李健威　庄春义　赵高磊　梁瑞峰

摘要：西南地区大多采用渠道从水库引水进行农业灌溉，水库水温分层使引于水库的水温低于天然水温，低温水会对农作物的生长发育造成不利影响，因此需要采取措施提高灌溉水温。以向家坝灌区北总干渠一期灌溉水温为研究对象，对比分析了晒水池和叠梁门2种增温方式的可行性。研究表明：向家坝灌区低温水发生时间主要在4～6月，部分渠道最大降温达3.10 ℃。晒水池增温后各斗渠渠首水温为16.70～17.50 ℃，与采取叠梁门措施增温后16.60～17.50 ℃的水温基本一致。晒水池与叠梁门分层取水的增温效果基本相同，但晒水池建设总静态投资为5 823.00万元小于叠梁门改造工程静态总投资的21 051.38萬元，晒水池方案更经济。同时利用灌区内已建塘坝对渠道低温水进行晒水增温，最大增温幅度为1.47 ℃，可以大大缓解低温水问题。

关键词：灌溉水温; 灌溉水增温; 低温水; 晒水池; 叠梁门; 向家坝灌区

中图法分类号： S161.9

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.10.021

0引 言

灌溉水温对土壤内水分和养分的吸收、土壤内矿物质养分积累转化起着关键作用。水温高低直接影响植物的生长发育，在适宜的水温下农作物生长发育良好，过低或过高的水温都会影响农作物的正常生长和产量[1-3]。在土地和外界环境相同的条件下，分别用表层温水灌田和冷水直接灌田进行对比试验，结果表明使用冷水对作物的危害较大[4]。三江平原农作物需要的灌溉水温为18 ℃左右，达不到水稻生长发育最适宜的水温，会导致水稻生长发育缓慢、品质降低和产量下降[5-6]。在中秋河水库取不同水层的水温对农作物进行灌溉，对不同的水温灌溉农田引起的影响进行了分析评价，分析结果说明低温水会降低农作物的产量[7]。

在农业灌溉系统中，如何提高灌溉水温成为研究的热点。针对三江平原灌溉低温水的问题，付强[8]对井灌水稻区渠道增温效果进行了研究并分析了其影响因素，提出了利用渠道提高井灌水稻区灌溉水温的措施。程满金等[9]对比分析了晒水池增温水和未增温水对水稻的生长发育影响，提出了利用晒水池可以有效提高灌溉水温的措施，并取得了显著的增温和增产效果。刘德安等[10]探讨了提高低温区井灌水稻低温水的措施，提出了利用晒水池和渠道增温技术可以提高井灌水温，在低温区提高灌溉水温中发挥了重要的作用。于江海等[11]提出了一种全新的灌溉增温方式——蓄流灌并探讨了蓄流灌水升温原理，分析了这种灌概方式下水温的变化特点及升温速度等问题。在寒冷地区，较低的气温导致灌溉水温和土壤温度以及田间温度也较低，影响水稻正常发育，闫海等[12]和张莉萍等[13]通过多次田间试验以及实践分析，提出了晒水池增温、宽浅式输水渠道增温和闸管输水增温等多项措施。

目前，关于灌溉增温措施的研究多集中在寒带地区并以研究晒水池和渠道增温居多，鲜有对在灌溉取水口采用叠梁门为灌溉水增温方式的研究，对晒水池和叠梁门增温方式进行对比分析的研究也较少。为此，本文以西南地区向家坝灌区北总干渠一期灌溉水温为研究对象，对比晒水池和叠梁门的增温方案，以期得到最有利的增温措施。

1材料和方法

1.1研究区域

向家坝灌区位于四川省宜宾、泸州、自贡以及云南省昭通4市境内，灌区地理位置介于东经104°20′～105°50′，北纬28°20′～29°30′。灌区属于亚热带湿润季风气候区，多年平均气温17.4～18.2 ℃，多年平均相对湿度80%～84%，年平均日照时数1 053.0～1 939.8 h，年平均蒸发量885.7～1 286.5 mm，多年平均降水量为1 003.1～1 305.6 mm，多年平均风速0.8～1.6 m/s。灌区降雨年内分布不均，降水量多集中在5～9月，占全年雨量的73%～80%，其中7，8月水量特别集中，占全年雨量的30%～40%。

