基于地形特征的梯田灌排综合利用研究

引言

山区农业模式下，梯田人为修建坡地，形成等高线递减状的耕作平地，使得高山地区不同高程处均可得到合理的水资源分布及调配，确定梯田的数量、规模、结构与形式，并根据当地的地势高低与水流情况将梯田灌溉和梯田排水分离，这是传统农业的种植模式，即梯田的灌溉是自流灌溉，梯田的排水是顺坡自流排水。但是在现代高效农业生产中需要立足地形，根据梯田特点，统筹规划梯田灌排系统整体布局，实现符合梯田坡度、地势地貌类型的灌排网络，兼顾和协调好梯田灌排系统。基于此，以高山丘陵区梯田为主要对象，考虑地形因素，从梯田灌排结构适配、功能协同和调控三个方面对梯田灌排结构展开论述，为梯田灌排结构综合应用提供相应的对策。

一、梯田地形特征及其对灌排系统的影响

1.1 坡度对水流控制的作用

从梯田所在的坡度来看，其大小决定了梯田上水流的速度以及入渗的能力，一般来说坡度越大，水流的速度就越快，产生的径流量也会越大，影响灌溉均匀性以及排水的稳定性；而缓坡度梯田能够保证梯田间水分的均匀分配以及水量的存储，非常适宜建设蓄水型灌排结构。

1.2 地貌类型限制其结构布置

不同的地貌单元对应于山脊、山坡和谷地等不同的位置和地形，给梯田系统带来了一些自然局限性，如山脊处梯田的水源供给较少，因此以蓄水调蓄为主；山坡梯田需更多考虑拦水功能，且兼具调蓄，所以可以设置小型的梯级调蓄系统；而谷地梯田则要考虑如何排除积水的问题。

1.3 地形空间结构对梯级调蓄能力的调控作用

梯田系统的空间结构，包括其垂直高差分布与横向布局形式，直接决定了水分在系统内部的传导路径和调蓄能力。高程位置较高的梯田不仅具备水源拦截的先发优势，还承担着向下级梯田输水的功能，具备天然的分水节点作用；而地势落差大的区域则是调节水势、布设跌水构造和联通渠系的关键位置，有助于实现水体的顺序流动与分级调蓄。通过合理设计上下层梯田之间的连通渠、跌水口及调蓄池等结构，可在维持系统稳定运行的同时，优化灌排流程，强化梯级水资源的高效利用与动态调控。

二、梯田灌排结构体系设计原则

2.1 “灌排统一”的结构布置

在可容纳的地形条件下，可以实行梯田灌排一体化设计，在一套系统内，设置可控的进排水口、变坡渠道等手段来达到上下游水流动态调节；每个梯面需要统一配水网和排导通道，不能出现结构上的互相重叠，更不要出现工作的功能冲突，灌排合一不但可以充分利用空间，同时有利于维护管理、调蓄水量、有效防止灌水时排水不畅，或是排灌时耗水太多的情况。

2.2 分区布局与坡位适配

根据地形坡位将梯田区划分为灌溉主区、蓄水调节区、排水缓释区。因地制宜、分区分片开展分级分类设计，坡上布置引水渠和贮水池，保障供水和预调蓄；坡中布置分配、控制等设施；坡下布置排水汇集通道、沉砂池或湿地过滤带等末端控制结构，以净化出水、缓释径流；梯田坡位与功能相适应，提升水利设施对梯段的适配性和响应能力。

2.3 灌排结构防渗防冲设计

常见于地形变换快的沟系，分布容易汇集水流，在灌排结构物中稳定性较差。在水流过程中可以通过控速方式对土质、坡长进行结合来发挥好相应的冲刷作用，用宽出地脚边缘一定距离的设造梯段跌水池及缓流渠床对水流进行限制；关键节点位置需采用防渗材料（如 HDPE 膜、混凝土护底）进行防冲与防渗堵漏作用，避免出现水源地底部受到侵蚀的情况发生，可以运用防渗防冲结构对边坡稳定性作出有效保证，能较好地起到减灾防灾作用。

