一、雨水集蓄利用技术发展历史

雨水利用是一项被广泛应用的传统技术。据有关资料记载，雨水利用可追溯到公元前6000多年的阿滋泰克(Aztec)和马雅文化时期，那时人们已把雨水用于农业生产和生活所需。在墨西哥、秘鲁和南美的安第斯山脉上，建有大片梯田和数百公里精巧的渠道，使印加人的太阳帝国和现已消失的马丘比城的数十万人得以在此生活。在哥伦比亚、厄瓜多尔、苏里南沿海和秘鲁南部高原，3000多年前的村居就成功地利用不同地形，修筑台地种植玉米，在沟底种植水稻。公元前2000多年的中东地区，典型的中产阶级家庭都有雨水收集系统用于生活和灌溉。阿拉伯人收集雨水，种植了无花果、橄榄树、葡萄、大麦等。在利比亚的干燥河谷内，人们用堤坝、涵管把高原上的水引至谷底使用。埃及人用集流槽收集雨水作为生活之用。2000年前，阿拉伯闪米特部族的纳巴泰人在降雨仅100余mm的内盖夫(Negev)沙漠，创造了径流收集系统，利用极少量的雨水种出了庄稼，后人称之为纳巴泰方法。20世纪70年代从卫星照片上发现了埃及北部的径流收集系统和非洲撒哈拉东南部存在的集水灌溉系统。在印度西部的塔尔沙漠，人们通过水池、石堤、水坝、水窖等多种形式收集雨水，获得足够的水量来支持世界上人口最稠密的沙漠(60人/km2)。几百年前，美国亚利桑那的印地安人用漏斗状的长堤，把雨水集中到几公顷的土地上，种植玉米、甜瓜等。500多年前，科罗拉多的阿那萨基人建造数以千计的小坝截留雨水种植玉米、豆子和蔬菜。雨水利用曾经有力地促进了世界上许多地方古代文明的发展。

然而，从19世纪末、20世纪初开始，随着现代技术的兴起，先是地下水的开采在许多地方逐渐取代了雨水利用技术。接着，以控制洪涝灾害、利用河川径流和开采地下水为目标的当代水利工程的修建，又为社会经济的发展，特别是农业的持续稳定增长，发挥了很大的作用，取得了巨大的效益。雨水利用渐渐被人们遗忘。但是，人类社会经济的进一步发展，人口的不断增长，对有限的水资源提出了越来越高的要求，水资源的紧缺已成为许多地方制约经济发展的因素，同时，大型水利工程引起越来越多的生态环境问题也迫使人们思考和寻找其他出路。因此，近20年来，雨水利用又重新引起了人们的注意。特别是联合国“国际供水与卫生十年”(IDWSSD)开展以来，这一技术迅速在世界各国复兴和发展，成为许多国家解决水资源不足，特别是农村人口生活用水困难的一个重要途径。

雨水集蓄利用技术在我国也有很久的历史。早在2500多年前，安徽省寿县修建了大型平原水库——芍陂，拦蓄雨水，用于灌溉。秦汉时期，在汉水流域的丘陵地区还修建了串联式塘群，对雨水进行拦蓄与调节。我国西北干旱半干旱地区通过长期的生产实践，创造了许多雨水集蓄利用技术，建造了如坎儿井、土窖、大口井等多种蓄水设施，对当地农业的发展发挥了十分重要的作用。

国内外雨水集蓄技术的应用概括起来可分为两方面，即在生活方面的应用和农业灌溉方面的应用。全球6大洲都有收集雨水解决生活用水的例子，其中发达国家如日本、澳大利亚、加拿大、美国、德国、瑞典等，发展中国家如泰国、印度、尼泊尔、斯里兰卡、孟加拉、菲律宾、伊朗、巴勒斯坦、肯尼亚、突尼斯、南非、博茨瓦纳、纳米比亚、津巴布韦、乌干达、赞比亚、坦桑尼亚、埃及、巴西、墨西哥及哥伦比亚等国都在发展这一技术，这些地区的年降雨量从3200mm到200mm不等。其集蓄雨水的目的主要是解决包括城市和农村的生活用水。日本是在城市中开展雨水利用规模最大的国家，所集蓄的雨水主要用于冲洗厕所、浇灌草坪，也用于消防和发生灾害时应急使用。美国从20世纪80年代初就开始研究用屋顶雨水集流系统解决家庭供水问题，1983～1993年，美国国际开发署资助了一项面向全球的雨水收集系统计划(RWCS)，以后又建立了雨水收集信息中心(RWlC)和一个通讯网。美国的关岛、维尔京岛广泛利用雨水作为冲洗、洗衣和草地灌溉，但提醒人们不要利用雨水进行盥洗。在农村利用雨水规模最大的是泰国，20世纪80年代以来开展的“泰缸”(Tai jar)工程，建造了1200多万个2m3的家庭集流水泥水缸，解决了300多万农村人口的吃水问题。澳大利亚在农村及城市郊区的房屋旁，普遍建造了用波纹钢板制作的圆形水仓，收集来自屋顶的雨水。据南澳大利亚的一项抽样问卷调查表明，使用雨水的居民比用城镇集中供水系统的要多。加勒比海地区的雨水也是许多地方居民生活用水的主要来源，百慕大群岛80%以上的居民用水来自雨水收集系统。在非洲肯尼亚的许多地方，联合国开发署和世行的农村供水和卫生项目把雨水存储罐作为项目的一个重要内容。这种技术后来传到博茨瓦纳、纳米比亚、坦桑尼亚等地，带动了非洲雨水集蓄工程的发展。在拉丁美洲的墨西哥和巴西，雨水利用也开展得比较普遍：墨西哥的Chiapas高原有较完善的雨水收集系统，由铝制屋顶、梯形地下水池、过滤池、水泵等组成；巴西东北部靠近赤道的半干旱带Petrolina地区，在加拿大等国际组织的资助下，帮助贫苦居民修建用铁丝网水泥、预制混凝土板、石灰衬砌和砖砌的储水罐，数量达2000多个。

