非耕地蓄水防洪防旱增加地下水补给系统工程 本发明属于水利工程和农牧业基础设施。
我国的洪涝灾害每年都有,直接经济损失都在1000亿元以上。防治洪涝灾害对保障人民生命财产的安全是极为重要的。干旱使我国许多地区年年干旱,近年非洲灾难深重。全世界洪涝和干旱灾害的频发,已影响到社会的持续发展。洪涝和干旱灾害的防治是当前人类面临的主要环境问题之一。
当前对洪涝和干旱灾害的防治,存在两种不足:倾向于以被动防治为主;把洪、涝、旱三者分别防治。因此,投入很大,实效有限。
本人已发明《城镇雨水零排放系统工程》,使城镇范围内的降水全部渗入地下,作为降水区范围内的供热水水源;又提出了《耕地蓄水防洪防旱增加地下水补给系统工程》(均已申请发明专利)。城镇和耕地范围内降水的得到贮存和因地因时的调控,可以使多数大小河流的流量和地下水位趋于稳定,在防治洪涝和干旱方面起巨大作用。但在地球表面,城镇和耕地只占很小部分。我国耕地面积为18.26亿亩,而仅牧草地面积就达39.3亿亩,还有更大面积的荒山野岭。所以将广袤草地和山岭的降水,与城镇和草地耕地的降水一起调控与利用,才可能做到天下无洪、少旱,在其它措施配合下实现全球常年农牧渔的丰收,人类食物安全就有了根本保证。
对山区降水的利用与调控,迄今为止仅限建水库养殖加发电。但由于适宜建水库的河谷等地形太少,水库对这方面的作用相当有限,且往往土方量和投资很大。若将水库的概念由筑高坝贮水扩充为挖坑筑低坝贮水,则水库对库区地形的苛求就不再存在,地球表面的降水到处可以入“库”贮存与利用。这在地理和地质上是完全可行的。
在山麓附近的地带,它是第四纪全新世的坡积、冲积物;在山区开阔较平坦的山谷中,它也是这样的松散沉积物。在这样的地理条件的地区,大致沿地形等高线挖沟,挖出的土方就近堆成矮堤。由于库区地形平缓、面积又大,矮堤可有可观的库容。
现代挖掘机械和材料,为平地缓坡建水库提供了有利条件。
现代挖掘机械的效率很高,且已在许多地区普遍使用。挖掘机就近取土、筑堤,工程进度快,投资少;,也可用推土机推土筑堤。挖掘机的动力,除柴油外,还可用网电,或风电和光电。在干旱少雨地区,为控制库坡、库底和堤坝渗漏,可铺塑料膜。在库水作为水源时,不必挖引水明沟,可用双面搪玻璃钢管(它几乎不会腐蚀,且不易结垢,结垢了易清除,故可长期使用),自流供水或加压抬高水位后自流供水。当集水区作为水源地采取保护措施后,这水库的清洁水源还可自流为居民供饮用水。
按地形不同,这平地建水库可分四种情况:
沿山麓挖沟筑坝,可选地形图上一条等高线位置建水库。
在开阔缓坡的山谷推土挖沟筑堤:以推土机推出一定的水平面积,再挖沟筑堤。
对周围的或大或小的标高相近的高山区或隆起地区,可沿围绕它们周围的封闭等高线建环形水库。大型的高山区,如我国的泰山山脉,其周边为高程相近的平原区,可建大型的环形水库。
对平缓单向倾斜草原,可每隔几米(或十几米)高差,挖沟筑堤,类似于平原梯田。
上述四种水库可合称平地水库,它们的主要功能因当地的气候而定。降水丰富的地区,主要为调节地表迳流(稳定河流水位)和为地下水提供补给充足稳定的水源为主。在极干旱地区,要促使降水全部经渗透补给地下水,使地下水水位稳定且较高,有利提高毛细水上升高度,防止土壤出现旱象。但在大部分地区,兼有畜水供水、调节地表迳流、补给地下水和发展养殖业的功能。对长大型水库(如环泰山水库)和大型山麓的水库,还可作为运河使用,可行驶客运和货运船只。
