井灌區節水增溫技術研究進展

郭安安 王夢琴

摘? 要：高寒地區井水灌溉由于水溫偏低，影響作物的產量和品質，且隨著井灌區面積的擴大，地下水超載嚴重。該文介紹了當前國內井水灌溉的一系列節水和增溫技術，分析了井灌節水增溫技術的研究現狀，對井灌節水增溫技術的發展進行了展望，旨在為優化井灌區灌水技術提供參考借鑒。

關鍵詞：井水灌溉;增溫技術;節水技術

中圖分類號 S511文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）13-0096-03

Abstract：The temperature of well water is low in high cold region，easily reducing crop yield and quality. With the well-irrigation area expanded，the overload phenomenon of groundwater has become serious. The passage introduces a series of water-saving and warming technologies in the field of well irrigation in china. The authors propose that the technologies of water-saving and warming should be combine with practice to make a best project，and point out the research should be based on the advanced technology and overcome technical difficulties. The article is aimed at providing more references for the optimization of irrigation technologies in well-irrigation areas.

Key words：Well irrigation;Water-saving technologies;Warming technologies

黑龍江省三江平原地區地處高寒地區，是我國重要的商品糧生產基地。自20世紀以來，該地區大力發展井灌水稻種植，截至2000年底，井灌面積高達約80%左右[1]。當前，井灌水稻的種植發展面臨以下2大難題：（1）井水溫度過低。水稻是喜溫作物，適宜的生長溫度為25～35℃，而用4～6℃井水灌溉[2]，極大地影響著水稻的生長發育，致使水稻生育期延長，分蘗減少，品質下降[3]，導致井灌水稻大面積減產甚至絕產，造成嚴重后果。（2）造成地下水超載。黑龍江省多年平均水資源量為810.3億m3，人均水量2160m3，均低于全國平均水平，耕地的85%集中在松嫩平原、三江平原，而這2個地區的水資源量僅占全省水資源量的50%[4]。井灌的灌溉方式使得全省每年超采地下水達30億m3，形成地下水漏斗30余個[5]，對資源環境形成了一定的影響。研究表明，提高井水灌溉溫度，對寒地水稻植株形態特征、光合特性、產量及水肥利用效率均會產生顯著的積極影響[6]。因此，如何通過一定的增溫措施，將井水溫度（5～6℃）提高到水稻生長發育所必需的下限溫度（13℃左右），對于水稻種植非常重要[7]。另外，在提升井灌增溫技術的同時，還應大力發展井灌節水栽培技術，這對于解決水資源短缺與有效利用問題，提高井灌區節水能力具有重要意義。

1 井灌增溫技術研究現狀

我國井灌區主要分布在北方的東北平原，華北平原等平原地區，內蒙草原區，西北黃土高原區，江淮山丘旱洪區以及西北內陸區。為了減輕井水溫度低造成的作物凍害，一系列科學研究提供了較為有效的解決措施。

1.1 工程措施 井灌稻增溫灌溉的有效方法有設曬水池、延長渠道增溫等，其機理是通過增大水流與外界空氣的接觸面積和接觸時長來縮小水溫與氣溫之間的差距，從而實現井水溫度的提升。曹印龍[2]等通過對25組曬水池內井水增溫的影響因素數據進行處理，利用回歸分析，得出水溫隨著流程和氣溫的增加而增加，隨著流速的增加而減小。與曬水池相似，渠道增溫主要與渠道長度、流量、流速、氣溫、渠道寬深比等有關[8，9]，當渠道增長、流速減小、氣溫升高，使得渠道內井水與外界接觸面積變大或時間變長，有利于改善渠道中水流的增溫效果。因此，一般寬淺式輸水渠道增溫效果較好[10]。除此之外，過水埝子、升溫田[10]等工程措施也具有一定的升溫效果，其機理與曬水池、輸水渠道大致相同，即通過增加水流流動路徑的長度延長與空氣中熱能交換的接觸面積與時間。

1.2 非工程措施 井灌增溫的非工程措施有設備增溫和水管理增溫2種。設備增溫主要有小白龍噴霧、渠道和曬水池覆膜、散水器、增溫水車、修建跌水、濺水物、擋水板、曬水板等。小白龍噴霧、散水器、增溫水車、濺水物和擋水板（類似于消力坎）均為利用設備使得水流分散并充分暴露于空中，大大增加了水與空氣的接觸面積，即與光熱充分接觸，增溫效果良好。水管理增溫措施有快灌、少灌、早泡田、控制灌水時間、水量和次數等[2]。遵循溫度的晝夜變化規律，白天太陽輻射熱已經與灌溉水充分交換，且夜間低溫對作物影響較小[11]，可以采取午夜灌水代替白天灌水的措施。為尋找合適的井灌灌溉制度，顧春梅等對井間控與井間歇等不同灌水方式的水溫變化展開了實驗和分析，研究認為井間控利用了快、少的灌水原則，與井間歇長時間、大水量的灌水方法相比，增溫速度快，增溫幅度大，增溫效果好[12]。冷水灌溉在灌水方法上杜絕大灌大排，以小水緩流進地為好[13]。

