蒋定生

（中国科学院、水利部 水土保持研究所，陕西 杨陵 712100）

提　要　针对黄土高原蓬勃发展的窖灌农业，提出 3 种水窖配置模式：峁顶光头式；路旁葡萄串式和场、院、凹地单点式。为了高效利用水窖集蓄的雨水资源，文中推荐自压微灌、外动力加压微灌、坑灌和水肥穴灌等 4 种窖水高效利用技术。

关键词　窖灌农业；水窖；配置模式；微灌

中图分类号　S275

文献标识码　A

文章编号　1000-3037(2000)02-0184-05

　　水窖在黄土高原历史悠久。据宁夏《平原县志》记载，同心县预旺乡在元代以前就有水窖。甘肃、陕西等地至今尚保存有明、清时期的水窖。据 1985 年《黄河流域黄土高原地区水土保持专项治理规划》统计，黄土高原地区共有水窖 150.83 万眼，总容量 5866.48万m³。同时，水窖拦蓄地表径流，减轻土壤冲刷，起到保持水土的作用。

　　黄土高原属资源性缺水地区。随着工农业的飞速发展，黄土高原的水资源供需矛盾日趋紧张，如何高效利用雨水资源，维持农业的可持续发展，已成为人们的共识。进入 20 世纪 90 年代，水窖这一古老的汇集雨水的小型蓄水工程，也突破了传统的主要用于解决人畜饮水的模式，向“窖灌农业”的深度发展，对促进黄土高原农业的发展起到了巨大的作用。地处渭北旱塬的富平县底店乡，北依“北山”，水资源极缺，近年由于大力发展水窖，出现了“千年旱塬疑无路，窖灌农业又一春”的大好形势，利用窖水，开展苹果节水灌溉，取得了很好的效益。本文将对窖灌农业中水窖的配置模式和窖水高效利用技术提出一孔之见，以期对“窖灌农业”的发展有所裨益。

1 水窖配置模式

　　目前，黄土高原的水窖配置，常见有下列几种形式：

1.1 峁顶光头式配置模式

　　黄土高原的丘陵沟壑区，地面被冲蚀成一个个孤立的山峁，农田主要分布在峁坡、梁、沟掌中，靠天吃饭，没有灌溉条件。针对这一具体情况，榆林市水利水土保持局在本市的余兴庄乡实施了“峁顶光头式”水窖配置模式。这种配置模式，首先选择离村庄较近，基本农田和经济作物比较集中的山峁，将山顶推平，然后开挖窖体，用块石或青砖圈砌蓄水窖，窖体呈“十”字形，圆拱直墙式断面，矢高 1m，墙为 24 墙砖砌，水泥沙浆抹面防渗，窖的容积为 300～800m³。窖顶集雨面为素混凝土现浇防渗地坪，面积 300～800m²。地坪形状随地形而异，一般为圆形和长方形，四周向中心倾斜，以利雨水汇集。汇集的雨水经两级沉沙池过滤将泥沙污物沉淀，清水流入窑窖储存，供灌溉和人畜饮水之用（图 1）。这种窑窖工程量大，每立方米容积的材料费约 108 元。在窑窖的受益面积内，多为梯田果树（如栽大扁杏）。在榆林地区，大扁杏的种植密度为 0.075 株/m²，即每公顷栽种 750 株。如果每株果树设计次灌水定额为 0.05m³，则一窖存水一次可灌果树 8～21.3hm²。

图 1 峁顶光头式窑窖配置模式
Fig.1 Cellar arrangement model on a barren hill top

　　由于集雨地坪采用混凝土防渗材料，集雨效率高。据观测，一般≥5mm 的降水即可产流，集蓄雨水。据统计，在陕西省的黄土丘陵沟壑区和高原沟壑区，多年平均≤5mm 的降水量约占年降水量的 14.6%～21.7%，大多在 16% 左右（表 1），因此 100m² 混凝土地坪在平水年每年可收集雨水 26.7～51.3m³，为发展窖灌农业创造了有利条件。

