雨水和城市再生水用于农业灌溉若干问题的探讨

何婷婷　王静　史志鹏

摘要 从再生水的处理标准、运输、对作物土壤和地下水的影响、雨水的收集方法、处理工艺和灌溉设施的选择等9个方面，对雨水和城市再生水用于农业灌溉的若干问题进行详细阐述，为今后雨水和城市再生水用于农业灌溉的深入研究提供依据。

关键词 雨水；再生水；农业；灌溉

中图分类号 S275.9 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）19-235-02

随着现代社会经济的飞速发展，水资源的供需矛盾日益尖锐。我国淡水资源的人均占有量不足世界平均水平的1/4，而在很多地区，农业灌溉用水量几乎占整个淡水资源的90%以上，成为名副其实的用水大户。如何缓解水资源危机，保证社会经济的健康持续发展就显得尤为重要。近年来，不少学者开始研究雨水和城市再生水在农业灌溉中的应用，并取得了一定的成就。如师荣光等认为，城市再生水用于农业灌溉时的控制指标有11项一般化学指标、5项毒理学指标和2项卫生指标[1-2]；王会肖等研究了目前再生水农业利用的现状和研究进展，指出再生水灌溉对土壤和作物的影响[3]；有学者详细阐述了近年来世界上和我国各省关于雨水集蓄利用的状况，并利用GIS软件提出了丘陵山区雨水利用的三大模式[4-7]；胡正军研究了雨水在高校道路绿地灌溉中的应用[8]；有学者研究了雨水和自来水的不同处理对高羊茅草生长的影响，发现雨水灌溉因为所含营养成分较多。因此相对于自来水来说，雨水灌溉对植物的生长有一定的促进作用[9-10]，证实了雨水灌溉的可行性和优越性。虽然雨水和城市再生水用于农业灌溉有一定的可行性，也在一定程度上缓解了水资源不足的矛盾，但是其发展应用中仍然存在一定的问题。

1 城市再生水的处理标准难以统一

城市再生水指的是城市中的生活污水和工业废水经过处理以后用于其他非饮用的水源。如果要将这种再生水用于农业灌溉就必须要有相应控制指标的标准，也就是处理到什么程度才可以用于农业灌溉。目前，国际上认可的再生水控制指标主要有11项化学指标、5项毒理学指标和2项卫生指标[1]。一般化学指标的限值见表1。毒理性指标包括总汞、总镉、总砷、铬、铅，最大限值分别为≤0.001、≤0.01、≤0.05、≤0.1、≤0.2 mg/L。另外，还应该考虑其他选择控制项目的限值，如铍、钴、氟化物、铁、锰、钼、锌、硼、钒、氯化物、硫化物、氰化物、三氯乙醛、丙烯醛、甲醛、苯等。卫生学指标包括类大肠菌群数、蛔虫卵数，最大限值分别为≤10 000、≤2个/L。但是，不同的农作物对于水质的敏感程度不同，如果按照最敏感的作物对水质的要求进行污水处理，势必会增加污水处理厂的负担，也不经济；但是如果按照大多数的作物对水质的要求进行污水处理，那么有些作物就不适合再生水灌溉。另外，不同地区同一种作物由于土壤和气候环境的不同，对水质的敏感程度也可能不一样，建议根据当地作物的种植情况和其他农业气象条件，制定适宜当地的再生水处理标准。

2 城市再生水的运输困难

2010年，全国污废水排放量达617亿m3，如果能将这部分水全部经过处理后用于农业灌溉，将是一笔巨大的资源，同时对于缓解农业和生态用水的不足有着重要的意义。然而城市污废水必须经过统一集中的处理以后才能回用于农业灌溉，如何将处理后的城市污废水运输到相应的农业灌溉区，是一项艰巨的课题。如果将处理后的污废水合并到市政管道中后再运输到相应灌区，然后再并入当地灌溉系统，那么当地的灌溉水源就无法分级对不同作物进行灌溉，因为有些露天蔬菜和生蔬类不适合污水灌溉；如果通过单独设立的管道将处理后的污废水运输到灌区的相应灌溉点，那么从投资成本上考虑又是否经济呢？因此，应该通过详细的比较论证后，确定一个合适的污废水运输方式。

3 多余雨水的收集方法难以统一

目前，在丘陵山区，一般是采用集雨场和蓄水设施相结合的方式进行雨水的收集，比如可以采用庭院、屋面、道路、山坡等作为天然的集雨场，也可以在蓄水池周围修建一定面积的人工集雨场进行集雨，蓄水设施可以是水窖、蓄水塘坝和水库；在城市，一般是单独收集屋面雨水、绿地雨水和道路雨水，雨水收集后主要是净化后用于城市绿化灌溉和其他生活杂水，也可以经过渗透回补地下水。但是这些收集方法和工艺各有特点，很难统一。另外，虽然丘陵区的雨水比较容易收集，但是我国仍然有大面积的平原地区，这些地区虽然总的降雨量很充沛，然而由于降雨时空分布不均匀，近年来冬春季节的干旱也时有发生，而有关这些地区的雨水蓄集利用模式研究较少。

