山區高效節水灌溉技術

裴 鋒

高臺縣紅崖子水利管理所，甘肅高臺 734300

在山區地帶，由于地形起伏、水源分散以及水資源有限等特點，對灌溉技術的研究與應用非常重要。山區高效節水灌溉技術的不斷創新和發展，對提升農業生產水平、保護生態環境和實現可持續農業發展具有顯著的推動作用。

1 山地自壓噴灌技術

1.1 系統選型原則

第一，要堅持經濟性原則。節水灌溉系統投資較小，但產生的經濟效益卻非常顯著，因此必須在低投資的基礎上進行選型。第二，要充分考慮因地制宜原則。在設計節水系統時，務必考慮當地水源狀況、自然環境、農業需求、地形特點等方面，以確保系統不僅滿足實際需要，還能夠順利推廣應用。第三，確保運行管理的便捷性，實現當地水資源總量控制和定額灌溉管理，使其成為計量和征收費用的有效工具。

基于以上原則，采用自壓噴灌技術，并采取半固定、固定式噴灌系統。固定式管道雖然灌溉效果顯著，但管道使用量大、投資高且利用率低，經濟效益相對較低。為避免占用耕地，降低成本，應選擇半固定管道連接方式。該方式允許支管拆卸后移動，主管道則固定埋設在地下，經濟效益較高[1]。

1.2 管道布置方案

(1)相關部門應根據噴灌區域的實際情況，進行系統的監測和調查分析。盡管在各項指標方面，噴灌系統都能夠滿足要求，但其水量的分布并不均勻，尤其下游部位的水壓較大，容易導致噴頭結構受損。這種現象主要源于壓力分布的不均勻性。

為解決這一問題，需從根本出發，進行系統規劃設計，緊密結合地形特點，重點解決壓力分布、流量分配、梯田大小、相鄰梯塊高差等問題，以確保各個管道合理布置。在管道布置設計方案中，應特別關注坡地和梯田的坡度、走向、寬度等因素。在輸水配水管道的設計過程中，必須充分考慮現場地形的多變性，確保管道設計科學、合理，以滿足灌溉標準。對具備出水口的配水支管設計，首先要考慮實際情況，如路邊田埂等因素，盡量滿足雙向供水的需求。在噴頭的設計環節，主要采用正方形布置方式，以適應梯田地塊的形狀。

(2)噴頭的設計階段是高效節水灌溉技術中的重要環節，其關鍵原則在于確保整個灌溉區域都能得到充分的水源覆蓋。這一原則的實現在于噴頭的布置和設置，尤其需要重點考慮路邊和邊緣位置的支管。在這些位置，通常采用扇形噴灑方式，以保證水能夠均勻地覆蓋到這些相對較難達到的區域。通過合理的扇形噴灑，灌溉的效果能夠得到最大化，確保植物在整個農田內都能獲得足夠的水分供應。

在固定式噴灌系統的運行過程中，支管設置的考慮尤為重要。在設計支管時，需要注意其坡度設置，尤其是逆向坡度，從而保障冬季排水效果，防止水在支管中積聚并因凍結而引發管道凍裂損壞，延長噴頭和管道的使用壽命。此外，在管道的埋深設計過程中，應充分考慮實際情況，確保埋深適當，避免管道受到嚴寒天氣的影響。

(3)為了進一步確保噴灌系統的穩定運行，需要根據實際情況制定噴灌工作制度，并在管道的運行管理方面加強工作，避免因管理不善而導致管道嚴重受損。當梯田寬度較大時，要考慮支管之間的間隔距離，確保其設置方向能夠滿足現場作業的要求，從而保障灌溉效果。

2 山地自壓管灌技術

2.1 管網設計

在山地自壓管灌系統的設計中，合理的管網設計能夠保證水源供應充足、水流分配均勻，從而實現農田的高效灌溉。

(1)需要根據實際灌溉區域的地形、土質、坡度等因素，確定灌溉區域的劃分和管道布局。在山地地形復雜多變的情況下，應充分考慮地勢高低變化，合理規劃主管道、支管道和分水口的位置。通常情況下，主管道沿著坡度較小的方向鋪設，以保證水流暢通，支管道則連接到各個灌溉區域，實現均勻的水流分配。

(2)在山地自壓管灌系統中，常采用PVC塑料管道，能夠適應復雜的山地環境。相關部門根據實際的水流量和壓力要求，選擇合適的管道直徑，以確保水流速度適中，使其在管道內保持穩定的流動狀態。

(3)考慮到山地地形的陡峭和高差變化，應合理設置落差建筑物，如消力池和跌水口等，以減少水流速度和壓力的變化，使管道免受損壞。在設計消力池時，需確保其長度和深度滿足要求，以實現斷面流速分布的均勻性。跌水口的設置要考慮水流的平穩性，避免水流沖擊引發管道破裂。

