裴 鋒

高臺(tái)縣紅崖子水利管理所，甘肅高臺(tái) 734300

在山區(qū)地帶，由于地形起伏、水源分散以及水資源有限等特點(diǎn)，對(duì)灌溉技術(shù)的研究與應(yīng)用非常重要。山區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有顯著的推動(dòng)作用。

1 山地自壓噴灌技術(shù)

1.1 系統(tǒng)選型原則

第一，要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性原則。節(jié)水灌溉系統(tǒng)投資較小，但產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益卻非常顯著，因此必須在低投資的基礎(chǔ)上進(jìn)行選型。第二，要充分考慮因地制宜原則。在設(shè)計(jì)節(jié)水系統(tǒng)時(shí)，務(wù)必考慮當(dāng)?shù)厮礌顩r、自然環(huán)境、農(nóng)業(yè)需求、地形特點(diǎn)等方面，以確保系統(tǒng)不僅滿足實(shí)際需要，還能夠順利推廣應(yīng)用。第三，確保運(yùn)行管理的便捷性，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厮Y源總量控制和定額灌溉管理，使其成為計(jì)量和征收費(fèi)用的有效工具。

基于以上原則，采用自壓噴灌技術(shù)，并采取半固定、固定式噴灌系統(tǒng)。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(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較低。為避免占用耕地，降低成本，應(yīng)選擇半固定管道連接方式。該方式允許支管拆卸后移動(dòng)，主管道則固定埋設(shè)在地下，經(jīng)濟(jì)效益較高[1]。

1.2 管道布置方案

(1)相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)噴灌區(qū)域的實(shí)際情況，進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和調(diào)查分析。盡管在各項(xiàng)指標(biāo)方面，噴灌系統(tǒng)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(dǎo)致噴頭結(jié)構(gòu)受損。這種現(xiàn)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(fā)，進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，緊密結(jié)合地形特點(diǎn)，重點(diǎn)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(gè)管道合理布置。在管道布置設(shè)計(jì)方案中，應(yīng)特別關(guān)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(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮現(xiàn)場(chǎng)地形的多變性，確保管道設(shè)計(jì)科學(xué)、合理，以滿足灌溉標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)具備出水口的配水支管設(shè)計(jì)，首先要考慮實(shí)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(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要采用正方形布置方式，以適應(yīng)梯田地塊的形狀。

(2)噴頭的設(shè)計(jì)階段是高效節(jié)水灌溉技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵原則在于確保整個(gè)灌溉區(qū)域都能得到充分的水源覆蓋。這一原則的實(shí)現(xiàn)在于噴頭的布置和設(shè)置，尤其需要重點(diǎn)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(duì)較難達(dá)到的區(qū)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(gè)農(nóng)田內(nèi)都能獲得足夠的水分供應(yīng)。

在固定式噴灌系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，支管設(shè)置的考慮尤為重要。在設(shè)計(jì)支管時(shí)，需要注意其坡度設(shè)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(jié)而引發(fā)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(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分考慮實(shí)際情況，確保埋深適當(dāng)，避免管道受到嚴(yán)寒天氣的影響。

(3)為了進(jìn)一步確保噴灌系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要根據(jù)實(shí)際情況制定噴灌工作制度，并在管道的運(yùn)行管理方面加強(qiáng)工作，避免因管理不善而導(dǎo)致管道嚴(yán)重受損。當(dāng)梯田寬度較大時(shí)，要考慮支管之間的間隔距離，確保其設(shè)置方向能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的要求，從而保障灌溉效果。

2 山地自壓管灌技術(shù)

2.1 管網(wǎng)設(shè)計(jì)

在山地自壓管灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，合理的管網(wǎng)設(shè)計(jì)能夠保證水源供應(yīng)充足、水流分配均勻，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)田的高效灌溉。

(1)需要根據(jù)實(shí)際灌溉區(qū)域的地形、土質(zhì)、坡度等因素，確定灌溉區(qū)域的劃分和管道布局。在山地地形復(fù)雜多變的情況下，應(yīng)充分考慮地勢(shì)高低變化，合理規(guī)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(shè)，以保證水流暢通，支管道則連接到各個(gè)灌溉區(qū)域，實(shí)現(xiàn)均勻的水流分配。