4 多余雨水的储存容积难以确定

雨水收集后必须先储存起来，目前雨水储存设施主要有水窖、蓄水塘坝和水库。在丘陵山区，水窖主要是以零散的家庭式水窖和较小规模的田间水窖为主，这些水窖大多容积较小，收集的雨水量有限，作物的灌溉保证率只有40%左右，如何根据集雨场和当年设计降雨量的大小合理选择水窖的容积，以及较大容积水窖的施工工艺如何优化等是今后研究的重点。如果采用蓄水塘坝和水库进行蓄水，那么也应该考虑水库的容积，既要满足水库充分蓄集雨水的需要，也要保证水库在汛期的安全。在丘陵山区常见的水窖模型见图1。

5 雨水的处理工艺不细化

目前雨水的常规处理工艺见图2。在丘陵山区，由于天然集雨场收集的雨水携带大量的泥土，因此雨水的水质较差，必须经过长时间的沉淀和过滤才可以用于灌溉。另外，在进行灌溉时，也应该根据水源的含泥含沙量选择适宜的灌溉方式，以免泥沙堵塞灌水器。因此，不同地区进行雨水收集时，应该根据具体条件，在雨水的常规处理工艺上进行细化和优化，寻找适合当地的雨水处理工艺。

6 雨水灌溉设施的选择

在丘陵山区，雨水收集到蓄水池后如何选择适当的灌溉设施也需要斟酌。目前较多采用的是通过水泵将水抽上来进行灌溉，在丘陵山区建议采用泵房的井首下卧式，这种方式减少了水流过程中的局部水头损失，并且占地少、节省材料、防水防盗，而且施工管理方便。井首下卧的泵房剖面图见图3。

7 灌溉区和灌溉作物的选择

采用再生水灌溉的灌区，应当离当地居民的居住区200 m以上，并且应该设有相应的卫生防护设施，防止再生水污染当地水源而使当地出现水传染性疾病。利用再生水进行灌溉时，应该对灌溉作物进行选择，一般来说，露天蔬菜和生蔬类产品是不适合用再生水进行灌溉的。另外，如果当地有水产养殖业，一般也不建议采用再生水，以免由于生物的富集作用而使人类的健康受到威胁。最后，旱地作物在灌浆期也不适合用再生水进行灌溉，以免再生水中的微量污染物进入到作物的籽粒中或者可食部位。

相关研究表明，采用雨水进行灌溉则不会出现上述问题，在一定水分利用条件下，雨水相比于地下水有一定的优势[9-10]，这是由于雨水含有一定的营养成分，对植物的某些生长特性有一定的促进作用。但是在干旱地区，雨水的可收集量非常有限，根本无法满足农业生产的需要，而城市再生水却是每天都流出的。结合雨水灌溉的优势和再生水灌溉的缺点，如果能克服再生水的这些缺点，使得这两种灌溉水源相互补充，必然能在很大程度上缓解水资源的危机，这需要进一步的研究。

8 再生水长期灌溉对土壤、地下水和作物质量的影响

目前，再生水用于农业灌溉的研究虽然取得了一定的成果，但是由于再生水灌溉技术起步晚，再生水长期灌溉是否会对土壤的特性产生影响；多余再生水回灌以后是否会对当地地下水产生污染；植物、土壤和大气是一个连续的循环体，俗称“SPAC系统”，长期的再生水灌溉是否会对作物果实的质量和人类的健康产生威胁。对于这些问题，都需要建立长期的观测和分析，达到既不会浪费仅有的水资源，又能够建立安全的农业生产灌溉模式。

9 雨水和再生水灌溉难于规范化和系统化

水资源严重短缺的现状决定了我们必须另寻他径，城市再生水和雨水就是一个很好的资源，虽然目前已经制定了关于再生水用于农业灌溉的相关规范，但是不同地区由于土壤、气候和自然条件差异很大，因此应该根据各地的具体条件制定出适合当地的雨水和再生水灌溉模式。从全国意义上来讲，雨水和再生水用于农业灌溉各地都还处于研究和探索阶段，很难形成统一的系统和标准。

10 结语

雨水和再生水用于农业灌溉是缓解水资源紧缺和实现农业稳定发展的必由之路，然而在实际应用中还是存在着一定的问题。该研究仅从几个方面论证和阐述雨水和再生水灌溉中的问题，提出了一些预防和改进措施，这些措施的应用和发展还需要今后在实践中不断地完善和改进。

参考文献

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