2.4 雨水调蓄与利用结构嵌套

梯田区降水时空分布极不均匀、水源不均的问题较突出，在灌排系统中嵌套小型雨水调蓄设施(例如：地面集水池、地下渗井、拦蓄坑塘等)来收集坡面径流，并通过结构嵌套实现短期雨水调蓄与就地灌溉转化，提高系统弹性。将坡面径流引至坝头进行调蓄，汇入排水路径末端，增设储水区或调蓄池作为未来的灌溉备用水源；进而提高当地水资源循环利用率，增加雨水分级渗透量，雨水在梯田流域内完成水资源高效转化。

三、地形驱动下梯田灌排利用的优化策略

3.1 建立多级分区的灌排系统

为地形高低较大的区域需建立多级灌排子系统，实现小流域范围内逐级引流和管理，在控制好高程前提下设置梯级引水渠、联通管道以及截流构造等，分区调剂水流，使灌排功能分层。多层级之间保持水平闭合、垂直贯通，提高流水控制及灾害应对能力；而且多层级化也可减小局部压力，提高系统的冗余性和抗毁性。

3.2 引入智能化的调节与感知系统

结合地形模型、水力模拟数据与 GIS 平台建立梯田灌排智能调度系统，安装水位监测器、流速感应器和远程调控装置进行流场状态监测和流量预警，基于系统的自动阈值判定，根据强降雨或干旱的气象条件情况自主改变其水流路径和水流分配比例，该系统可以在运行过程中减少人力的介入，利于系统长久稳定地运行，也可提高运行效率和抗风险能力。

3.3 结合生物与工程手段建立生态灌排网络

对于地形复杂的区域，把工程结构和生态设施结合起来运用，形成组合型灌排系统；边坡处用深根性植物、植草沟等补充原有被破坏的雨水下渗、固土能力，在排水末端布置生态湿地或滞水带等，进行水资源的二次污染处理；将生态理念融入结构构建之中，不但有利于提高水资源利用率，而且能够使梯田系统稳定性和环境友好性更强，达到绿色基础设施建设要求。

3.4 模拟评估并完善系统适应性优化机制

在修建灌排系统的前期阶段要基于数字地形模型和水文模拟软件进行方案模拟，获得水流路径、积水程度和结构响应效果，并根据得到的结果作为对设计方案的优化参考，再经过参数调节后才能确定合适的灌排系统。系统投入使用以后，应当进行系统的动态监测工作，包括水量、水质、运行稳定性的检测，在获取了相关的实测值之后，将系统进行适当调整。这样便可以在不同的地形及气候环境之下不断调整、提升灌排系统以达到最好的运用效果。

结束语

地形因素是确定梯田灌排系统形式及系统综合效率的基础。在形成灌排高效协调与可持续发展梯田灌排系统的前提下，需要从地形角度出发，综合考虑坡度、地貌和空间结构因素对水流路径以及梯田灌溉排水结构的功能影响，构建适宜当地情况的梯田灌排一体化系统。利用结构整合、功能协同和系统优化的思想打造因地制宜的梯田灌排一体化体系是今后提高山区农业用水效率、保护水土资源和生态稳定的一种重要方式。

参考文献

[1] 无人机定位系统辐照干扰失效全过程与机理分析[J]. 余道杰;贺凯;郭柏森;雷顺天;柴梦娟;王东;田周泰.强激光与粒子束,2023(02)

[2] 科技评价中不同权重赋值方法的比较研究：以中国医院科技量值为例[J]. 单连慧;钟华;胥美美;安新颖.科技管理研究,2022(02)

[3] 基于 SISM 模型和畦灌技术的冬小麦最小灌水定额研究[J]. 史源;白美健;李益农;章少辉;李亦凡;戴玮.农业机械学报,2021(08)