(2)在山地自壓管灌系統(tǒng)中，常采用PVC塑料管道，能夠適應(yīng)復(fù)雜的山地環(huán)境。相關(guān)部門根據(jù)實(shí)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(nèi)保持穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)。

(3)考慮到山地地形的陡峭和高差變化，應(yīng)合理設(shè)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(shè)計(jì)消力池時(shí)，需確保其長度和深度滿足要求，以實(shí)現(xiàn)斷面流速分布的均勻性。跌水口的設(shè)置要考慮水流的平穩(wěn)性，避免水流沖擊引發(fā)管道破裂。

(4)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠進(jìn)一步提高管網(wǎng)的效率和精度，通過傳感器監(jiān)測(cè)灌溉區(qū)域的土壤濕度和水流情況，實(shí)現(xiàn)智能化的水源供應(yīng)和水流控制。

2.2 管網(wǎng)布置

在梯田地塊相對(duì)狹小且高差較大、土壤濕陷性較為嚴(yán)重的情況下，布置管網(wǎng)至關(guān)重要，有助于灌溉水高效、均勻地供應(yīng)到每個(gè)梯田，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的良好生長。

(1)由于梯田地塊寬度相對(duì)較小、高差較大，其適合采用固定管道的方式進(jìn)行輸配水。固定管道可以確保穩(wěn)定的水流和灌溉效果，減少水資源的浪費(fèi)。在管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將主管道和支管道分為2個(gè)級(jí)別，以便更好地管理和控制供水。

(2)主管道的布置應(yīng)與等高線垂直，即從上游到下游引水，以便水能夠自然流動(dòng)，并保持穩(wěn)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(yīng)沿著梯田的長度方向平行布置，以適應(yīng)地塊的形狀和高差變化。

(3)在支管道的布置過程中，應(yīng)適當(dāng)設(shè)置供水口，以便在不同梯田之間供水更加靈活和精準(zhǔn)。一般可以考慮每隔40 m設(shè)置1個(gè)供水口，供水口可以采用給水栓進(jìn)行控制，便于根據(jù)需求進(jìn)行開關(guān)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(qū)地形和濕陷性較嚴(yán)重的情況下，選用耐腐蝕、耐壓強(qiáng)度較高的材質(zhì)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(diǎn)，適合在山地環(huán)境下使用。

(4)在管網(wǎng)布置過程中，還應(yīng)考慮管道的固定方式和防止漏水等細(xì)節(jié)。管道應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓潭ㄑb置，以保證其穩(wěn)定性和耐用性。同時(shí)，在接口處和彎頭處應(yīng)嚴(yán)密進(jìn)行密封，以防止水流泄漏[2]。

2.3 運(yùn)行方案

每條支管道每次開出1個(gè)水口進(jìn)行輪灌，并且同時(shí)開啟2或3條支管，根據(jù)先開后關(guān)的順序，一組設(shè)備灌溉結(jié)束后，再開啟另外一組，然后關(guān)閉。為了避免出現(xiàn)管道淤積、凍裂等危險(xiǎn)，需要進(jìn)行埋地布置管道，根據(jù)地形條件逆坡布置。灌溉工作結(jié)束后，支管內(nèi)的水應(yīng)直接排入干管內(nèi)，以免管道內(nèi)積水而造成凍脹危害。如果現(xiàn)場(chǎng)地形條件不允許，要利用水栓進(jìn)行積水排出。

3 山地自壓滴灌技術(shù)

3.1 滴灌系統(tǒng)的類型

在山地進(jìn)行滴灌系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)節(jié)，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(nèi)，作為山坡以及坡度較大的區(qū)域，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)以及生態(tài)造林發(fā)展提供基礎(chǔ)。結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，保證運(yùn)行管理的順利開展，并且進(jìn)行固定處理，滿足當(dāng)前灌溉作業(yè)要求。

3.2 管道系統(tǒng)布置

在滴灌系統(tǒng)的管道布置過程中，需要根據(jù)地形特點(diǎn)和灌溉要求，合理規(guī)劃管道的布置。

(1)首先，相關(guān)部門應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的地形測(cè)量和分析。滴灌系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在地形為坡地且存在完善的梯田系統(tǒng)的地區(qū)。同時(shí)，需要了解不同梯田之間的高差、坡度以及地勢(shì)變化，以便確定合適的管道布置方案。在地面相對(duì)比較平坦的區(qū)域，可以考慮將管道按照垂直方向進(jìn)行布置，即從上游向下游引水，沿著垂直方向的等高線進(jìn)行布置。

