黃祖敬

（廣西水力機械研究所有限公司，廣西 柳州 545100）

0 引言

滴灌系統(tǒng)是高效節(jié)水灌溉技術(shù)之一，比噴灌、微噴灌等灌溉技術(shù)更節(jié)水，能夠以較少的水量促進農(nóng)作物增產(chǎn)，提高了水資源的利用率，使有效的水資源發(fā)揮出更大的效益。近十年來，旱災(zāi)越加頻繁的發(fā)生，特別是2022 年，長江中下游、西南等地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱，對農(nóng)業(yè)造成了嚴(yán)重的損失，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的收益。由于我國山地較多，有較大部分農(nóng)作物種植在山地上，山地上的農(nóng)作物一般缺乏自流灌溉的水源，只能種植一些低產(chǎn)值的旱作物。因此在山地上使用滴灌灌溉系統(tǒng)能夠為農(nóng)作物提供生長需水，也能夠改變山地上的種植結(jié)構(gòu)及改種產(chǎn)值較高的農(nóng)作物，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的收益及生活水平[1]。因此在山地上推廣滴灌灌溉節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用是有必要的。

1 前期調(diào)研及基礎(chǔ)資料收集

灌區(qū)前期的調(diào)研及基礎(chǔ)資料收集是為了更好的開展灌區(qū)滴灌系統(tǒng)的工作，保證滴灌系統(tǒng)滿足灌區(qū)農(nóng)作物的灌水需要，使其更切合實際，達到節(jié)水節(jié)能高效高產(chǎn)。使投入的工程建設(shè)資金、運行管理費用、經(jīng)濟效益產(chǎn)出，這三者達到效益最大化。工作實踐中，沒有調(diào)研就沒有發(fā)言權(quán)，就無法使滴灌系統(tǒng)的工況切合灌區(qū)的實際，因此應(yīng)重視灌區(qū)的前期調(diào)研及基礎(chǔ)資料的收集。在灌區(qū)開展調(diào)研工作時，準(zhǔn)確的收集好以下5 類基礎(chǔ)資料。

1.1 灌區(qū)現(xiàn)狀設(shè)施調(diào)查

了解清楚灌區(qū)內(nèi)或附近是否存在已建的水利設(shè)施，及灌區(qū)是否通水、通電、通路等情況。若存在水利設(shè)施，須掌握其是否能夠繼續(xù)使用和完好率，是否能接入灌區(qū)使用。在灌區(qū)實施滴灌系統(tǒng)灌溉工程時，應(yīng)考慮充分利用現(xiàn)有水利設(shè)施，以便減少資金投入。

1.2 地形地貌及土壤基本情況

灌區(qū)的地形地貌是滴灌系統(tǒng)布置、管網(wǎng)布置及最不利工況計算等所必需基礎(chǔ)資料，應(yīng)當(dāng)通過測量得出灌區(qū)的地形地貌。通過現(xiàn)場觀察及觸摸進行大致判斷土壤的質(zhì)地，并參考當(dāng)?shù)氐耐寥廊葜卮_定灌區(qū)的土壤容重值及土壤田間持水量的上下限值，也可通過土壤濕度儀測定農(nóng)作物的土壤濕度進行判別[2]。

1.3 灌區(qū)的氣候條件

灌區(qū)內(nèi)的降水量資料，可按照旬或月來統(tǒng)計歷年的降水量或歷年農(nóng)作物生育期的降水量，若灌區(qū)缺乏降水量資料時，可通過參考附近降雨量測定站的數(shù)值及水文資料等綜合確定。若灌區(qū)缺乏農(nóng)作物的需水量資料時，可利用水面蒸發(fā)量資料估算作物的蓄水量，蒸發(fā)量可通過當(dāng)?shù)貧庀笳静樵?。地下水文資料可通過查閱區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)圖確定。

1.4 灌區(qū)農(nóng)作物的基礎(chǔ)資料

農(nóng)作物基礎(chǔ)資料的調(diào)研應(yīng)當(dāng)了解清楚灌區(qū)內(nèi)的作物種植種類、種植面積、種植的株行距、分布范圍、生長階段及生長期天數(shù)、主要根系活動層深度、需水量等資料。農(nóng)作物的主要根系活動層深度一般取作物根量占總根量的80%～90%。農(nóng)作物的需水量是制定灌溉制度的重要依據(jù)之一，它受農(nóng)作物的種類、品種、土壤性質(zhì)、遮陰率等諸多因素的影響，一般通過實測資料確定，可參考當(dāng)?shù)鼗蜞徑貐^(qū)灌溉實驗數(shù)據(jù)資料，并分析確定符合灌區(qū)內(nèi)作物的需水量值。在缺乏實測資料數(shù)據(jù)及鄰近地區(qū)無該作物的實驗數(shù)據(jù)資料時，可查閱國內(nèi)省份有關(guān)作物需水量的參考資料進行估算得出。

