山区高效节水灌溉技术

裴 锋

高台县红崖子水利管理所，甘肃高台 734300

在山区地带，由于地形起伏、水源分散以及水资源有限等特点，对灌溉技术的研究与应用非常重要。山区高效节水灌溉技术的不断创新和发展，对提升农业生产水平、保护生态环境和实现可持续农业发展具有显著的推动作用。

1 山地自压喷灌技术

1.1 系统选型原则

第一，要坚持经济性原则。节水灌溉系统投资较小，但产生的经济效益却非常显著，因此必须在低投资的基础上进行选型。第二，要充分考虑因地制宜原则。在设计节水系统时，务必考虑当地水源状况、自然环境、农业需求、地形特点等方面，以确保系统不仅满足实际需要，还能够顺利推广应用。第三，确保运行管理的便捷性，实现当地水资源总量控制和定额灌溉管理，使其成为计量和征收费用的有效工具。

基于以上原则，采用自压喷灌技术，并采取半固定、固定式喷灌系统。固定式管道虽然灌溉效果显著，但管道使用量大、投资高且利用率低，经济效益相对较低。为避免占用耕地，降低成本，应选择半固定管道连接方式。该方式允许支管拆卸后移动，主管道则固定埋设在地下，经济效益较高[1]。

1.2 管道布置方案

(1)相关部门应根据喷灌区域的实际情况，进行系统的监测和调查分析。尽管在各项指标方面，喷灌系统都能够满足要求，但其水量的分布并不均匀，尤其下游部位的水压较大，容易导致喷头结构受损。这种现象主要源于压力分布的不均匀性。

为解决这一问题，需从根本出发，进行系统规划设计，紧密结合地形特点，重点解决压力分布、流量分配、梯田大小、相邻梯块高差等问题，以确保各个管道合理布置。在管道布置设计方案中，应特别关注坡地和梯田的坡度、走向、宽度等因素。在输水配水管道的设计过程中，必须充分考虑现场地形的多变性，确保管道设计科学、合理，以满足灌溉标准。对具备出水口的配水支管设计，首先要考虑实际情况，如路边田埂等因素，尽量满足双向供水的需求。在喷头的设计环节，主要采用正方形布置方式，以适应梯田地块的形状。

(2)喷头的设计阶段是高效节水灌溉技术中的重要环节，其关键原则在于确保整个灌溉区域都能得到充分的水源覆盖。这一原则的实现在于喷头的布置和设置，尤其需要重点考虑路边和边缘位置的支管。在这些位置，通常采用扇形喷洒方式，以保证水能够均匀地覆盖到这些相对较难达到的区域。通过合理的扇形喷洒，灌溉的效果能够得到最大化，确保植物在整个农田内都能获得足够的水分供应。

在固定式喷灌系统的运行过程中，支管设置的考虑尤为重要。在设计支管时，需要注意其坡度设置，尤其是逆向坡度，从而保障冬季排水效果，防止水在支管中积聚并因冻结而引发管道冻裂损坏，延长喷头和管道的使用寿命。此外，在管道的埋深设计过程中，应充分考虑实际情况，确保埋深适当，避免管道受到严寒天气的影响。

(3)为了进一步确保喷灌系统的稳定运行，需要根据实际情况制定喷灌工作制度，并在管道的运行管理方面加强工作，避免因管理不善而导致管道严重受损。当梯田宽度较大时，要考虑支管之间的间隔距离，确保其设置方向能够满足现场作业的要求，从而保障灌溉效果。

2 山地自压管灌技术

2.1 管网设计

在山地自压管灌系统的设计中，合理的管网设计能够保证水源供应充足、水流分配均匀，从而实现农田的高效灌溉。

(1)需要根据实际灌溉区域的地形、土质、坡度等因素，确定灌溉区域的划分和管道布局。在山地地形复杂多变的情况下，应充分考虑地势高低变化，合理规划主管道、支管道和分水口的位置。通常情况下，主管道沿着坡度较小的方向铺设，以保证水流畅通，支管道则连接到各个灌溉区域，实现均匀的水流分配。

(2)在山地自压管灌系统中，常采用PVC塑料管道，能够适应复杂的山地环境。相关部门根据实际的水流量和压力要求，选择合适的管道直径，以确保水流速度适中，使其在管道内保持稳定的流动状态。

(3)考虑到山地地形的陡峭和高差变化，应合理设置落差建筑物，如消力池和跌水口等，以减少水流速度和压力的变化，使管道免受损坏。在设计消力池时，需确保其长度和深度满足要求，以实现断面流速分布的均匀性。跌水口的设置要考虑水流的平稳性，避免水流冲击引发管道破裂。