(2)根據(jù)地形特點(diǎn)，確定管道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。通常情況下，起點(diǎn)可以選擇位于較高處的水源位置，而終點(diǎn)則可以是灌溉區(qū)域的下方，以保證水能夠順勢(shì)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自然引水。在布置過程中，應(yīng)盡量避免管道的彎曲和急轉(zhuǎn)彎，以保證水流暢通無阻。

(3)根據(jù)地勢(shì)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(guān)部門應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇管道坡度，確保水能夠順利流動(dòng)，避免出現(xiàn)積水和阻塞的情況。坡度的設(shè)置要考慮到不同梯田之間的高差以及水流穩(wěn)定性。

(4)在滴灌地形中，支管的設(shè)置要根據(jù)各個(gè)梯田的具體情況進(jìn)行規(guī)劃，以確保每個(gè)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(tǒng)布置的過程中，還應(yīng)考慮到管道的材料選擇、固定方式以及防止漏水等技術(shù)細(xì)節(jié)。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(tǒng)長期的穩(wěn)定性和可靠性。

4 山地渠道灌溉技術(shù)

4.1 山地渠道的特點(diǎn)

(1)在進(jìn)行渠道灌溉布置時(shí)，需要通過管道和相關(guān)建筑物從水源地取水，以滿足當(dāng)前農(nóng)田灌溉的需求。然而，山地灌區(qū)與平原灌區(qū)存在一些顯著差異。山區(qū)地帶的地形起伏明顯，坡度陡峭，河床深刻，耕地分散，相對(duì)較高，因此對(duì)灌溉的水壓有更高的要求。在山地灌溉中，干渠的設(shè)計(jì)需要考慮較高的高程、大的落差以及較長的線路，同時(shí)還要應(yīng)對(duì)眾多的彎曲變化。支渠的設(shè)置也是一個(gè)挑戰(zhàn)，由于流量較小、落差較大，容易產(chǎn)生沖刷作用，對(duì)整個(gè)渠道的運(yùn)行效果造成不利影響。

結(jié)合當(dāng)前山區(qū)灌區(qū)的特點(diǎn)，必須綜合考慮多方面因素，包括國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、地方政府財(cái)政能力、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、農(nóng)民籌資能力等。山區(qū)地帶的灌溉設(shè)置環(huán)節(jié)具有較高的復(fù)雜性和難度。因此，渠道灌溉仍然是農(nóng)村地區(qū)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(jìn)灌溉效果的提升[3]。

(2)在山區(qū)地帶進(jìn)行灌溉設(shè)計(jì)時(shí)，渠道的設(shè)置至關(guān)重要。通常情況下，渠道應(yīng)當(dāng)與等高線垂直布置，尤其是在上部坡度較陡的區(qū)域。由于山區(qū)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(wù)相對(duì)較為艱巨。很多地區(qū)難以進(jìn)行有效灌溉。原有渠道普遍存在嚴(yán)重?fù)p壞的情況，多種因素造成渠道無法滿足正常使用需求，設(shè)計(jì)不合理是其中的主要原因。山區(qū)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(qū)域的渠道很難滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，即使勉強(qiáng)投入使用，也難以避免短時(shí)間內(nèi)的沖毀風(fēng)險(xiǎn)。

此外，某些位置的高差變化尤為嚴(yán)重，而其他地方的坡度則較為緩和。上游地區(qū)水流湍急，夾雜著泥沙，對(duì)下游地區(qū)產(chǎn)生沖擊影響，常導(dǎo)致渠道淤積泥沙的問題，對(duì)后續(xù)灌溉操作和農(nóng)作物的生長產(chǎn)生不良影響。因此，在灌溉系統(tǒng)運(yùn)行中，必須根據(jù)實(shí)際情況，加強(qiáng)渠道設(shè)計(jì)和分析，采取措施消除由落差引起的問題，以提升整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和灌溉效果。