水库建造必然会毁掉许多绿地甚至耕地,但这会有更多的生态效益。上述建库地区非耕地占绝大部分。这些地方生态效益多不好,绿色植物吸收的CO2量相对不多。当建成平地水库后,水中的藻类和水草吸收的CO2远高于同面积的陆生植物。水库生产的植物类(如莲藕、菱角和茭白等)和动物类(如鱼类、龟鳖、蟹虾、贝类和珍珠)的产值将远高于同面积的陆地产出,经济效益更为突出,是当地农民致富、村镇发展的最佳选择。当地人们的蛋白质来源可由畜禽为主,改为以水产品为主。禽畜要与人争粮争地,其肉类含胆固醇也高,还易发生人禽、人畜共患的疾病或传染病,而鱼类等就没有这些缺点。
水能吸收地震波,汶川地震中四面环水的建筑就没有因强震和其多次余震而受损,所以沿堤坝可以建水景建筑,还是防震安全房。
可见平地水库的社会效益是极其巨大的。
平地建水库的一般模式如下(说明书附图):附图为沿地面坡向的剖面图。图中,1和1′为地形面。2和2′为原地形面(为建平地水库而挖掉地地面)。3为腐殖土层。4为腐殖土下的透水层。5为推土机和挖掘机挖出的平地水库上坡和库底。6为沿堤深水沟,它最大蓄水深度2米,沟宽适量(主要由筑堤所需土量而定),其作用是在排尽库水时,或冬季结冰时,保持沟中水深,供鱼类照常活动;也是小船航道(运河)。7为堤坝,一般为土质(利用挖库时排出的土方),但当堤较高(例如大于2米)时,也可考虑用混凝土。当库容极大,且其泄水通道有居民点等重要建筑物受威胁的水库,为保证绝对安全,应构筑钢筋混凝土坝。无论何种堤坝,其建库前的原始泄水道不能改,都应保持完好通畅。8为库底排水管(有阀门),其排水高度与库底一致,与沟6的顶面一致。9为水库水位标尺和防鱼逃逸栅。10(虚线)为水库最大蓄水高度,它与堤坝的泄水口的高度一致。泄水口(高度)和库底排水管(高度)控制水库的最高水位和最低水位。在泄水口还有可上下升降的堰板,可将水库水位在最高水位与最低水位之间任意调节。在库底,出于防渗漏和促渗漏的不同目的,可铺或不铺塑料膜。11为水库泄水沟,通常为原始排水沟,要注意保护和疏通。12为耕地或居户,是蓄水的可能用户。
库容大小,可按水库的集水区域面积、地形、地面迳流系数,再按暴雨量(降水100mm)计算。库容决定后,再根据地形和表土情况决定是宽库矮堤,还是窄库高堤(堤不宜太高),要求土方量最少为宜。
在水库日常管理中,要根据地区的气候、季节和降水天气预报而变化:
干旱地区:主要为防渗漏以蓄水,可用塑料膜或水泥注浆止渗;或增强对地下水补给,这时要助渗而不必防渗(可爆破地下水含水层,使岩石破碎或打钻孔)。
多雨地区:在雨季之前可将库水排尽(或降低水位)腾出库容,以备蓄水防洪,降(除)河洪,不必防渗,还可采取增渗措施。
少雨地区:在天气预报有暴雨,降水概率很大时,在暴雨前一天将库水排尽(或降低水位),备蓄次日山洪。也可在暴雨过后形成内涝的地区,将滞留在内涝区的洪水以水泵输入平地水库贮存。水库存水可用于使河流流量的稳定,或补给地下水。
各种气候条件下的蓄水,都可自流或加压输送用于灌溉耕地和居民生活用水。输水管道用内外搪玻璃钢管(它不腐蚀又不易结垢,又容易疏通,可长期使用)。