探讨滴灌技术在山地上的应用

黄祖敬

（广西水力机械研究所有限公司，广西 柳州 545100）

0 引言

滴灌系统是高效节水灌溉技术之一，比喷灌、微喷灌等灌溉技术更节水，能够以较少的水量促进农作物增产，提高了水资源的利用率，使有效的水资源发挥出更大的效益。近十年来，旱灾越加频繁的发生，特别是2022 年，长江中下游、西南等地区发生严重干旱，对农业造成了严重的损失，严重影响了农业生产者的收益。由于我国山地较多，有较大部分农作物种植在山地上，山地上的农作物一般缺乏自流灌溉的水源，只能种植一些低产值的旱作物。因此在山地上使用滴灌灌溉系统能够为农作物提供生长需水，也能够改变山地上的种植结构及改种产值较高的农作物，提高农业生产者的收益及生活水平[1]。因此在山地上推广滴灌灌溉节水技术的应用是有必要的。

1 前期调研及基础资料收集

灌区前期的调研及基础资料收集是为了更好的开展灌区滴灌系统的工作，保证滴灌系统满足灌区农作物的灌水需要，使其更切合实际，达到节水节能高效高产。使投入的工程建设资金、运行管理费用、经济效益产出，这三者达到效益最大化。工作实践中，没有调研就没有发言权，就无法使滴灌系统的工况切合灌区的实际，因此应重视灌区的前期调研及基础资料的收集。在灌区开展调研工作时，准确的收集好以下5 类基础资料。

1.1 灌区现状设施调查

了解清楚灌区内或附近是否存在已建的水利设施，及灌区是否通水、通电、通路等情况。若存在水利设施，须掌握其是否能够继续使用和完好率，是否能接入灌区使用。在灌区实施滴灌系统灌溉工程时，应考虑充分利用现有水利设施，以便减少资金投入。

1.2 地形地貌及土壤基本情况

灌区的地形地貌是滴灌系统布置、管网布置及最不利工况计算等所必需基础资料，应当通过测量得出灌区的地形地貌。通过现场观察及触摸进行大致判断土壤的质地，并参考当地的土壤容重确定灌区的土壤容重值及土壤田间持水量的上下限值，也可通过土壤湿度仪测定农作物的土壤湿度进行判别[2]。

1.3 灌区的气候条件

灌区内的降水量资料，可按照旬或月来统计历年的降水量或历年农作物生育期的降水量，若灌区缺乏降水量资料时，可通过参考附近降雨量测定站的数值及水文资料等综合确定。若灌区缺乏农作物的需水量资料时，可利用水面蒸发量资料估算作物的蓄水量，蒸发量可通过当地气象站查询。地下水文资料可通过查阅区域内的水文地质图确定。

1.4 灌区农作物的基础资料

农作物基础资料的调研应当了解清楚灌区内的作物种植种类、种植面积、种植的株行距、分布范围、生长阶段及生长期天数、主要根系活动层深度、需水量等资料。农作物的主要根系活动层深度一般取作物根量占总根量的80%～90%。农作物的需水量是制定灌溉制度的重要依据之一，它受农作物的种类、品种、土壤性质、遮阴率等诸多因素的影响，一般通过实测资料确定，可参考当地或邻近地区灌溉实验数据资料，并分析确定符合灌区内作物的需水量值。在缺乏实测资料数据及邻近地区无该作物的实验数据资料时，可查阅国内省份有关作物需水量的参考资料进行估算得出。

1.5 灌区的水源基础情况

万物生长离不开水，灌区是否存在可靠的水源，直接影响到滴灌系统工程是否能够实施。因此水源基础资料的调查是调研工作的重中之重。了解清楚附近是否存在河流等地表径流经过。若无地表水作水源时，可采用地下径流作为水源，但须确定典型年枯水期单井出水量、动水位等情况[3]。采用多井作为水源时，两井之间的距离以不影响到两井稳定的出水量为准，难以确定时，可参考规范值并经过计算确定。

通过对灌区的五大基础资料翔实的调查研究，确定出灌区合理的规划方案，并借鉴同类作物的灌水情况的实验数据，综合分析，作出符合灌区的灌水制度及后期运行管理制度。

2 灌溉工艺流程的选择

山地区域内，溪水、河流等水源一般汇流在山谷之间，通常无法采用自流灌溉，需要通过水泵加压提水进行灌溉。但是采用不同的灌溉工艺流程，对资金投入、后期的运行管理费用产生着重要影响。符合现场实际的灌溉工艺流程，能够使投入与产出达到经济效益的最大化。山地的滴灌系统的灌溉工艺流程基本如下两种（以水源充足，不修建蓄水池为例）。