(4)自動控制系統的應用能夠進一步提高管網的效率和精度，通過傳感器監測灌溉區域的土壤濕度和水流情況，實現智能化的水源供應和水流控制。

2.2 管網布置

在梯田地塊相對狹小且高差較大、土壤濕陷性較為嚴重的情況下，布置管網至關重要，有助于灌溉水高效、均勻地供應到每個梯田，實現農作物的良好生長。

(1)由于梯田地塊寬度相對較小、高差較大，其適合采用固定管道的方式進行輸配水。固定管道可以確保穩定的水流和灌溉效果，減少水資源的浪費。在管網設計時，需要將主管道和支管道分為2個級別，以便更好地管理和控制供水。

(2)主管道的布置應與等高線垂直，即從上游到下游引水，以便水能夠自然流動，并保持穩定的流速和壓力。這有助于避免水流過快或過慢，從而確保灌溉的均勻性和有效性。支管道則應沿著梯田的長度方向平行布置，以適應地塊的形狀和高差變化。

(3)在支管道的布置過程中，應適當設置供水口，以便在不同梯田之間供水更加靈活和精準。一般可以考慮每隔40 m設置1個供水口，供水口可以采用給水栓進行控制，便于根據需求進行開關操作，從而有效減少管道長度，減少水流阻力，提高供水效率。此外，在山區地形和濕陷性較嚴重的情況下，選用耐腐蝕、耐壓強度較高的材質十分必要。常見的選擇是采用PVC塑料管道，因其具有輕便、耐用的特點，適合在山地環境下使用。

(4)在管網布置過程中，還應考慮管道的固定方式和防止漏水等細節。管道應采取適當的固定裝置，以保證其穩定性和耐用性。同時，在接口處和彎頭處應嚴密進行密封，以防止水流泄漏[2]。

2.3 運行方案

每條支管道每次開出1個水口進行輪灌，并且同時開啟2或3條支管，根據先開后關的順序，一組設備灌溉結束后，再開啟另外一組，然后關閉。為了避免出現管道淤積、凍裂等危險，需要進行埋地布置管道，根據地形條件逆坡布置。灌溉工作結束后，支管內的水應直接排入干管內，以免管道內積水而造成凍脹危害。如果現場地形條件不允許，要利用水栓進行積水排出。

3 山地自壓滴灌技術

3.1 滴灌系統的類型

在山地進行滴灌系統運行的環節，輸水渠道沿著等高線布置，在該渠道以下高差5～20 m范圍之內，作為山坡以及坡度較大的區域，為當地的經濟以及生態造林發展提供基礎。結合實際情況，選擇合適的滴灌系統設計方案，保證運行管理的順利開展，并且進行固定處理，滿足當前灌溉作業要求。

3.2 管道系統布置

在滴灌系統的管道布置過程中，需要根據地形特點和灌溉要求，合理規劃管道的布置。

(1)首先，相關部門應進行詳細的地形測量和分析。滴灌系統應設置在地形為坡地且存在完善的梯田系統的地區。同時，需要了解不同梯田之間的高差、坡度以及地勢變化，以便確定合適的管道布置方案。在地面相對比較平坦的區域，可以考慮將管道按照垂直方向進行布置，即從上游向下游引水，沿著垂直方向的等高線進行布置。

(2)根據地形特點，確定管道的起點和終點。通常情況下，起點可以選擇位于較高處的水源位置，而終點則可以是灌溉區域的下方，以保證水能夠順勢流動，實現自然引水。在布置過程中，應盡量避免管道的彎曲和急轉彎，以保證水流暢通無阻。

(3)根據地勢變化，確定管道的坡度。在坡地灌溉中，管道的坡度非常重要，它直接影響著水流的速度和壓力。相關部門應根據實際情況合理選擇管道坡度，確保水能夠順利流動，避免出現積水和阻塞的情況。坡度的設置要考慮到不同梯田之間的高差以及水流穩定性。

(4)在滴灌地形中，支管的設置要根據各個梯田的具體情況進行規劃，以確保每個梯田都能夠得到充分的灌溉。支管的布置要避免過長或過短，以保證水流均勻分布，避免灌溉死角。

(5)在管道系統布置的過程中，還應考慮到管道的材料選擇、固定方式以及防止漏水等技術細節。選用耐用的材料，合理固定管道，采取防漏水措施，以確保管道系統長期的穩定性和可靠性。

4 山地渠道灌溉技術

4.1 山地渠道的特點

(1)在進行渠道灌溉布置時，需要通過管道和相關建筑物從水源地取水，以滿足當前農田灌溉的需求。然而，山地灌區與平原灌區存在一些顯著差異。山區地帶的地形起伏明顯，坡度陡峭，河床深刻，耕地分散，相對較高，因此對灌溉的水壓有更高的要求。在山地灌溉中，干渠的設計需要考慮較高的高程、大的落差以及較長的線路，同時還要應對眾多的彎曲變化。支渠的設置也是一個挑戰，由于流量較小、落差較大，容易產生沖刷作用，對整個渠道的運行效果造成不利影響。

結合當前山區灌區的特點，必須綜合考慮多方面因素，包括國家經濟發展狀況、地方政府財政能力、農村經濟發展情況、農民籌資能力等。山區地帶的灌溉設置環節具有較高的復雜性和難度。因此，渠道灌溉仍然是農村地區主要的灌溉方式。必須解決好引水下山的問題，才能夠有效促進灌溉效果的提升[3]。