1.5 灌區(qū)的水源基礎(chǔ)情況

萬物生長離不開水，灌區(qū)是否存在可靠的水源，直接影響到滴灌系統(tǒng)工程是否能夠?qū)嵤?。因此水源基礎(chǔ)資料的調(diào)查是調(diào)研工作的重中之重。了解清楚附近是否存在河流等地表徑流經(jīng)過。若無地表水作水源時，可采用地下徑流作為水源，但須確定典型年枯水期單井出水量、動水位等情況[3]。采用多井作為水源時，兩井之間的距離以不影響到兩井穩(wěn)定的出水量為準(zhǔn)，難以確定時，可參考規(guī)范值并經(jīng)過計算確定。

通過對灌區(qū)的五大基礎(chǔ)資料翔實的調(diào)查研究，確定出灌區(qū)合理的規(guī)劃方案，并借鑒同類作物的灌水情況的實驗數(shù)據(jù)，綜合分析，作出符合灌區(qū)的灌水制度及后期運行管理制度。

2 灌溉工藝流程的選擇

山地區(qū)域內(nèi)，溪水、河流等水源一般匯流在山谷之間，通常無法采用自流灌溉，需要通過水泵加壓提水進行灌溉。但是采用不同的灌溉工藝流程，對資金投入、后期的運行管理費用產(chǎn)生著重要影響。符合現(xiàn)場實際的灌溉工藝流程，能夠使投入與產(chǎn)出達到經(jīng)濟效益的最大化。山地的滴灌系統(tǒng)的灌溉工藝流程基本如下兩種（以水源充足，不修建蓄水池為例）。

（1）水源→水泵→過濾系統(tǒng)（施肥器與過濾器并聯(lián)布置）→干管→支管→毛管。

這種工藝流程節(jié)省了輔管這一環(huán)節(jié)，相應(yīng)的減少了建設(shè)輔管的資金投入，較節(jié)省成本。但在支管上直接打孔，并采用雙環(huán)拉扣連接出地管。出地管須采用PE塑料軟管。若采用輸水帶作出地管，土層自然密實后，輸水帶會受到土壓力的擠壓而產(chǎn)生變形，導(dǎo)致毛管的進口流量減少，直接影響到農(nóng)作物的灌水效果及灌水均勻度，進而影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量。由于支管埋設(shè)于地下，支管上打孔數(shù)量較多，間接改變了支管承受的土壤壓力，并且支管出現(xiàn)損壞或漏水，維修起來比較費時費力，維修費用較高，不易于后期運行管理，出地管容易遭到破壞，造成管道堵塞。

（2）水源→水泵→過濾系統(tǒng)（施肥器與過濾器并聯(lián)布置）→干管→支管→輔管→毛管。

這種灌溉工藝流程在第一種灌溉工藝流程的基礎(chǔ)上加入了輔管這一環(huán)節(jié)，輔管布置在地上，并且毛管直接連接輔管進行灌溉，既能較完好的保護了支管承受的壓力值，又能夠清楚的判斷毛管端口連接輔管處是否漏水。山地地勢落差較大，為了保證滴灌灌水的均勻度，可以縮短輔管的布置，并在輔管接入處設(shè)置減壓措施，避免灌水不均勻引起的匯流，對山地造成水土流失。

相對于第一種灌溉工藝流程，這種灌溉工藝流程前期資金投入相對較多，但是后期易于管理，更換毛管，后期管理維修費用較低，易于耕種。

3 管道布置

干管、支管的布置取決于灌溉區(qū)域內(nèi)的地形地勢、水源、作物種類分布，并充分考慮施工、運行管理對田間作物的影響，并與種植范圍內(nèi)的道路、供電、營地等相結(jié)合，做到統(tǒng)籌安排，使管道的走向符合灌區(qū)實地情況，合理的管道布局方便運行管理及維護。