（1）水源→水泵→过滤系统（施肥器与过滤器并联布置）→干管→支管→毛管。

这种工艺流程节省了辅管这一环节，相应的减少了建设辅管的资金投入，较节省成本。但在支管上直接打孔，并采用双环拉扣连接出地管。出地管须采用PE塑料软管。若采用输水带作出地管，土层自然密实后，输水带会受到土压力的挤压而产生变形，导致毛管的进口流量减少，直接影响到农作物的灌水效果及灌水均匀度，进而影响到农作物的产量。由于支管埋设于地下，支管上打孔数量较多，间接改变了支管承受的土壤压力，并且支管出现损坏或漏水，维修起来比较费时费力，维修费用较高，不易于后期运行管理，出地管容易遭到破坏，造成管道堵塞。

（2）水源→水泵→过滤系统（施肥器与过滤器并联布置）→干管→支管→辅管→毛管。

这种灌溉工艺流程在第一种灌溉工艺流程的基础上加入了辅管这一环节，辅管布置在地上，并且毛管直接连接辅管进行灌溉，既能较完好的保护了支管承受的压力值，又能够清楚的判断毛管端口连接辅管处是否漏水。山地地势落差较大，为了保证滴灌灌水的均匀度，可以缩短辅管的布置，并在辅管接入处设置减压措施，避免灌水不均匀引起的汇流，对山地造成水土流失。

相对于第一种灌溉工艺流程，这种灌溉工艺流程前期资金投入相对较多，但是后期易于管理，更换毛管，后期管理维修费用较低，易于耕种。

3 管道布置

干管、支管的布置取决于灌溉区域内的地形地势、水源、作物种类分布，并充分考虑施工、运行管理对田间作物的影响，并与种植范围内的道路、供电、营地等相结合，做到统筹安排，使管道的走向符合灌区实地情况，合理的管道布局方便运行管理及维护。

在平缓的地形中，干管一般是根据支管的实际走向进行布置，支管一般垂直于等高线或种植行。但在山地地形中，支管的布置形式能够影响到支管末端毛管的灌水压力，支管端口尽可能顺坡布置及垂直种植行，使支管内的压力水从高处流向底处。

若在山地地形逆坡布置，支管内的水流从低处往高处流，流量逐渐减少，压力也随之降低，若支管内的压力值降低到一定程度时，支管较高处的末端毛管进口压力就受到影响，灌水均匀度无法保证，会造成毛管前端出水，中后段毛管无水流出，或毛管前段出水流量大，中后段毛管出水流量小。因此在山地中布置支管时，支管入口端应当布置在高处，支管末端布置在低处，并且垂直于等高线（种植行布置），这样方便毛管平行于等高线（种植行布置），确保毛管灌水均匀度，提高滴灌系统的灌水效果，促进农作物增产[4]。

4 减压措施

由于山地地形复杂，地势起伏参差不齐，落差较大，为了保证毛管的灌水均匀度，需要控制灌水单元的进口压力。因此需要对自由水头过高的灌水单元进口端布置减压措施，控制其进口水头在合理的范围内。可采取以下3 种措施进行减压。

（1）通过逐级减少管道管径，增加管道的沿程水头损失及局部水头，达到减少灌水单元进口的自由水头。在山地地形中布置支管，若入口至末端的支管均采用同等管径布置时，支管进口至末端的流量越来越少，在管径不变的情况下，水头损失变小，位能变大，自由水头沿程变大，即支管中后段连接的灌水单元进口压力变大。为了保证毛管灌水的均匀度，可通过减少支管的管径，增加总水头损失，可以相应的降低自由水头，使灌水单元的进口水头稳定在规定的范围内。

（2）在灌水单元进水口处布置减压阀，通过减压阀来调节管道流量来减少管道进口压力。在滴灌系统中，为了保证毛管的灌水均匀度，应当保持灌水单元进口压力在规定的偏差范围内，从而使毛管入口压力保持稳定，致使整个灌水单元内的毛管灌水均匀度。在满足农作物生长需水要求的同时，既能够节省水，又能够避免灌水不均匀而产生的汇流对山地造成冲刷。

（3）在灌水单元进口布置两个闸阀，其中一个闸阀为启动阀门（即开启及关闭闸阀），另一个闸阀则通过调节阀门的开启度来调节管道中的流量，以到达控制管道进口的压力，满足毛管入口压力在允许的偏差范围内。调节的闸阀须在实际现场灌水中进行调试，调试完成后，应当标志区分清楚启动闸阀及调节闸阀，方便后期运行管理，避免操控错闸阀。

