第一部分　雨水集蓄利用和农村家庭用水

第1章　甘肃省农村雨水集蓄利用的发展

1.1　甘肃省的气候和水资源条件

甘肃省位于中国西北部（见图1.1），人口2600万，是中国最干旱的省份之一。多年平均年降水量仅为306mm，而潜在蒸发量达到1500～2500mm。缺水阻碍了经济社会的发展和改善人民生活的各种努力。表1.1是世界、中国和甘肃省的降水量和水资源量。长期水短缺是当地低下的农业生产和民众贫困的主要原因之一。

在位于甘肃省中、东部的黄土地区，情况更差。广阔的黄土高原丘陵区被大量的沟谷和冲沟所切割。深厚的黄土层1最深达到300m，渗透性强，吸收了绝大部分降雨量。这里的地貌是历史上风积和河流冲积形成的黄土高原。降水中只有少部分能形成河川径流，平均径流系数仅为0.08～0.1。多数地方的黄土层上覆于不透水的第三纪红层上，地下含水层含水贫乏，地下水资源十分短缺。人均总水资源量仅为260m3，黄土地区的这些条件已到了支撑人类生存的最低极限。

多数农业区年降水量为200～500mm，而其中55%～60%集中在夏季的7—9月，作物生长关键期的降雨量只有全年不足四分之一。

旱灾频繁发生。根据历史文献记载，从隋朝到现在的1400年间，发生了634场旱灾，差不多每两年一次。而在过去的40年间，旱灾发生了36次，达到10年9旱。持续的水短缺对当地人民生活和环境产生了严重后果。

——1995年前，甘肃省有约300万农村居民没有安全饮用水源。由于不利的地质条件，多数地下水矿化度高，不能饮用。在旱年，政府从小沟谷等远处水源用卡车把水运送到缺水乡村。而运水卡车没有到达的乡村，居民每天要花费数小时从深沟或远处挑水。调查表明，5人家庭每年平均花费在挑水上的劳力达70个。虽然存在健康风险，但人畜共用一塘水的现象很普遍。此外，部分居民使用传统水窖收集雨水，但水窖水多数浑浊而不洁。

——缺水意味着这里的农业是生存型的。由于没有可靠供水，农民不能种植经济作物，所以他们的收入很低。人均年收入仅为60～100美元。有400万人生活在或低于贫困线。在90年代以前，山区农户多数不能生产辣椒、番茄、黄瓜、茄子等这样的细菜。

——农业生产完全依赖于无定时的降雨。每公顷粮食平均单产仅为1.8t（人均约284kg）。由于产量低，农民不得不尽量扩大种植，就连陡坡也用来种庄稼，造成土壤侵蚀加剧，侵蚀量每年达到5000～10000t/km2，相当于每年剥去0.5～1cm的表土，而土地的退化也因而年甚一年（见图1.2）。

由于当地居住的分散性，不利的地形条件以及高昂的造价，修建引水工程十分困难。唯一现实可行的水资源是直接利用雨水。虽然当地降雨量稀少，但每年降落在全区面积为15万km2土地上的雨量可达540亿m3。这一数量比黄河在兰州断面上年径流量还要大。但是降雨量中的五分之三被蒸发掉了，五分之一成为河川径流，其余部分为作物直接利用。

要在这样干旱的地方利用雨水，存在多种挑战。不仅是因为全年总雨量少，更因为降雨分配集中于7—9月，还常发生连年旱的现象。要使利用雨水成为可能，必须对雨水径流进行富集并进行存储以备未来之需。

黄土地区的雨水收集有着久远的传统。许多家庭修建水窖以储存雨水，已有几个世纪。农户从天然地面收集雨水并储存在用黏土防渗的瓶形水窖里。多数家庭拥有不少于2个水窖，每个水窖容积20m3到最大70m3。由于入流少和水窖漏水，土壤表面径流系数很低以及许多情况下水窖容积偏小，集雨系统往往不能完全满足家庭生活用水所需，更不用说去进行补充灌溉了。传统的集雨系统常常需要大量的维护工作，例如常常要在窖壁和底部抹草泥以减少渗漏。当地的红黏土埋藏在黄土层下面。这是一种良好的防渗材料。但是一旦发生漏水，水窖周围的黄土被侵蚀，导致水窖垮塌。传统系统另一个问题是在天然集流面上小雨几乎不产生径流，而大雨则会引起土壤冲刷使进入水窖的水十分浑浊。在20世纪80年代末，许多农户仍然靠这些传统水窖提供生活用水，但他们多数常年经受着缺水困扰。