在平緩的地形中，干管一般是根據(jù)支管的實際走向進行布置，支管一般垂直于等高線或種植行。但在山地地形中，支管的布置形式能夠影響到支管末端毛管的灌水壓力，支管端口盡可能順坡布置及垂直種植行，使支管內(nèi)的壓力水從高處流向底處。

若在山地地形逆坡布置，支管內(nèi)的水流從低處往高處流，流量逐漸減少，壓力也隨之降低，若支管內(nèi)的壓力值降低到一定程度時，支管較高處的末端毛管進口壓力就受到影響，灌水均勻度無法保證，會造成毛管前端出水，中后段毛管無水流出，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時，支管入口端應(yīng)當(dāng)布置在高處，支管末端布置在低處，并且垂直于等高線（種植行布置），這樣方便毛管平行于等高線（種植行布置），確保毛管灌水均勻度，提高滴灌系統(tǒng)的灌水效果，促進農(nóng)作物增產(chǎn)[4]。

4 減壓措施

由于山地地形復(fù)雜，地勢起伏參差不齊，落差較大，為了保證毛管的灌水均勻度，需要控制灌水單元的進口壓力。因此需要對自由水頭過高的灌水單元進口端布置減壓措施，控制其進口水頭在合理的范圍內(nèi)?？刹扇∫韵? 種措施進行減壓。

（1）通過逐級減少管道管徑，增加管道的沿程水頭損失及局部水頭，達到減少灌水單元進口的自由水頭。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徑布置時，支管進口至末端的流量越來越少，在管徑不變的情況下，水頭損失變小，位能變大，自由水頭沿程變大，即支管中后段連接的灌水單元進口壓力變大。為了保證毛管灌水的均勻度，可通過減少支管的管徑，增加總水頭損失，可以相應(yīng)的降低自由水頭，使灌水單元的進口水頭穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（2）在灌水單元進水口處布置減壓閥，通過減壓閥來調(diào)節(jié)管道流量來減少管道進口壓力。在滴灌系統(tǒng)中，為了保證毛管的灌水均勻度，應(yīng)當(dāng)保持灌水單元進口壓力在規(guī)定的偏差范圍內(nèi)，從而使毛管入口壓力保持穩(wěn)定，致使整個灌水單元內(nèi)的毛管灌水均勻度。在滿足農(nóng)作物生長需水要求的同時，既能夠節(jié)省水，又能夠避免灌水不均勻而產(chǎn)生的匯流對山地造成沖刷。

（3）在灌水單元進口布置兩個閘閥，其中一個閘閥為啟動閥門（即開啟及關(guān)閉閘閥），另一個閘閥則通過調(diào)節(jié)閥門的開啟度來調(diào)節(jié)管道中的流量，以到達控制管道進口的壓力，滿足毛管入口壓力在允許的偏差范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)的閘閥須在實際現(xiàn)場灌水中進行調(diào)試，調(diào)試完成后，應(yīng)當(dāng)標(biāo)志區(qū)分清楚啟動閘閥及調(diào)節(jié)閘閥，方便后期運行管理，避免操控錯閘閥。

5 滴灌系統(tǒng)的工作制度

滴灌系統(tǒng)是否符合山地地形的灌水要求，投入與產(chǎn)出是否成正比，關(guān)鍵因素之一就是合理選擇滴灌系統(tǒng)的工作制度。它影響著工程投入與后期運行管理的費用，也影響到灌水單元內(nèi)的灌水效果，間接影響到農(nóng)作物的產(chǎn)量。在選擇滴灌系統(tǒng)的工作制度時，應(yīng)充分考慮灌溉面積大小、作物種類、水源情況、后期管理形式和經(jīng)濟效益等因素[5]。滴灌系統(tǒng)的工作制度一般可劃分為3 種，分別如下。

5.1 隨機供水灌溉

隨機供水灌溉一般適用于一個滴灌系統(tǒng)內(nèi)包含有多個種植大戶、種植多種農(nóng)作物的形式。屬于不定時的灌水，這種灌溉形式的資金投入相對較大，沒有統(tǒng)一規(guī)劃的灌水時限，后期不易管理，會出現(xiàn)多個種植戶同時灌水的情況，可能造成部分地塊出水流量不足及壓力交底的現(xiàn)象。

