、中旬的30天甚至几天之内，特别是一些大水年份，降水更加集中。降水量的年际变化很大。单站最大与最小年降水量之比，山区一般在5～9倍，平原一般在3～6倍。全县多年面平均蒸发量为1093.4mm。平原多年平均水面蒸发量一般在1100～1200mm左右，而山区则为990～1100mm左右。县域内的干旱指数，山丘区在1.6～2.2之间，平原区在2.2～2.9之间。
2.2 降雨量频率计算
利用1956～2007年邢台县降雨量资料系列分析计算，多年平均降水量571.0mm。对年降雨量系列进行频率计算，频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线，频率计算采用适线法，对于变差系数Cv值的确定，在适线中，对系列中出现的特大特小值，一般不做处理，由于年降水量相对稳定。偏差系数Cs的取值一般用Cv/Cs值来反映。邢台县不同频率年降水量计算成果见表1。
2家庭院落可集水量计算
雨水集流系统是雨水资源开发利用的基础。其目的是采取人工措施，将产生于集水面的径流进行拦截、蓄积、净化和利用，进而提高自然降水的利用效率。
混凝土集水面的表面光滑且硬度大，有利于降雨径流的产生。根据试验资料[3]，混凝土集水面在干燥条件下的临界产流雨量为1.48mm，该雨量主要为集水面上的入渗和蒸发过程中的蒸发所消耗。次降雨和产流量呈直线相关关系，相关系数为0.96。产流后集水面的效率为0.80。该区以月为时间单位进行计算，产流系数按0.8计算，集水量的其他损失按其5%估算。在12月份和次年1月、2月份，主要以降雪为主，没有集水，所以冬季3个月不计算集水量。表2为邢台县平水年（P=50%）家庭庭院可集水量计算成果，计算公式如下。
Wi=K×Pi×M－Si
式中：Wi为第i月家庭庭院面集水量，m3；K为水泥表面的产水系数（采用0.80）；M为家庭庭院的集水面积（该区以300m2计），m2；Pi为第i月保证率等于P（P=50%）时段降水量，mm ；Si为第i月水量损失量，m3 。
3供水水量平衡调节计算
根据水量平衡原理，通过一定的工程和技术措施，实现家庭生活用水供需平衡，但由于天然降水在时间上的不均匀性和时段上的不确定性，致使用水过程在具体的某一用水时段内水量的供需并不相等。为此，还需要通过一定的工程调节，利用水窑蓄水对可供水量进行调节，实现全年供水的目的。
为保证全年生活不缺水，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。供水水量调节计算公式：
Wi=Wi-1＋Hi－Xi－Qi
式中：Wi为第i月水窑蓄存水量，m3；Wi-1为第（i-1）月水窑蓄存水量，m3；Hi为第i月庭院实际集水量，m3；Xi为第i月生活需水量，m3；Qi为第i月弃水量（当实际产水量和上月水窑存水量之和大于25m3时，才发生弃水），m3。
水量供需平衡点的时段一般在丰水期开始，本区选择在6月份。应满足全年生活最小蓄存水量不发生缺水。然后通过逐时段水量供需平衡计算，表3为庭院水窑集水、用水水量平衡计算表。
通过水量调节计算，按照平水年平均降水量计算，由于该区降水时空分布不均匀，在7月、8月、9月、10月发生弃水，弃水量在51.45 m3左右。蓄存水量最小值出现在3月份，约6.11 m3左右，不会影响生活用水。家庭生活用水量全部由庭院集水水窑提供，完成以年为周期的集水、供水过程，能满足全年家庭生活用水。如图2为家庭水窑可集水量、生活需水量和水窑蓄水量过程线。
4结论
农村饮水安全是当前农民最关心、最直接、最现实的问题。邢台县通过开展“千家水窑工程”，确保干旱区农村喝上放心水，这是一项长效的农村饮水安全工程。
家庭庭院集水工程，利用自己家庭生活空间的庭院集水，受外界污染影响因素小，对集水水源质量有保障。
饮水水窑集水工程投资小、见效快、效益好，施工简便，因地制宜就地取材，群众乐意接受也能承受。一次投资，可以解决长期饮水问题。家庭集水工程雨水利用模式，对山丘干旱区雨水利用饮水工程建设具有重要的指导作用和实践价值。是目前解决干旱山区农村饮水的有效途径。
参考文献：
[1] 张钧玲，乔光建．山丘区塑料大棚集水节水栽培技术[J] ．水资源保护，2008，24（2）：92-94．
[2] 张祖新，薛勤．雨水集蓄工程技术[M] ．北京：中国水利水电出版社，2000年．
[3] 高前兆，李小雁，俎瑞平．干旱区供水集水保水技术[M]．北京：化学工业出版社，2005．
[5] 崔毅．农业节水灌溉技术及应用实例[M]．北京：化学工业出版社，2005．
论文作者:郑世泽
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/20
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