温室雨水集蓄与智能节灌系统探讨

边厚华

（山东省实验中学东校，山东 济南 250109）

山东省是一个水资源比较匮乏的地区，尤其是西北部地区，多年平均降雨不足600 mm，且年内年际变化较大，降雨量70%集中在汛期，经常出现连丰连枯现象。随着经济快速发展，对水资源的需求量越来越大，长期大量开采地下水造成许多较大面积的漏斗区，地下水环境严重恶化。如果没有外调（如引黄、引江）淡水，当地水资源已经不可持续。山东是传统的农业大省，是粮食、蔬菜和北方水果的主要产地。而农业又是用水大户，约占用水总量的65%，除引黄、河、库灌区外，大部分农业用水为地下水。随着最严格水资源管理制度的实施，地下水将逐步施行限采、禁采，地下水农灌区的农业经济发展将会受到严重制约。根据目前的初步研究，雨洪水资源利用在理论上和技术上是可行的，也是解决某些地区缺水的有效途径。本文针对平原农业温室种植区开发利用雨水资源进行探讨。

1　温室用水现状

温室的功能是在自然环境的逆环境下，创造适于作物生长发育的环境条件，如光、温、气、水、土和肥等，进行有效生产。我国温室主要以日光温室和各类塑料大棚为主。温室是个相对封闭的生产设施，无法利用自然降雨浇灌，需要完全靠人工灌溉措施，很多已实现滴灌、微喷灌、渗灌、涌泉灌等节水灌溉措施。由于上述节水灌溉对水质要求较高，故多数温室所用水源为地下水。而温室区通常没有存贮水设施，雨水通过排水沟排走，造成当地水资源浪费。

2　系统布局

系统包括两部分（如下图），一是雨水集蓄系统，包括集雨面、汇流沟（渠）、沉砂池、拦污栅、蓄水池（保鲜措施）、滤水设施、回用池（井）；集雨面包括温室棚面、温室间地面以及生产路面等区域。二是水肥一体化节水灌溉智能系统（简称智能节灌系统，下同），包括水泵、水肥一体化机、灌溉管网、墒情自动在线监测仪及风电互补、蓄电池、缆线、信息传输和自动化控制等设施。

系统工艺原理：雨水汇集后流入沉砂池沉淀泥沙，初期径流可设弃水设施排掉；沉淀池前后设置拦污栅（网），以去除漂浮杂物；然后雨水流入蓄水池，当蓄水池满后，多余的水通过管或渠放到排水沟中，管或渠一般做成可渗透式的，其上也可设置地下渗井，以尽可能将多余的雨水补充地下水；蓄水池中的水通过透（滤）水材料进一步净化进入回用池（井），水质基本可达到（微）滴灌、喷灌要求。在回用池（井）安装水泵，水泵出口处安装水肥一体化机，当温室种植区安装的墒情在线监测仪监测到需要灌水时，智能控制系统就发出指令，水泵及水肥一体化机启动工作。

3　工程设计

雨水集蓄系统设计时，需要综合考虑地形、水流、集雨型式、沉淀与过滤方式、蓄水池布设等因素。普通温室通常为南向单面拱坡，蓄水池布置在地面高程较低一端附近，这样雨水就很容易经汇流沟（管）流向蓄水池。因集雨面主要为温室棚面，所集雨水水质相对较好，主要杂物为泥沙、柴草、树叶和废旧塑料等。汇流沟可设计为上下两层，层间设过滤层，过滤层的渗透率和当量孔径应达到一定标准，这样过滤后的雨水基本可达到节水灌溉的水质要求（主要指杂质大小），并直接导入蓄水池供灌溉使用；当降雨较急时，来不急过滤的水可排入排水沟。当汇流沟不考虑过滤作用时，进入蓄水池前应根据实际设置拦污栅（网）和沉沙池等设施，以减少蓄水池的清污量和频次，蓄水池经过滤后进入回用池（井），回用池（井）可设在蓄水池内部，也可设在外侧。蓄水池可利用地面现有坑塘，优点是投资相对较小，缺点为蒸发量大、冬季结冰、占用地面空间；也可设在地面以下，优缺点与前相反。为避免蓄水池和回用池（井）中的水滋生厌氧生物，使水质变差，建议池底、侧及顶（地下池）设置透气装置。

智能节灌系统采用回用池（井）中的水，在出水口处设置水肥一体机，通过主支管进入温室与室内的节水灌溉管道相接。水泵扬程根据灌溉流量及水力损失确定。为给水泵、水肥一体机、监测及控制等设备提供电能，在温室侧小房或其他便宜位置设置光电互补及储存设备。因采用节灌措施后流量、水力损失均较小，所需扬程较小（相对于取井水）、用电量低，故通常供电设备不需要占用太大空间。

4　结语

现代大型温室一般包括温控、通风、空气监测、墒情监测、风光互补供电、水肥一体化节灌等系统，很多还实现了智能化（人工APP和自动控制结合）。如果再加上本文所述的雨水集蓄系统并与智能节灌系统结合，整个温室就成为集绿色、环保、智能、节能、节水于一体的现代化温室了。如果在技术上能进一步优化，使工程造价控制在合理范围内，且工程便于维护、管理成本低，则该措施可在一定程度上缓解我国北方温室种植区的缺水状况，将有较高的推广价值。