(4)自动控制系统的应用能够进一步提高管网的效率和精度，通过传感器监测灌溉区域的土壤湿度和水流情况，实现智能化的水源供应和水流控制。

2.2 管网布置

在梯田地块相对狭小且高差较大、土壤湿陷性较为严重的情况下，布置管网至关重要，有助于灌溉水高效、均匀地供应到每个梯田，实现农作物的良好生长。

(1)由于梯田地块宽度相对较小、高差较大，其适合采用固定管道的方式进行输配水。固定管道可以确保稳定的水流和灌溉效果，减少水资源的浪费。在管网设计时，需要将主管道和支管道分为2个级别，以便更好地管理和控制供水。

(2)主管道的布置应与等高线垂直，即从上游到下游引水，以便水能够自然流动，并保持稳定的流速和压力。这有助于避免水流过快或过慢，从而确保灌溉的均匀性和有效性。支管道则应沿着梯田的长度方向平行布置，以适应地块的形状和高差变化。

(3)在支管道的布置过程中，应适当设置供水口，以便在不同梯田之间供水更加灵活和精准。一般可以考虑每隔40 m设置1个供水口，供水口可以采用给水栓进行控制，便于根据需求进行开关操作，从而有效减少管道长度，减少水流阻力，提高供水效率。此外，在山区地形和湿陷性较严重的情况下，选用耐腐蚀、耐压强度较高的材质十分必要。常见的选择是采用PVC塑料管道，因其具有轻便、耐用的特点，适合在山地环境下使用。

(4)在管网布置过程中，还应考虑管道的固定方式和防止漏水等细节。管道应采取适当的固定装置，以保证其稳定性和耐用性。同时，在接口处和弯头处应严密进行密封，以防止水流泄漏[2]。

2.3 运行方案

每条支管道每次开出1个水口进行轮灌，并且同时开启2或3条支管，根据先开后关的顺序，一组设备灌溉结束后，再开启另外一组，然后关闭。为了避免出现管道淤积、冻裂等危险，需要进行埋地布置管道，根据地形条件逆坡布置。灌溉工作结束后，支管内的水应直接排入干管内，以免管道内积水而造成冻胀危害。如果现场地形条件不允许，要利用水栓进行积水排出。

3 山地自压滴灌技术

3.1 滴灌系统的类型

在山地进行滴灌系统运行的环节，输水渠道沿着等高线布置，在该渠道以下高差5～20 m范围之内，作为山坡以及坡度较大的区域，为当地的经济以及生态造林发展提供基础。结合实际情况，选择合适的滴灌系统设计方案，保证运行管理的顺利开展，并且进行固定处理，满足当前灌溉作业要求。

3.2 管道系统布置

在滴灌系统的管道布置过程中，需要根据地形特点和灌溉要求，合理规划管道的布置。

(1)首先，相关部门应进行详细的地形测量和分析。滴灌系统应设置在地形为坡地且存在完善的梯田系统的地区。同时，需要了解不同梯田之间的高差、坡度以及地势变化，以便确定合适的管道布置方案。在地面相对比较平坦的区域，可以考虑将管道按照垂直方向进行布置，即从上游向下游引水，沿着垂直方向的等高线进行布置。

(2)根据地形特点，确定管道的起点和终点。通常情况下，起点可以选择位于较高处的水源位置，而终点则可以是灌溉区域的下方，以保证水能够顺势流动，实现自然引水。在布置过程中，应尽量避免管道的弯曲和急转弯，以保证水流畅通无阻。

(3)根据地势变化，确定管道的坡度。在坡地灌溉中，管道的坡度非常重要，它直接影响着水流的速度和压力。相关部门应根据实际情况合理选择管道坡度，确保水能够顺利流动，避免出现积水和阻塞的情况。坡度的设置要考虑到不同梯田之间的高差以及水流稳定性。

(4)在滴灌地形中，支管的设置要根据各个梯田的具体情况进行规划，以确保每个梯田都能够得到充分的灌溉。支管的布置要避免过长或过短，以保证水流均匀分布，避免灌溉死角。

(5)在管道系统布置的过程中，还应考虑到管道的材料选择、固定方式以及防止漏水等技术细节。选用耐用的材料，合理固定管道，采取防漏水措施，以确保管道系统长期的稳定性和可靠性。

4 山地渠道灌溉技术

4.1 山地渠道的特点

(1)在进行渠道灌溉布置时，需要通过管道和相关建筑物从水源地取水，以满足当前农田灌溉的需求。然而，山地灌区与平原灌区存在一些显著差异。山区地带的地形起伏明显，坡度陡峭，河床深刻，耕地分散，相对较高，因此对灌溉的水压有更高的要求。在山地灌溉中，干渠的设计需要考虑较高的高程、大的落差以及较长的线路，同时还要应对众多的弯曲变化。支渠的设置也是一个挑战，由于流量较小、落差较大，容易产生冲刷作用，对整个渠道的运行效果造成不利影响。

结合当前山区灌区的特点，必须综合考虑多方面因素，包括国家经济发展状况、地方政府财政能力、农村经济发展情况、农民筹资能力等。山区地带的灌溉设置环节具有较高的复杂性和难度。因此，渠道灌溉仍然是农村地区主要的灌溉方式。必须解决好引水下山的问题，才能够有效促进灌溉效果的提升[3]。

