山地节水灌溉技术模式

甘肃省不仅是一个水资源短缺的省份，而且在灌溉耕地中山地占有很大比例，实施好山地灌溉对甘肃的农业发展具有重要意义。本文结合各种灌溉方式的技术原理，提出了适合山地节水灌溉的几种主要技术模式，并就各种灌溉模式的技术特点、灌溉布置方式等进行了重点探讨，对指导山地灌溉具有很好的借鉴作用。随着水利事业的不断发展，实施山地灌溉已经成为水利发展的必然。但实施山地灌溉时，由于受山地坡度、土地连片面积、土壤性质、灌溉方式等多因素影响，自压喷灌技术、自压管灌技术、自压滴灌技术和渠道灌溉技术，在灌溉方式选择、工程结构布置、技术模式采用等方面均具有显著的特点。

一、山地自压喷灌技术

1．系统选型原则

(1)经济效益原则：节水灌溉系统投资最小，产出效益最大。

(2)因地制宜原则：节水系统符合当地水源条件、自然特点及农业生产、地形条件和运行管理条件，有利于在当地推广。

(3)便于运行管理:有利于实行水资源总量控制及定额灌水的管理，并促进以方计征水费收缴制度的改革。

根据以上原则，提出山地自压喷灌采用半固定式、固定式喷灌系统。固定管道式系统虽有不少优点，但其管道用量太大，投资造价高，且管道利用率低，主要用于产出效益高的经济作物。为了少占耕地，在一定程度上降低投资造价和方便喷灌作业，采用半固定管道式喷灌系统，即除支管为可移动管道外，主管干管埋入地下固定不动。

2.管道布置方案

根据对自压喷灌区的监测和现场调查，虽然喷灌的各项指标均达到要求，但水量分布不均匀，下游由于水压力过大而造成喷头摇臂损坏、弹簧损坏现象普遍发生，究其原因主要是压力分布不均匀所致。从根本上解决山地自压喷灌的技术问题，合理地进行规划设计与布置，应依据地形特点，主要解决三个问题。一是压力分布问题；一个是流量分配问题；另一个是根据梯田地块的大小、相邻梯田地块的高差如何进行支管的布置。管道布置方案主要考虑坡地及梯田的坡度、走向及梯田的宽度等因素。输、配水管道应垂直等高线布置，支管应沿等高线布置。带出水口的配水干管应首先考虑管理运行方便而布置在路边、田埂上，在有条件的地方尽可能安排出水口双向供水。喷头的组合形式多采用正方形，但为了适应梯田的地块形状，有时布置为平行四边形。

喷头的喷洒方式采用全园喷洒，在路边及梯田坎边的支管上应采用扇形喷洒。对于固定式喷灌系统，支管应逆坡布置，便于冬季排水，坡度可控制在1/500～1/1000之间，支管的埋深通常设计为最大冻深以下，以确保安全越冬，这无疑增加闸阀井的数量，支管逆坡控制后可以将支管的埋深设计为60cm或更小，其控制因素为机耕地的安全深度，闸阀井的工程量将大大缩小。在确定了喷灌工作制度后，受相邻梯田高差及梯田宽度的影响，支管间距应作适当调整。若相邻梯田的高差小于2米，则按设计方案进行布置;若相邻梯田的高差大于2米，则相邻梯田的上一阶台地喷头的喷洒范围与本阶台地的喷洒范围不能有效重叠，喷灌均匀度受到一定的影响；若梯田的宽度大于或等于支管间距，应考虑将支管布置在远离坎边的位置上，以不冲刷坎边为原则。

二、山地自压管灌技术

1．管网布置

由于梯田地块宽度窄，高差大，土壤湿陷严重，输配水采用固定管道。管网布置,设两级管道，主管道垂直等高线，支管道平行等高线，沿梯田长度布置，一般每40m设一个供水口，由给水栓控制，给水栓分上下两体，下体固定，上体移动，接软管向左右供水灌溉,其田间布置可分为长畦短灌双浇和长畦短灌单向灌溉两种形式。

2．管网设计

管材选择：拟选择PVC塑料管，要求压力在2.5kg/c以上。

管径的确定：以控制流速确定经济管径。

3．运行方案

每条支管每次单面开一个出水口轮灌，同时可开2或3条支管，操作顺序是先开后关，既灌完一组前应先开另一组后，再关闭。为了防止管道淤积和冻胀，地埋支管平行等高线沿条田布置，视地形情况管道逆坡布置，灌溉结束时将支管存水排入干管；若地形坡度不宜逆坡布置,将支管余水从末端给水栓排出。