1.3 組合措施 采取“工程措施+設備增溫措施”形式，在曬水池內設置若干交錯分布的擋板，這一措施可延長水流的流動路徑[7]，保證曬水池正常功能不受影響，同時避免了土地資源的浪費;采取多種設備增溫組合形式，例如把濺水物、增溫板、擋水板組合在一起使用，可以明顯提升增溫的效果。采取組合式增溫技術更容易達到理想的增溫效果。在實際生產活動中，可以嘗試多種增溫技術方式的排列組合，并因地制宜，綜合運用，采取達到最佳增溫效果的組合措施。

2 井灌節水技術研究現狀

2.1 井渠節水 要實現機井和渠道的節水管理，首先，需要精準掌控機井的提水量，了解當地灌溉用水的現狀以及存在的問題;其次控制水在傳輸過程中的滲漏量，使水資源送達田間的效率更高。

2.1.1 機井開采的信息化管理 創建灌溉節水智能控制與信息化管理系統，是近年來井灌區水資源管理的新方向。對機井實行有效的取水管理，尤其是水的計量和井灌信息的收集，為推動井灌區灌溉節水做好了信息資源儲備和硬件條件。該系統還可以同時顯示出地下水位等值線和土壤墑情情況，可為實時掌握旱情、掌握灌溉節水進程提供準確的數值數據[14]。通過在機井處實行這項信息化管理技術，點對點地將數據傳輸至手機等終端設備上，農戶可以根據歷次灌溉的定量數據記錄，掌握節水灌溉的技巧，水資源管理部門可以利用各戶灌溉用水的數據進行定向的節水灌溉指導與節水知識普及，水費的計量收取也更加方便，從而有效地促進了當地農民主動采取節水灌溉措施。

2.1.2 井渠防滲 井渠防滲可以提高井水利用率，減少水資源的滲漏量，擴大可灌溉區域的面積。在施工條件允許的情況下，優先選用U型渠道，U型渠又分預制混凝土、現澆混凝土寬淺式和窄式3種[15]，其次選用梯形和矩形斷面;通常需要對渠道進行襯砌，保證表面糙率小[16]。井灌區在輸水過程中常采用低壓管道，一般單井自成管網系統，需結合實際情況尋求管徑的最優組合[17]，使得水頭損失較小、經濟效益較高。

2.2 田間節水 井灌區現采用的主要灌溉形式為畦灌，在輸水過程中容易造成水資源的浪費，通?？赏ㄟ^調整井灌區的灌溉方式和灌溉制度來達到田間節水的效果。

2.2.1 節水灌溉方式 滴灌、噴灌適用于各種水資源短缺的農業種植場合，井灌區同樣可行。滴灌不破壞土壤結構，蒸發損失小，不產生地面徑流，幾乎沒有深層滲漏，水資源的利用率可達95%，具有很好的節水增產效果;噴灌節水效果不及滴灌，但水的利用率相較漫灌大為提高，大約可節省水量30%～50%。滴灌和噴灌不僅提高了水資源利用率，還無需田間灌水溝渠和畦埂，節約了土地資源。井間控和渠間控是井灌區行之有效的節水灌溉方式。研究人員通過對比4種不同的灌溉方式（井水間控灌溉、井水間歇灌溉、渠水間控灌溉、渠水間歇灌溉）對水稻生育及產量的影響，認為井間控與渠間控的灌溉方式利用了“快、少”的灌水原則，不僅增溫有效，還有較明顯的節水和增產效應，是理想的節水灌溉方式[12]。

2.2.2 節水灌溉制度 制定作物節水灌溉制度，首先要掌握作物各生育階段和作物需水敏感期計劃濕潤層土壤含水量的下限[17]，至少需要保證作物田間需水量，才不至于導致減產等嚴重后果，節水灌溉才有意義。井灌區的節水灌溉制度，需要根據當地的氣候條件、種植作物、水文及地形情況等制定。為使得灌溉制度更加合理并顯著提升節水效果，必須因地制宜，進行相關的試驗研究。

2.2.3 節水配套措施 覆蓋保墑技術可有效減少植物的葉面蒸騰、棵間蒸發所喪失的水量。目前，覆蓋措施與滴灌措施的結合技術膜下滴灌在新疆等蒸發作用較強的地區得到了廣泛的應用，既可以蓄水保墑，又能減少灌溉用水，還能提溫保苗[17]，節水措施的結合運用為技術的創新提供了新思路。

3 結語

（1）我國在增溫技術上仍以沿用過去的經驗為主，對于組合式增溫技術的經驗較少，這將成為未來井灌增溫技術攻關的技術要點與難點。

（2）節水技術隨時代發展逐步走上“互聯網+”道路。曾經大部分機井沒有計量設施，是導致灌水粗放，水資源浪費的因素之一;如今，創建灌溉節水智能控制與信息化管理系統，有利于進行水量的計量和人為的密切監控，這對從根源上節水起到了至關重要的作用。

（3）節水工程措施與灌水管理需因地制宜。井灌地區的特點如下：降水時空分布不均，且與作物生長不同步，夏季多雨，春季干旱，地表水源在灌溉季節往往供給不足等。今后需結合當地的實際情況，制定相應的工程措施與標準，實現灌水管理的科學化，從而提升節水效率。

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（責編：張宏民）