灌区开发任务以灌溉为主，兼顾城乡生活、工业供水。以长江为界分为北总干渠和南总干渠，其中北总干渠分为一期和二期。北总干渠一期工程建设沱江以西部分，包括宜宾市屏山县、翠屏区、南溪县、江安县，泸州市江阳区和自贡市富顺县、沿滩区共59个乡镇的自流灌溉区域，并向灌区外的自贡、内江、隆昌等城市供水。

1.2灌区主要农作物灌溉时间及水温要求

灌区主要土地类型为水田，5个灌片的水田占比为63%～85%，水田主要种植农作物是水稻，各灌片占比为96%～100%。从表1的观测结果可以看出，灌区内水稻的生长期在3～4月的灌溉水温需要不低于15 ℃，5～6月份不低于16 ℃，6～7月份不低于18 ℃，7月份以后的灌溉水温要不低于22 ℃。

1.3灌溉水温分析

采用纵向一维水温模型，根据向家坝库区预测的灌溉引水高程处水温，可得到灌区各支渠渠尾、斗渠渠首的灌溉水温及与向家坝坝址处天然水温的温差，表 2为向家坝灌区部分斗渠的灌溉引水水温，其中ΔT为渠首与天然水温温差。根据预测结果，与坝址处天然水温相比，北总干渠前段的真溪支渠、喜捷支渠和永兴干支渠及其支渠的水温在4～6月的水温有较大程度的降幅，其中以4月份的降幅最大，降幅为2.10～3.10 ℃;5月份的降幅略小于4月，降幅为1.50～2.50 ℃。结合表 1灌区水稻用水时间分析，需要采取一定工程措施增加北总干渠水温，使北总干渠渠首38 km以内的喜捷支渠、真溪支渠和永兴干支渠的低温水得到有效提高，防范可能出现的冷害现象，确保当地农业水稻生产需求。

2增温措施

2.1晒水池增温效果分析

向家坝灌区地貌以丘陵和高台地与丘陵相间的地貌为主，晒水池的建设会受到地形地貌的限制。根据灌区地形情况，晒水池考虑布置在支渠分水口渠首段;按照渠道灌溉增温计算模型需要的尺寸同时考虑晒水池的增温效果，晒水池水深不宜过深，晒水池均按1 m水深设计，各晒水池尺寸列于表3。

根据对北总干渠渠首38 km以内的喜捷支渠、真溪支渠和永兴分干渠及其支渠中渠道水温的预测结果，计算得到各渠道晒水池的增温效果见表3。预测结果显示：晒水池在4月份的增温效果为0.43～0.94 ℃;晒水池增温后渠道水温升温到16.7～17.5 ℃，增温后与向家坝取水口天然水温差在-1.6～-2.6 ℃。晒水池5月的增温幅度为0.48～1.06 ℃，增温后渠道水温增加为19.4～20.4 ℃，与取水口天然水温差为-1.0～-2.0 ℃。从增温效果来看，设置的晒水池具有一定程度的增温效果，但是与取水口天然水温相比，渠道水温仍然有较大程度的降低。

2.2叠梁门取水增温效果分析

向家坝水库的水温研究结果表明向家坝水库为弱分层水温结构，而北总干渠的取水口位于向家坝水库的死水位以下，因此采用叠梁门分层取水可以在一定程度上缓解向家坝灌区渠道低温水的问题。在已建取水口上进行局部拆除和改造新的分层取水门槽，在拦污栅后2.0～4.7 m之间拆除改造门槽，表层取水孔口尺寸高为9.95 m，宽为8.20 m。分层取水挡水门总高为13.05 m，设3节门。采用叠梁门情况下，4～6月最多可放置2层4.35 m叠梁门叶挡水。结合2015年向家坝库区实测垂向水温分析，2层4.35 m门叶挡水时，4～6月取水水温可提高0.4，0.5，0.7 ℃，取水口水温分别为16.4，19.1，20.8 ℃。