雨水集蓄技术在农业生产上的应用是国际发展的趋势。20世纪中叶以来，国外兴起了对径流农业(Runoff Agriculture)的研究和实践。以色列政府制定了为期30年的庞大的径流农业计划，在内盖夫地区建立可持续发展的农业生态系统。联合国有关组织把发展适合当地条件的径流农业技术作为援助非洲的一项重要内容，组织发达国家科技人员在非洲许多地区作了大量试验示范。以色列通过多年努力，重新起用和改进了古代的纳巴泰系统，并被中东、非洲及美洲一些国家的干旱地区竞相效仿。在技术方面还研究了集流面材料及相应的集流效果，提出了设计方法和发展农业的基本技术措施。径流农业是指对降雨产生的径流进行收集、储存和利用，发展农业生产的措施。巴西的Petrolina地区进行了利用田间土垅富集雨水的试验和示范，对比试验表明，此种措施可使作物增产17%～58%。印度对Andhra Pradesh地区8.9hm2的小流域研究认为，修建6处由1 hm2集流面、300m3蓄水池组成的系统，即可为该流域农田提供充足的补充灌溉用水。在印度许多省份，采取修建小型水池、塘坝、谷坊等拦蓄雨水，进行灌溉。在墨西哥，采用淤地坝、谷坊等来收集储存雨水。肯尼亚莱基比亚(Laikipia)地区示范项目在年雨量600mm的情况下，资助居民修建容积为100m3的地下水池，其中25m3用于家庭生活及牲畜饮水，75m3用于灌溉庭院，雨水收集面为铁皮屋顶。项目收到很好效果，玉米产量从项目实施前的120kg/亩提高到180kg/亩，增产50%。由于粮食的增加和有了水的保证，畜牧业也得到了发展。修整梯田、台地、水平沟等，可以有效拦截雨水，增加土壤含水量，在中东和北非有着广泛的应用。该方法是沿着山坡修建浅的沟网，把洪水引入干旱河谷。在河谷中修筑梯田，或者修建小水坝、堰，把土地截成小块，以拦蓄引过来的雨洪。伊朗北部阿塞拜疆省在年降水250mm的条件下，修建水平沟和台地，植树种草，增加植被，取得了一定效果。在布基纳法索试验了一种用植物障碍拦截雨洪的方法，可以增加在障碍前后的土壤含水量，由于植物障碍的透水性，又不致于造成上游被水淹没。

二、雨水集蓄利用工程的组成

所谓雨水集蓄利用工程是指在干旱半干旱及其他缺水地区，将规划区内及周围的降雨进行汇集、存储、以便作为该地区水源加以有效利用的一种微型水利工程。它具有投资小、见效快、适合家庭经济等特点。

雨水集蓄利用工程系统一般由集雨系统、净化系统、存储系统、输水系统、生活用水系统(解决人畜饮水及生活用水)及田间节水系统(解决农田补充灌溉)等部分组成。

(一)集雨系统

集雨系统主要是指收集雨水的场地，按集雨方式可将集雨场分为自然集雨场和人工集雨场。

自然集雨场主要是利用天然或其他已形成的集流效率高、渗透系数小、适宜就地集流的自然集流面集流。如东南沿海的海岛、石灰岩溶地区的局部地方及村庄、房舍、庭院、道路等可作为集流面集流。

人工集雨场是指无可直接利用场地作为集流场的地方，而为集流专门修建人工场场地。如在华北、西北黄土高原丘陵山区的部分地区需利用专门的田块作为集蓄雨水的场地，将集蓄的雨水供其他田块使用。

人工集流常用的集流防渗材料有混凝土、瓦(水泥瓦、机瓦、青瓦)、塑料薄膜、衬砌

片(块)石、天然坡面夯实土等。

(二)输水系统

输水系统是将集雨场的雨水引入沉沙池的输水沟(渠)或管道。

(三)净化系统

在所收集的雨水进入雨水存储系统之前，须经过一定的沉淀过滤处理，以去除雨水中的泥沙等杂质。常用的净化设施有：沉沙池、拦污栅等。

(四)存储系统

存储系统可分为蓄水池(水柜)、水窖、旱井、涝池和塘坝等。

(五)生活用水系统

生活用水系统包括提水设施、高位水池、输水管道、水处理设施等。

(六)田间节水系统

田间节水系统包括节水灌溉系统与农艺节水措施。节水灌溉系统包括首部提水设备、输水管道、田间灌水器等。常用的和集水技术配套的田间节水灌溉形式有：坐水种、膜下灌、注射灌、喷滴灌等。为有效提高水的利用效率。除灌溉系统外，还常配有田间农艺节水措施如地膜覆盖、化学制剂的施用、选用抗旱品种等。

我国是一个水资源十分短缺的国家，发展雨水集蓄利用技术对于解决干旱、半干旱地区的生活用水和农业的补充灌溉，促进农业生产，建设生态系统具有十分重要的作用和广阔的应用前景。