三、山地自压滴灌技术

1．滴灌系统的类型

山地灌溉工程中，输水渠(管)道均沿等高线布置，在该渠线以下高差为5～20m范围内多为山坡地且坡度较大,给当地大力发展经济林和生态林提供了机遇。可选用国产内镶式滴头，其流量为4L/h，工作压力1.2kg/c。果树株距5m，行距4m，便于运行管理，选用固定式滴灌系统。

2.管道系统布置

滴灌的地形是坡地上已成的梯田，地面比较平坦，所以布置管道应做到各级互相垂直，具体布置是，从南边引水垂直等高线，即顺坡向下引干管，从干管上平行等高线，再垂直分干管引支管，支管上布置毛管，每条毛管控制一行果树，在每一棵引出一条短引管绕树一周，其上可根据需要安装多个滴头。

四、山地渠道灌溉技术

1．山地渠道的特点

渠道灌溉技术是指从水源取水、通过渠道及附属建筑物向农田供水、经由田间工程进行农田灌水的工程系统，包括渠首工程、输配水工程和田间工程三大部分。山地灌区与平原灌区比较具有以下特点：地形比较复杂，起伏剧烈，坡度陡，河床切割较深，比降较大，耕地分散，位置较高。山地灌区干渠的布置特点是渠道高程较高，比降平缓，渠线较长而且弯曲较多，深挖高填渠段较多，沿渠交叉建筑物较多。支渠的布置特点是渠道流量较小，落差较大，比降较大，对下游渠道的冲刷现象较为严重。

针对山地灌区的特点及干、支渠的布置特点，结合我国目前的经济状况、地方政府财力和农村经济发展情况、农民筹资能力等，在山地灌区全部实行输水管道化仍有很大的难度，渠道灌溉在很长一段时期内仍然占有一定的比重。从根本上解决好引水下山难(下山支渠)的问题，是解决山地灌溉成败的关键。

山地灌区的支渠均为垂直等高线布置，上端坡度较陡，渠道比降较大，耕地多为山坡地，渠道灌溉难度较大，绝大多数撂荒。原有部分支渠衬砌的渠道，由于种种原因全部破坏，其主要原因是设计上不合理，有的支渠落差大于10m，而与下游同级渠道的衔接处无消力池，造成衔接处冲毁。梯田大多集中在支渠中下端，相邻梯田高差不一致，高程变化1～5m不等，有的甚至高达0m。支渠除个别集中落差外，其余部分坡度较缓，上游的高速水流挟带泥沙又造成下游渠道的淤积，而且含大量泥沙的水灌溉作物后甚至造成减产。以上所述为落差建筑物在山地渠道灌溉中存在的问题。实际上，落差建筑物设计中最关键的问题是防止下游渠道的冲刷。根据武山东梁灌区支渠的调查研究，落差建筑物几乎普遍存在着严重的冲刷问题。影响冲刷的最主要的原因是单宽流量,其次是消力池的长度、型式、深度以及消力池与下游渠道的联接形式。根据下游渠道产生冲刷的原因分析，提出山地灌区下山渠道的设计思路。

2.人工加糙的设计思路

常规渠道设计为了减少水头损失，增加渠道的输水能力，均采取较小糙率的材料；而渠道灌溉中下山渠道应增大输水材料的糙率，其方法是进行人工加糙，促进渠道水流的扩散，降低流速，改善下游流态，进一步消除水动能，保护下游渠道。其作用的大小与人工加糙的布置型式、尺寸、渠道落差等有着密切关系。现提出以下几种人工加糙的布置形式及适用范围。下山渠道进行人工加糙，迫使渠道内水流产生混乱，掺入大量空气，故水深加大，因此需要加高侧墙。糙条在高速水流的作用下，承受较大的冲击力，并很容易产生气蚀，应耐磨材料和抗气蚀材料。施工时，糙条与底板应连为一体，避免沉陷缝穿过。

3.下山渠道的设计型式

根据实地观测，落差建筑物——上游冲刷往往是由于跌水口单宽流量过大所致。因此，山地灌区下山渠道应设计为浅宽式渠道型式。

4．下游衔接建筑物的设计

保证消力池有足够的长度与深度，保证出口断面的流速分布均匀。施工时，应保证糙条的对称布置。

结语：山地灌溉技术模式的选择有其固有的特点，应根据当地山地坡度、土壤条件、作物种植类型、梯田宽度、相邻梯田落差、群众自筹能力以及水源条件等实际情况进行选择，本文提出的中系统布置的观点，意在起抛砖引玉的作用，共同探索适宜的山地节水灌溉模式。