表4是预测得到的北总干渠一期部分渠道的水温预测结果。根据预测结果，在取水口采用叠梁门措施之后，与坝址处的天然水温相比，北总干渠前段38 km以内的真溪支渠、喜捷支渠和永兴干支渠及其支渠的水温在4～6月的水温仍然有较大程度的降幅，其中以4月份的降幅最大，各斗渠渠首水温为16.6～17.5 ℃，降幅为1.60～2.70 ℃;5月各斗渠渠首水温为19.4～20.3 ℃，与取水口天然水温相比，降幅略小于4月，降幅为1.10～2.00 ℃。

2.3增温措施对比分析

2.3.1增温效果对比

在支渠分水口设置晒水池之后喜捷支渠、真溪支渠和永兴分干渠的各斗渠渠首水温为16.7～17.5 ℃，与叠梁门措施增温后水温16.6～17.5 ℃基本一致。5月的斗渠渠首水温经晒水池增温后，水温为19.4～20.4 ℃，与叠梁门措施增温效果19.4～20.3 ℃也基本相同。因此，在北总干渠取水口采取叠梁门措施的增温效果与采取晒水池晒水增温的效果基本相同。

2.3.2增温措施工程投资对比

叠梁门施工期水位从380 m降低至死水位370 m，时间为3～5月，向家坝电站电量损失3.663 3亿kW·h;门槽改造施工完毕，水位从380 m降低至死水位370 m时间为10～11月，向家坝电站电量损失2.000 6亿kW·h，一度电单价为0.339 8元，向家坝电站共计电量的经济损失19 246万元，故向家坝灌区北总干渠取水口分层取水叠梁门改造工程的工程静态总投资为21 051.38万元。

根据初步计算结果，结合北总干渠一期工程的渠道设计及当地的地形，总共在向家坝灌区北总干渠一期前38 km以内的11个支渠分水口设置16个晒水池，工程静态投资为3 754.00万元，征地及移民静态投资1 673万元，水土保持静态投资397.00万元，所有晒水池的建设静态投资共5 823.00万元。从工程投资角度分析，晒水池方案优于叠梁门方案。

3讨 论

向家坝灌区目前已经建设有大量容积不等的塘坝设施，根据不完全统计，截至2013年在北总干渠一期的翠屏片区以内区域已建的农田小水利塘坝2 161座，设计总容量1 303万m3。在灌溉前将渠道水引入已建塘坝中进行晒水增温，可以进一步增加灌溉水温。结合宜宾地区的气温、太阳辐射、云量等气象数据，对各渠道的灌溉低温水通过各自灌溉区域内塘坝之后的增温效果进行预测，计算得到各渠道低温水在经过所对应灌区中塘坝晒水增温后的增温效果（见表5）。

预测结果显示，晒水池在4月份的增温效果为0.25～1.20 ℃，其中宋家坝斗渠中的低温水增温仅为0.25 ℃，这是因为该渠道灌溉区域内已建塘坝的数量和总容积均较小，因此对灌溉低温水的增温效果不明显，其他渠道的增温效果为0.56～1.20 ℃。5月份的增温幅度分别为0.31～1.47 ℃，与4月份相似，宋家坝斗渠水温幅度为0.31 ℃，其他渠道的低温水增温效果更加明显，增温幅度分别为0.69～1.47 ℃。经过已建塘坝晒水增温后，4月和5月的灌溉水水温分别达到17.6～18.3 ℃和20.6～21.4 ℃。渠道灌溉水水温与向家坝取水口天然水温相比，在4月和5月的温差分别为-0.8～-1.7 ℃和0.0～-0.8 ℃。预测结果表明，经过已建塘坝增温之后，渠道灌溉水温可以得到有效的增温，增温后的渠道水温已经完全满足水稻种植所需水温要求（见表1）。

4结 论

（1） 向家坝北总干渠一期低温水发生的时间主要在4，5月和6月，部分渠道最大降温达3.1 ℃，需要采取措施提高灌溉水温。

（2） 晒水池优于叠梁门。在北总干渠内的各斗渠渠首设置晒水池的增温效果与利用叠梁门进行分层取水的增温效果基本相同，但是晒水池建设总静态投资小于北总干渠取水口分层取水叠梁门改造工程静态总投资。

（3） 塘坝最大增温幅度为1.47 ℃，利用灌区内已建塘坝对渠道低温水进行晒水的增温措施可以缓解低温灌溉水问题。

参考文献：

[1]刘盈茹，张晓军，王月福，等.低溫水灌溉对花生植株生长动态的影响[J].花生学报，2015，44（1）：1-5.