表 1　陕西黄土丘陵区与高原沟区多年平均≥5mm 年降水总量统计
Table 1 Statistics of multi-yearly average precipitation and mean yearly precipitation
with more than 5mm/time in hilly and gully areas on Loess Plateau

注：* 取径流系数为 0.90

　　这种窑窖配置模式与水土保持措施相互结合，从而在丘陵沟壑区出现了一种新型的水土资源开发与环境保育相协调的沟坡水土保持措施立体配置模式。亦即：山顶水窖戴帽；山坡梯田缠腰；沟沿草灌（木）锁边；沟坡乔灌护坡；沟底打坝（含各类谷坊）固沟。节节拦蓄降水，有效防止水土流失，为作物增产和植被建造创造了条件。

1.2 路旁葡萄串式配置模式

　　所谓葡萄串式水窖配置，是指沿黑色路面（或弱透水土、石子路面）两侧农田中各农户分别开挖水窖（瓶窖或长方体水窖），收集路面径流，浇灌作物（图 2）。这是近年在黄土高原出现最多的一种水窖配置模式。

图 2 路旁葡萄串式水窖配置模式
Fig.2 The "grape bunch"pattern of cellar arrangement
model along road

　　富平县底店村，座落在频山的半山坡上，富铜公路（富平至铜川市）横穿村镇，路面为沥青质，有较大的比降。每逢降雨，来自屋顶、场院、道路的径流顺路而下，冲刷道路和公路两侧农田，雨水白白流掉。近年，该乡列为陕西省渭北旱塬“窖灌农业”试点乡镇。根据规划，已在富铜公路（曹村至底店段）两侧果园内像葡萄串似的开挖水窖 120 余个，水窖密度达到 12 个/km，水窖容积一般为 50m³，采用滴灌、微喷、雾喷等微灌技术，浇灌果园，改变了过去千年旱塬靠天务果的局面，使苹果的产量增加 25%～35%，商品率提高 15%～25%。由于水窖布置在山坡上，因而可以利用地形落差压力，进行自压微灌，不仅节省了电能，而且管理方便。利用沥青路面集蓄雨水，集流效率高达 90%～95%，由于雨水径流被分段拦蓄，减轻了雨水径流对路面和路旁排水沟及农田的冲刷。

　　为了鼓励果农多挖水窖，充分利用降水资源，增加苹果产量和改善苹果品质，每立方米水窖政府补贴 10 元，大大激发了农民集蓄雨水，发展果园节水灌溉的热情。

1.3 场、院、凹地单点式配置模式

　　水窖单点式配置模式，是指在居民点的院内、打谷场边、山坡集水凹地等地方开挖水窖，以收集屋面、打谷场上、凹地上的径流，供人畜饮用或为庭院经济（果园、大棚蔬菜）、农田、植树造林提供灌溉水源。

　　黄土高原这种水窖配置模式分布最广，历史最为悠久。这种配置模式中的水窖形状以花瓶状者居多，根据当地的土质和施工经验，也有挖成枣核形、灯泡形和圆柱形的。水窖的容积多在 20m³ 左右。

　　根据观察，甘肃省定西县多年平均降水量为 425.1mm，容积为 20m³ 的水窖，一年可蓄水 2.5 次，亦即一年可蓄水 50m³。因此，兴修水窖，为在干旱和半干旱地区的农田发展节水灌溉提供了宝贵的水源。定西县高泉村农民李鹏，利用庭院硬地面集聚雨水，1991 年修建薄壁水泥水窖 2 眼，容积 30m³，每年积蓄径流 80m³，对 300 多株梨树进行灌溉，效益显著。1992 年收入 2000 多元，1993 年收入 2500 元，最大的梨单果重 0.7kg，品质优良，零售价高出当地市场价格 20%～30%。

2 窖水高效利用技术

　　与河流、湖泊、水库等水体相比，水窖储存的雨水极为有限，因此必须采用微灌（如滴灌、渗灌、微喷灌、穴灌、水肥穴灌等）技术，在作物需水关键期（如果树的开花座果期、果实膨大期，小麦的拔节期、抽穗期等）实行低定额灌溉补水，以使作物获得好的产量。