4.2 人工加糙的設(shè)計(jì)思路

常規(guī)渠道設(shè)計(jì)中，水頭損失較為嚴(yán)重，因此會(huì)采取較小糙率的材料。渠道灌溉中，下山渠道要適當(dāng)?shù)卦龃筝斔牧系牟诼?，通過人工加糙的方法，增強(qiáng)渠道擴(kuò)散效果，減小流動(dòng)速度，改善下流狀態(tài)，消除水動(dòng)能，使得下游渠道得到充分的保護(hù)。該方式具有明顯優(yōu)勢(shì)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況確定結(jié)構(gòu)形式、尺寸、渠道落差等方面因素。在人工加糙的環(huán)節(jié)，下山渠道設(shè)計(jì)極為重要，應(yīng)選擇符合系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的材料，減小水流的沖擊作用，延長渠道應(yīng)用壽命。

4.3 下山渠道的設(shè)計(jì)形式

經(jīng)過詳細(xì)的實(shí)地檢測(cè)和調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)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(qū)地形復(fù)雜多變的情況下，水流的速度和壓力在經(jīng)過跌水口時(shí)會(huì)顯著增加，導(dǎo)致水流沖刷渠道底部和側(cè)壁，進(jìn)而影響整個(gè)渠道的穩(wěn)定性。針對(duì)這一問題，需要采取相應(yīng)的措施來減緩水流的速度和壓力，以減少?zèng)_刷現(xiàn)象的發(fā)生。

4.4 下游銜接建筑物的設(shè)計(jì)

在山區(qū)灌溉工程中，消力池的設(shè)計(jì)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(hù)渠道和建筑物不受損壞。然而，要確保消力池的有效運(yùn)行，需要在設(shè)計(jì)階段考慮多個(gè)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(nèi)有足夠的時(shí)間來減緩速度和分散壓力。通過合理的長度和深度設(shè)計(jì)，可以有效降低水流的動(dòng)能，從而減少?zèng)_擊力對(duì)渠道的影響，提高整個(gè)灌溉系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。第二，在消力池的設(shè)計(jì)中，應(yīng)通過合理設(shè)置糙條，使水流在消力池內(nèi)得到有效的分散和消能，從而降低水流的速度和壓力，保護(hù)渠道和結(jié)構(gòu)物的完整性[4]。

5 山區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

高效節(jié)水灌溉技術(shù)正呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展趨勢(shì)，其不斷融合現(xiàn)代科技的力量，可以有效應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的水資源挑戰(zhàn)。信息技術(shù)、傳感器和自動(dòng)控制系統(tǒng)等關(guān)鍵要素在其中發(fā)揮著重要作用。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)田灌溉正逐步向數(shù)字化、智能化方向邁進(jìn)。先進(jìn)的傳感器技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、氣象數(shù)據(jù)、作物生長狀態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)，為灌溉決策提供精準(zhǔn)依據(jù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)則能夠根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化調(diào)控，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的灌溉量和時(shí)機(jī)，最大限度地降低水分浪費(fèi)。

高效節(jié)水灌溉技術(shù)未來將進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍，使其適合多樣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情境。先進(jìn)的信息技術(shù)將實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，農(nóng)民可以通過手機(jī)或電腦實(shí)時(shí)掌握田間水情，進(jìn)行智能調(diào)度。傳感器技術(shù)不僅將關(guān)注土壤和氣象數(shù)據(jù)，還會(huì)越來越注重作物生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的灌溉決策。自動(dòng)控制系統(tǒng)將進(jìn)一步智能化，采用人工智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉調(diào)控，提高灌溉效率和水資源利用率。

6 結(jié)束語

山區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的不斷推進(jìn)和應(yīng)用，為山區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。通過科技創(chuàng)新和工程實(shí)踐，能夠在充分考慮地形、水資源和作物需求的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計(jì)和布局灌溉系統(tǒng)，提高用水利用效率，減少水資源浪費(fèi)，降低環(huán)境壓力。這不僅可以增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，改善農(nóng)民收入，還能夠緩解山區(qū)地區(qū)的水資源短缺問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。往后，還要不斷深化技術(shù)研究，加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用，促進(jìn)山區(qū)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為山區(qū)農(nóng)業(yè)的繁榮和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。