5.2 續(xù)灌

續(xù)灌為全系統(tǒng)內(nèi)管道同時開啟灌水，對灌區(qū)內(nèi)的所有農(nóng)作物同時灌水，該方式灌水的系統(tǒng)流量比較大，致使供水管道的管徑偏大，相應(yīng)的增加了工程資金的投入。因此續(xù)灌模式一般適用于灌溉面積比較小的滴灌系統(tǒng)，如一個或幾個溫室大棚組成的灌溉系統(tǒng)，作物單一、面積較小的灌區(qū)適用滴灌系統(tǒng)的續(xù)灌工作制度。

5.3 輪灌

輪灌是控制灌區(qū)面積比較大的滴灌系統(tǒng)通常采用的工作制度，在滿足作物需水的情況下，劃分為多個輪灌組，按規(guī)劃編制好的輪灌組分次進行灌水。輪灌組劃分的數(shù)量取決于灌區(qū)的面積、系統(tǒng)流量、毛管滴孔的流量、日工作時間、一次延續(xù)灌水時間、作物的灌水周期等。通常把灌區(qū)劃分為多個面積和流量相等（或相近）的輪灌組，并且綜合考慮管理體制的適應(yīng)性、便捷性、輪灌組個數(shù)適量性。輪灌組的流量相等（或相近），能夠使水泵運行穩(wěn)定，提高水泵的效率，降低能耗，節(jié)省運行費用；輪灌組數(shù)量過少則資金投入較大，過多則不利系統(tǒng)的運行管理。輪灌組最大數(shù)目可由式（1）計算求得：

式中：Nmax——輪灌組最大數(shù)目，個；td——日運行最大時數(shù)，h/d；T——設(shè)計灌水周期，d；t——一次灌水延續(xù)時間，h。

一般情況下，輪灌系統(tǒng)日最大工作運行時間不大于20h，但根據(jù)近年來國內(nèi)外滴灌系統(tǒng)的灌水經(jīng)驗，為了降低工程造價，尤其是自動化控制系統(tǒng)灌水的日最大工作運行時間能夠達到22h。

6 滴灌系統(tǒng)工況確定

在確定滴灌系統(tǒng)工作設(shè)計水頭時，首先識辨出灌區(qū)內(nèi)最不利灌水單元的工況，即最不利輪灌組的灌水所需的設(shè)計水頭。可先按式（2）計算出總干管進口的設(shè)計水頭：

式中：H——總干管進口的設(shè)計水頭，m；Zp——最不利灌水單元管網(wǎng)進口的高程，m；Zb——總干管進口的高程，m；h0——灌水單元的進口工作水頭，m；hf——總干管進口至最不利灌水單元進口的管網(wǎng)沿程水頭損失，m；hj——總干管進口至最不利灌水單元進口的管網(wǎng)局部水頭損失，m。

通過式（2）計算出總干管進口的設(shè)計水頭后，可分3 類情況進行分析計算整個系統(tǒng)設(shè)計水頭。①當(dāng)?shù)喂嘞到y(tǒng)中田間灌水工藝流程采用高位水池自流供水時，總干管進口水頭≤高位水池出水管的高程。②當(dāng)采用離心泵直接供水時，整個系統(tǒng)的設(shè)計水頭須增加首部樞紐的總水頭損失及離心泵進水口至總干管進口處的高程差。③當(dāng)采用潛水泵直接供水時，須增加首部樞紐的總水頭損失及機井內(nèi)動水位至總干管進口處的高程差。滴灌首部樞紐的總水頭損失包括過濾設(shè)備的水頭損失、沿程水頭損失及局部水頭損失。

若采用離心泵或潛水泵直接供水時，當(dāng)計算出整個系統(tǒng)的設(shè)計水頭并選出水泵后，應(yīng)再次計算確定從水泵處至各個灌水單元進口處是否有富余的自由水頭，若有富余的自由水頭，應(yīng)當(dāng)減壓至灌水單元的工作水頭范圍偏差內(nèi)，確保灌水單元的灌水均勻度。

7 結(jié)語

總而言之，為了使滴灌技術(shù)在山地上得到更貼合實際的應(yīng)用，須對灌區(qū)進行全面的踏勘調(diào)研。在規(guī)劃實施完成后，以實際灌溉參數(shù)為主，調(diào)整相應(yīng)的規(guī)劃，歸納總結(jié)出符合灌區(qū)的滴灌灌溉技術(shù)。只有這樣，才能使滴灌技術(shù)在山地上得到更好、更充分的使用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益。