5 滴灌系统的工作制度

滴灌系统是否符合山地地形的灌水要求，投入与产出是否成正比，关键因素之一就是合理选择滴灌系统的工作制度。它影响着工程投入与后期运行管理的费用，也影响到灌水单元内的灌水效果，间接影响到农作物的产量。在选择滴灌系统的工作制度时，应充分考虑灌溉面积大小、作物种类、水源情况、后期管理形式和经济效益等因素[5]。滴灌系统的工作制度一般可划分为3 种，分别如下。

5.1 随机供水灌溉

随机供水灌溉一般适用于一个滴灌系统内包含有多个种植大户、种植多种农作物的形式。属于不定时的灌水，这种灌溉形式的资金投入相对较大，没有统一规划的灌水时限，后期不易管理，会出现多个种植户同时灌水的情况，可能造成部分地块出水流量不足及压力交底的现象。

5.2 续灌

续灌为全系统内管道同时开启灌水，对灌区内的所有农作物同时灌水，该方式灌水的系统流量比较大，致使供水管道的管径偏大，相应的增加了工程资金的投入。因此续灌模式一般适用于灌溉面积比较小的滴灌系统，如一个或几个温室大棚组成的灌溉系统，作物单一、面积较小的灌区适用滴灌系统的续灌工作制度。

5.3 轮灌

轮灌是控制灌区面积比较大的滴灌系统通常采用的工作制度，在满足作物需水的情况下，划分为多个轮灌组，按规划编制好的轮灌组分次进行灌水。轮灌组划分的数量取决于灌区的面积、系统流量、毛管滴孔的流量、日工作时间、一次延续灌水时间、作物的灌水周期等。通常把灌区划分为多个面积和流量相等（或相近）的轮灌组，并且综合考虑管理体制的适应性、便捷性、轮灌组个数适量性。轮灌组的流量相等（或相近），能够使水泵运行稳定，提高水泵的效率，降低能耗，节省运行费用；轮灌组数量过少则资金投入较大，过多则不利系统的运行管理。轮灌组最大数目可由式（1）计算求得：

式中：Nmax——轮灌组最大数目，个；td——日运行最大时数，h/d；T——设计灌水周期，d；t——一次灌水延续时间，h。

一般情况下，轮灌系统日最大工作运行时间不大于20h，但根据近年来国内外滴灌系统的灌水经验，为了降低工程造价，尤其是自动化控制系统灌水的日最大工作运行时间能够达到22h。

6 滴灌系统工况确定

在确定滴灌系统工作设计水头时，首先识辨出灌区内最不利灌水单元的工况，即最不利轮灌组的灌水所需的设计水头。可先按式（2）计算出总干管进口的设计水头：

式中：H——总干管进口的设计水头，m；Zp——最不利灌水单元管网进口的高程，m；Zb——总干管进口的高程，m；h0——灌水单元的进口工作水头，m；hf——总干管进口至最不利灌水单元进口的管网沿程水头损失，m；hj——总干管进口至最不利灌水单元进口的管网局部水头损失，m。

通过式（2）计算出总干管进口的设计水头后，可分3 类情况进行分析计算整个系统设计水头。①当滴灌系统中田间灌水工艺流程采用高位水池自流供水时，总干管进口水头≤高位水池出水管的高程。②当采用离心泵直接供水时，整个系统的设计水头须增加首部枢纽的总水头损失及离心泵进水口至总干管进口处的高程差。③当采用潜水泵直接供水时，须增加首部枢纽的总水头损失及机井内动水位至总干管进口处的高程差。滴灌首部枢纽的总水头损失包括过滤设备的水头损失、沿程水头损失及局部水头损失。

若采用离心泵或潜水泵直接供水时，当计算出整个系统的设计水头并选出水泵后，应再次计算确定从水泵处至各个灌水单元进口处是否有富余的自由水头，若有富余的自由水头，应当减压至灌水单元的工作水头范围偏差内，确保灌水单元的灌水均匀度。

7 结语

总而言之，为了使滴灌技术在山地上得到更贴合实际的应用，须对灌区进行全面的踏勘调研。在规划实施完成后，以实际灌溉参数为主，调整相应的规划，归纳总结出符合灌区的滴灌灌溉技术。只有这样，才能使滴灌技术在山地上得到更好、更充分的使用，为农业生产者创造出更大的经济效益。