为了改变这一情况，甘肃水科院（GRIWAC）在1988—1992年间，在甘肃省政府和甘肃省水利厅的支持下，开展了一项研究和示范项目。他们用8种不同材料建立了28个雨水集流面试验小区，对雨水集流效率进行了测试，并分析了8种集流面上集流效率和降雨特性（每场降雨的雨量和雨强）之间的关系。这项工作发现传统采用的天然土壤坡面上的集流效率仅为0.08。农村中草泥屋面的集流效率也很低。试验表明，如果把屋面改造为瓦屋面，集流效率可大大提高。普通黏土瓦屋面可达0.45，而水泥瓦屋面达到0.75。混凝土衬砌的庭院地面，集流效率达到0.8，是传统天然土坡集流效率的10倍。通过试验，甘肃水科院建议广泛采用这种集蓄雨水的方法作为农村家庭供水的一种模式（见图1.3）。如果采用瓦屋面和混凝土衬砌庭院作为集流面和修建适当大小的水泥水窖来储存雨水，可以满足农户用水的基本需求，保证率达到90%。接着进行了为期3年的示范项目表明，该系统可以有效解决农村居民的饮用水问题。

甘肃水科院还通过示范展示，采用类似的雨水集蓄利用进行补充灌溉也是可行的。简易而价廉的温室大棚顶部塑料薄膜可用来收集雨水以满足一季蔬菜用水所需。

在此研究和示范项目成果的基础上，甘肃省政府在1995年夏季，决定开展“1-2-1”雨水集蓄利用工程2。该工程成为中国第一个大规模雨水集蓄利用项目。这一年在甘肃省黄土地区发生了60年一遇的特大旱灾，给农村居民带来了极大的困难，也促成了采取迫切和重大措施的决定。“1-2-1”工程非常成功，解决了130万人口的家庭饮用水问题。

第一次的尝试给甘肃省许多贫困农村带来了极大的变化，也让政府和当地群众看到了雨水集蓄利用的巨大潜力。从1996年起，甘肃省的雨水集蓄利用开始从主要为解决生活用水扩展到提高农业生产的领域，扩展到整个雨养农业的范围（见图1.4）。

20多年的不同尝试和实践证明，雨水集蓄利用不但可以满足甘肃省农村家庭用水的基本需求，而且能为作物提供补充灌溉用水，使作物产量平均增加4成。甘肃省的实践证明了雨水集蓄利用是黄土高原干旱山区农村开发水资源的一条新路。缺水是几个世纪以来许多农村居民贫困生活的根本原因。农民的水池里有了水，他们就能按照市场的需求来重新安排他们的生产方式，从而极大地提高收入和摆脱贫困。而通过补充灌溉提高了土地生产率，也有助于农民更好地参与国家“退耕还林”计划。该计划鼓励农民把他们在低产山坡地种庄稼改为种草种树，从而减少了土壤侵蚀并保护了环境（见图1.5）。

雨水集蓄利用是一种分散式的水管理模式，特别适合于居住分散的山区居民。它的技术简易，又是传统技术，因此易为当地群众所接受。它的实施主要以农户为主进行，政府只给以有限的资助，水的使用者也是雨水系统的法定所有人。因而农户有着很高的积极性。他们参与了从规划、设计、施工到运行维护的全过程。不像一些大中型工程往往会对生态环境带来负面影响，也易于引起社会矛盾，以农户为单元的雨水集蓄利用工程则是环境友好工程，也获得了社区的广泛支持。

上面介绍的雨水收集和利用已成为甘肃省山区和邻近的半干旱地区可持续发展综合模式的一部分。这一方法也在中国15个省、直辖市、自治区得到推广应用。在甘肃省的“1-2-1”工程后，许多省市也进行了大规模的雨水利用工程，如内蒙古的“1-1-2”工程3、宁夏回族自治区的“窖灌工程”、贵州省的“渴望工程”、四川省的“甘露工程”等。根据2007年的调查，储存雨水的建筑物、包括小型塘坝的数量达到1000多万个，蓄水总量达46亿m3。雨水利用系统已为2200万居民提供了生活用水，为280万hm2雨养农田提供了补充灌溉。雨水集蓄利用成为中国大、中、小、微水资源开发利用工程的重要组成部分。