(2)在山區地帶進行灌溉設計時，渠道的設置至關重要。通常情況下，渠道應當與等高線垂直布置，尤其是在上部坡度較陡的區域。由于山區地形的特殊性，渠道的落差較大，耕地主要位于坡地上，因此灌溉任務相對較為艱巨。很多地區難以進行有效灌溉。原有渠道普遍存在嚴重損壞的情況，多種因素造成渠道無法滿足正常使用需求，設計不合理是其中的主要原因。山區地帶的梯田多集中于支渠的下部，相鄰梯田之間的高差差異明顯，高程變化范圍廣泛，在1～5 m之間，甚至有些高度超過10 m，而下游區域的渠道很難滿足運行標準，即使勉強投入使用，也難以避免短時間內的沖毀風險。

此外，某些位置的高差變化尤為嚴重，而其他地方的坡度則較為緩和。上游地區水流湍急，夾雜著泥沙，對下游地區產生沖擊影響，常導致渠道淤積泥沙的問題，對后續灌溉操作和農作物的生長產生不良影響。因此，在灌溉系統運行中，必須根據實際情況，加強渠道設計和分析，采取措施消除由落差引起的問題，以提升整個系統的運行穩定性和灌溉效果。

4.2 人工加糙的設計思路

常規渠道設計中，水頭損失較為嚴重，因此會采取較小糙率的材料。渠道灌溉中，下山渠道要適當地增大輸水材料的糙率，通過人工加糙的方法，增強渠道擴散效果，減小流動速度，改善下流狀態，消除水動能，使得下游渠道得到充分的保護。該方式具有明顯優勢，應結合實際情況確定結構形式、尺寸、渠道落差等方面因素。在人工加糙的環節，下山渠道設計極為重要，應選擇符合系統運行標準的材料，減小水流的沖擊作用，延長渠道應用壽命。

4.3 下山渠道的設計形式

經過詳細的實地檢測和調查分析，發現落差建筑物上游的沖刷問題主要源于跌水口的單寬流量較大。在山區地形復雜多變的情況下，水流的速度和壓力在經過跌水口時會顯著增加，導致水流沖刷渠道底部和側壁，進而影響整個渠道的穩定性。針對這一問題，需要采取相應的措施來減緩水流的速度和壓力，以減少沖刷現象的發生。

4.4 下游銜接建筑物的設計

在山區灌溉工程中，消力池的設計較為重要。消力池不僅可以減緩水流的速度和壓力，還能有效降低水流帶來的沖擊力，保護渠道和建筑物不受損壞。然而，要確保消力池的有效運行，需要在設計階段考慮多個因素。

第一，消力池的長度和深度必須滿足一定的要求，以確保水流在池內有足夠的時間來減緩速度和分散壓力。通過合理的長度和深度設計，可以有效降低水流的動能，從而減少沖擊力對渠道的影響，提高整個灌溉系統的穩定性和可靠性。第二，在消力池的設計中，應通過合理設置糙條，使水流在消力池內得到有效的分散和消能，從而降低水流的速度和壓力，保護渠道和結構物的完整性[4]。

5 山區高效節水灌溉技術發展趨勢

高效節水灌溉技術正呈現出蓬勃的發展趨勢，其不斷融合現代科技的力量，可以有效應對日益嚴峻的水資源挑戰。信息技術、傳感器和自動控制系統等關鍵要素在其中發揮著重要作用。隨著信息技術的飛速發展，農田灌溉正逐步向數字化、智能化方向邁進。先進的傳感器技術能夠實時監測土壤濕度、氣象數據、作物生長狀態等關鍵參數，為灌溉決策提供精準依據。自動控制系統則能夠根據傳感器數據進行智能化調控，實現精準的灌溉量和時機，最大限度地降低水分浪費。

高效節水灌溉技術未來將進一步拓展其應用范圍，使其適合多樣的農業生產情境。先進的信息技術將實現農田灌溉的遠程監控和管理，農民可以通過手機或電腦實時掌握田間水情，進行智能調度。傳感器技術不僅將關注土壤和氣象數據，還會越來越注重作物生理參數的監測，以實現更精準的灌溉決策。自動控制系統將進一步智能化，采用人工智能算法進行數據分析和預測，實現自動化灌溉調控，提高灌溉效率和水資源利用率。

6 結束語

山區高效節水灌溉技術的不斷推進和應用，為山區農業的可持續發展提供了有力支持。通過科技創新和工程實踐，能夠在充分考慮地形、水資源和作物需求的基礎上，合理設計和布局灌溉系統，提高用水利用效率，減少水資源浪費，降低環境壓力。這不僅可以增加農產品產量，改善農民收入，還能夠緩解山區地區的水資源短缺問題，實現農業可持續發展的目標。往后，還要不斷深化技術研究，加強實際應用，促進山區高效節水灌溉技術的廣泛應用，為山區農業的繁榮和可持續發展貢獻更大的力量。