2.1 自压微灌

　　自压微灌是利用地形落差压力，通过管道将窖水输送至田间进行灌溉。由于自压微灌水的输送靠地形落差压力，不需外施动力，灌水不受动力（电、柴油机、汽油机）干扰，管理运行方便。

　　由于自压微灌是靠地形落差获得的势能，来推动水在管道中的传输和维持各类灌水器在设计水头下正常工作。因此，在选择水窑窖址时，其放水口应高于被灌田块适当位置，这一高差的大小随灌水器的种类不同而异。表 2 列举国内几种常用的微灌灌水器的最低工作水头与技术参数以供设计水窖时参考。

表 2　几种常见的微灌灌水器技术参数
Table 2 Parameters of several commonly used micro-irrigation equipments

　　微灌的灌水定额，对果树一般为 225m³/hm²，对粮食作物可采用
375～450m³/hm²，或者更低。

2.2 外动力加压微灌

　　当水窖最低蓄水位低于或平行被灌田块的地面时，这时必须通过机械设备将窖水抽出加压，而后输送至各灌水器以维持其在设计工作压力下正常出流。

　　外动力驱动设备有电动机（二相和三相电源）、柴油机、汽油机和手压泵等。与之相匹配的水泵有潜水泵、离心泵、自吸离心泵等。当前，适合于窖水微灌的加压机泵列于表 3 之中。

表 3　外动力微灌加压机泵技术参数
Table 3 Parameters of pump driven external pressure micro-irrigation

　　外动力加压微灌压力可以自由选择，因而其灌水器除了采用滴灌系统外，还可采用雾喷、微喷（美国雨鸟公司 SP 系列喷洒器、SW200 型系列喷洒器等），以缩短灌水时间，调节空气湿度，改善作物生态环境。

2.3 坑灌

　　先在果树周围修园形土堰，然后从水窖输水干管（自压或机压输水）上接上活动支管，灌水者手持支管逐坑浇灌果树。这种灌水方式可省去田间管网，降低系统造价。在无自压或机压取水的情况下，也可人工取水，用架子车拉到田间进行坑灌。

2.4 水肥穴灌

　　水肥穴灌是一种简便易行的节水灌溉技术。它是根据果树的年龄，在树冠周围，呈圆圈状挖 1～3 个坑，坑内施肥，填塞杂草绿肥，将水倒入坑中，坑上覆盖塑料薄膜以防止水分和养分蒸发，果树在生长发育过程中，根系从坑内和坑周边土壤中吸取养分和水分，达到增产的目的。

　　水肥穴灌坑的直径在 25cm 左右，坑的深度 50～60cm，坑的数量随果树和长势而异，一般而言，幼龄果树挖 1 个坑即可，处于盛果期的果树，每棵可挖 2～3 个坑，坑的位置每年异地重挖一次，轮流调换。

　　灌水时，水源可自水窖输水干管上接出进行滴灌，或者用架子车将水拉进果园，逐穴灌溉。

3 小结

　　(1) 水窖，这一年代久远的集蓄雨水的水土保持工程，过去曾在黄土高原干旱半干旱地区为缓解人畜饮水和抗旱中发挥过积极作用；今天，它被作为小型节水灌溉系统的水源工程正在大力推广，为黄土高原农业的持续发展发挥着重要作用。为使窖灌农业更加健康地向前发展，本文提出了窖灌农业中水窖规划布设时的 3 种配置模式，亦即：峁顶光头式；路旁葡萄串式和场、院、凹地单点配置模式。

　　(2) 针对窖水是一种极有限的雨水资源，本文推荐 4 种窖水高效利用技术，即：自压微灌、外动力加压微灌、坑灌和水肥穴灌。

参考文献

1	黄河水利委员会，黄河中游治理局．黄河水土保持志（《黄河志》卷八）[M]．郑州：河南人民出版社，1993
2	蒋定生．黄土高原水土流失与治理模式[M]．北京：中国水利水电出版社，1996

第一作者简介

蒋定生 (1936－)，男，湖南邵乐人，研究员，中国科学院有突出贡献专家，主要从事水土保持工程与节水灌溉技术研究。

基金项目：国家“九五”科技攻关项目 (96-006-02-04) 资助。