[2]李明，崔世茂，王怀栋，等.不同灌溉水温对温室黄瓜幼苗动态生长的影响[J].灌溉排水学报，2012，31（2）：131-133.

[3]白燕英，王怀栋，李明，等.不同灌溉水温对日光温室番茄幼苗生长影响[J].节水灌溉，2012（11）：16-17，21.

[4]王家先.淠史杭灌区冷水灌田对水稻产量的影响[J].中国农村水利水电，2000（4）：5-7.

[5]孙彦坤，曹印龙，付强，等.寒地井灌稻区节水灌溉条件下土壤温度变化及水稻产量效应[J].灌溉排水学报，2008，27（6）：67-70.

[6]曹印龙，付强.井灌稻区晒水池增温及其影响因素关系试验研究[J].中国农村水利水电，2008（2）：28-30.

[7]戴群英，黄春林，张新兵，等.中秋河水库水温计算及其对灌溉水温的影响分析[J].生物技术世界，2012，10（5）：55-56，58.

[8]付强.三江平原井灌水稻田间生产过程节水技术组装与综合优化研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2000.

[9]程满金，白明照，申利刚，等.灌溉水温对高寒地区水稻的影响及增温措施[J].东北水利水电，2000（8）：19-21，54.

[10]刘德安，魏宏刚，付强.关于提高井灌水稻入池水温措施的初步探讨[J].黑龙江水专学报，2003（1）：23-25.

[11]于江海，周和平.农业灌溉水温研究[J].现代农业科技，2008（8）：123-125，127.

[12]闫海，程秀英.寒区井水灌溉增温措施[J].水利科技与经济，2011，17（1）：85-86，100.

[13]张莉萍，黄少锋，沈巧梅，等.寒地水稻井水增温综合技术研究[J].农业科技通讯，2012（10）：79-81.

[14]于秀强，曹金龙.井灌水稻增产措施分析[J].黑龙江水利科技，2011，39（2）：248.

[15]高洋，周明.井灌區水田区推进末级沟道为晒水池的意义及措施[J].黑龙江水利科技，2011（6）：275-276.

[16]曹印龙.三江平原井灌稻区节水增温试验研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2008.

（编辑：黄文晋）

Abstract：In the southwest China，most of the water is transferred from the reservoir through canals for agricultural irrigation.The water temperature in reservoirs is stratified，making the water temperature in the reservoir lower than the natural water temperature.Low temperature water will have adverse effects on the growth and development of crops，so measures should be taken to improve the irrigation water temperature.The water temperature in the first phase of the main canal of Xiangjiaba irrigation area was studied，the feasibility of two measures，sunning water pool and stoplog gate，were also analyzed.It is shown that the time of low temperature water in Xiangjiaba irrigation area is mainly from April to June，and the maximum temperature drop is 3.10 ℃.The water temperature at the head of the lateral canal is 16.70 ～ 17.50 ℃ after heated in the sunning water pool，which is basically consistent with the temperature of 16.6～17.5 ℃ through stoplog gate.The heating effect of sunning water pool is basically the same as the stoplog gate，but the total static investment of sunning water pool is 58.23 million CNY and that of stoplog gate is 210.513 38 million CNY，so the sunning water pool is more economic.The established Tangba in the irrigated area was used to increase the temperature of the channel′s low-temperature water with the maximum increase of 1.47 ℃，which could greatly alleviate the problem of low-temperature water.

Key words：irrigation water temperature;irrigation water temperature increase;low temperature water;sunning water pool;stoplog gate;Xiangjiaba irrigation area