(2)在山区地带进行灌溉设计时，渠道的设置至关重要。通常情况下，渠道应当与等高线垂直布置，尤其是在上部坡度较陡的区域。由于山区地形的特殊性，渠道的落差较大，耕地主要位于坡地上，因此灌溉任务相对较为艰巨。很多地区难以进行有效灌溉。原有渠道普遍存在严重损坏的情况，多种因素造成渠道无法满足正常使用需求，设计不合理是其中的主要原因。山区地带的梯田多集中于支渠的下部，相邻梯田之间的高差差异明显，高程变化范围广泛，在1～5 m之间，甚至有些高度超过10 m，而下游区域的渠道很难满足运行标准，即使勉强投入使用，也难以避免短时间内的冲毁风险。

此外，某些位置的高差变化尤为严重，而其他地方的坡度则较为缓和。上游地区水流湍急，夹杂着泥沙，对下游地区产生冲击影响，常导致渠道淤积泥沙的问题，对后续灌溉操作和农作物的生长产生不良影响。因此，在灌溉系统运行中，必须根据实际情况，加强渠道设计和分析，采取措施消除由落差引起的问题，以提升整个系统的运行稳定性和灌溉效果。

4.2 人工加糙的设计思路

常规渠道设计中，水头损失较为严重，因此会采取较小糙率的材料。渠道灌溉中，下山渠道要适当地增大输水材料的糙率，通过人工加糙的方法，增强渠道扩散效果，减小流动速度，改善下流状态，消除水动能，使得下游渠道得到充分的保护。该方式具有明显优势，应结合实际情况确定结构形式、尺寸、渠道落差等方面因素。在人工加糙的环节，下山渠道设计极为重要，应选择符合系统运行标准的材料，减小水流的冲击作用，延长渠道应用寿命。

4.3 下山渠道的设计形式

经过详细的实地检测和调查分析，发现落差建筑物上游的冲刷问题主要源于跌水口的单宽流量较大。在山区地形复杂多变的情况下，水流的速度和压力在经过跌水口时会显著增加，导致水流冲刷渠道底部和侧壁，进而影响整个渠道的稳定性。针对这一问题，需要采取相应的措施来减缓水流的速度和压力，以减少冲刷现象的发生。

4.4 下游衔接建筑物的设计

在山区灌溉工程中，消力池的设计较为重要。消力池不仅可以减缓水流的速度和压力，还能有效降低水流带来的冲击力，保护渠道和建筑物不受损坏。然而，要确保消力池的有效运行，需要在设计阶段考虑多个因素。

第一，消力池的长度和深度必须满足一定的要求，以确保水流在池内有足够的时间来减缓速度和分散压力。通过合理的长度和深度设计，可以有效降低水流的动能，从而减少冲击力对渠道的影响，提高整个灌溉系统的稳定性和可靠性。第二，在消力池的设计中，应通过合理设置糙条，使水流在消力池内得到有效的分散和消能，从而降低水流的速度和压力，保护渠道和结构物的完整性[4]。

5 山区高效节水灌溉技术发展趋势

高效节水灌溉技术正呈现出蓬勃的发展趋势，其不断融合现代科技的力量，可以有效应对日益严峻的水资源挑战。信息技术、传感器和自动控制系统等关键要素在其中发挥着重要作用。随着信息技术的飞速发展，农田灌溉正逐步向数字化、智能化方向迈进。先进的传感器技术能够实时监测土壤湿度、气象数据、作物生长状态等关键参数，为灌溉决策提供精准依据。自动控制系统则能够根据传感器数据进行智能化调控，实现精准的灌溉量和时机，最大限度地降低水分浪费。

高效节水灌溉技术未来将进一步拓展其应用范围，使其适合多样的农业生产情境。先进的信息技术将实现农田灌溉的远程监控和管理，农民可以通过手机或电脑实时掌握田间水情，进行智能调度。传感器技术不仅将关注土壤和气象数据，还会越来越注重作物生理参数的监测，以实现更精准的灌溉决策。自动控制系统将进一步智能化，采用人工智能算法进行数据分析和预测，实现自动化灌溉调控，提高灌溉效率和水资源利用率。

6 结束语

山区高效节水灌溉技术的不断推进和应用，为山区农业的可持续发展提供了有力支持。通过科技创新和工程实践，能够在充分考虑地形、水资源和作物需求的基础上，合理设计和布局灌溉系统，提高用水利用效率，减少水资源浪费，降低环境压力。这不仅可以增加农产品产量，改善农民收入，还能够缓解山区地区的水资源短缺问题，实现农业可持续发展的目标。往后，还要不断深化技术研究，加强实际应用，促进山区高效节水灌溉技术的广泛应用，为山区农业的繁荣和可持续发展贡献更大的力量。