吐魯番市灌溉用水質(zhì)量評價

王欣 阿不都沙拉木·加拉力丁 師蕓宏

摘要主要在對吐魯番市各種灌溉用水，如渠水、泉水、機(jī)井水、坎兒井水的水質(zhì)（pH、電導(dǎo)率、八大離子）進(jìn)行檢測的基礎(chǔ)上，用不同的分析方法對灌溉用水的水質(zhì)進(jìn)行分析。得出的結(jié)論是：渠水水質(zhì)普遍較好，對農(nóng)作物基本沒有影響；下游的渠水、火焰山南部和艾丁湖北部的機(jī)井水及坎兒井水水質(zhì)一般，勝金口的泉水及附近機(jī)井水水質(zhì)較差，尤其是3月份的各種水資源，水質(zhì)重度鹽堿化，非常容易進(jìn)一步加劇土壤的鹽堿化。

關(guān)鍵詞灌溉用水；水質(zhì)；評價

中圖分類號S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）23-07975-04

基金項(xiàng)目國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助（41261030）；綠洲生態(tài)教育部省部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目資助（041079）。

作者簡介王欣（1988- ），女，山東青島人，碩士研究生，研究方向：干旱區(qū)水資源與環(huán)境。*通訊作者，副教授，博士，從事干旱區(qū)水資源與環(huán)境研究。

收稿日期20140707近年來，隨著我國干旱區(qū)灌溉用水質(zhì)量的不斷下降，土壤逐漸呈現(xiàn)鹽漬化加劇的趨勢。特別是我國新疆吐魯番地區(qū)，降雨量稀少，蒸發(fā)量巨大，地表水稀缺。在發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)的過程中，有些直接使用鹽堿化水，使土壤更加鹽堿化；有些因灌溉方式不當(dāng)、排水不及時等原因致使地下水位不斷升高，土壤含鹽量增加，土地生產(chǎn)能力下降，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了很大危害。所以，如何在這種干旱缺水地帶根據(jù)其水質(zhì)狀況，更加合理地利用現(xiàn)有的稀缺灌溉水資源就變得尤為重要和關(guān)鍵。因此，筆者從吐魯番市水資源的實(shí)際現(xiàn)狀出發(fā)，對吐魯番市不同灌溉用水的水質(zhì)進(jìn)行相關(guān)分析，這不僅對作物的持續(xù)健康生長有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時也為后期進(jìn)一步進(jìn)行土壤鹽分特征分析，防止土壤發(fā)生潛在鹽堿化提供了參考依據(jù)。

1研究區(qū)概況

吐魯番市位于中國新疆維吾爾自治區(qū)東部，天山山脈東段南坡的山間斷陷盆地——吐魯番盆地中，其地理位置位于41°12′～43°40′ N，87°16′～91°55′ E 之間，如所示。吐魯番市氣候干旱，極為干燥，年均降水量16.6 mm，年蒸發(fā)量達(dá)2 845 mm。北部為博格達(dá)山，盆地內(nèi)發(fā)育有西北-東南走向的火焰山， 海拔500～800 m。火焰山將吐魯番盆地分隔成兩個次級單元：北部為博格達(dá)山與火焰山之間的縱向洼地，南部為火焰山?jīng)_積平原及艾丁湖盆地。吐魯番盆地整體以大傾角自北向南傾斜，最低處為艾丁湖，海拔為-154 m[1]。

2吐魯番市水資源現(xiàn)狀

吐魯番市的水資源由地表水和地下水組成。吐魯番市水資源總量為4.08億m3，其中地表水資源3.58億m3，地下水資源0.5億m3。地表水資源主要由天山水系和火焰山水系組成。天山山區(qū)主要形成了16條河流，現(xiàn)有4條較大河流，從西向東依次是大河沿河、塔爾朗河、煤窯溝河、黑溝，全市全年大河水引水量為1.75億m3，占總引水量的33.99%。其中大河沿河水量多且穩(wěn)定，年徑流量可達(dá)到1.04億m3；黑溝流量最少，年徑流量僅為0.27億m3[2]。由于這些河流大多為季節(jié)性小河流，經(jīng)下滲后，在向南的潛流中遇火焰山阻隔，上升到地表形成泉流。吐魯番的泉流主要有一碗泉、桃樹園子、七泉湖、大草湖、大旱溝、雅爾乃孜溝、煤窯溝、勝金口等20多處，全市全年引用泉水1.08億m3，占總飲水量的20.97%。這些泉流匯集后，沿火焰山的切口南流，形成火焰山水系，經(jīng)再次下滲，隨潛流至艾丁湖北緣再度出露， 最終匯聚于艾丁湖中[3]。

吐魯番市的地下水資源主要來源于坎兒井、自流井、電機(jī)井。吐魯番市共有機(jī)井1 971眼，全市全年機(jī)電井提水0.83億m3，占總引水量的16.12%；坎兒井364條，有水坎兒井254條，全市全年引用坎兒井水1.29億m3，占總引水量的25.05%；其余引水來自自流井、人工截流和水庫蓄水，占全市全年總飲水量的3.87%[2]。它們是吐魯番綠洲賴以生存的重要水源。

吐魯番市是新疆最重要的天山北麓農(nóng)牧業(yè)發(fā)展帶。吐魯番市現(xiàn)有耕地面積17 365.34 hm2[4]，從水資源利用現(xiàn)狀上來看，農(nóng)業(yè)用水需水量巨大，全市供水量為4.702億m3，僅農(nóng)業(yè)用水就達(dá)到4.105億m3，占總用水量的87.3%[5]。

3材料與方法

3.1樣品采集2013年10月份對吐魯番市四大主要渠水、泉水、機(jī)井水、坎兒井水、艾丁湖水等21個灌溉水進(jìn)行了樣品采集，采樣點(diǎn)分布見。水樣采集點(diǎn)分布3.2測定項(xiàng)目及方法參照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 5084-2005對水樣的pH、電導(dǎo)率、礦化度、八大離子（Mg2+、Ca2+、K+、Na+、HCO3- 、CO32- 、Cl- 、SO42-）等指標(biāo)進(jìn)行了水質(zhì)檢測。其中，pH和電導(dǎo)率分別于采集樣品時直接用pH計和電導(dǎo)計現(xiàn)場測定； Ca2+和Mg2+ 用EDTA滴定法測定；K+ 和Na+ 用差減法測定； HCO3-和CO32-用雙指示劑滴定法；Cl-用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法；SO42-用茜素紅法。課題組人員于3月份在吐魯番市艾丁湖北部灌區(qū)采集水樣，其檢測結(jié)果

4結(jié)果與分析

4.1鹽度、堿度分析當(dāng)前，灌溉水質(zhì)綜合評價的指標(biāo)體系非常多，該研究主要引用3個評價標(biāo)準(zhǔn)對吐魯番市灌溉用水進(jìn)行綜合評價。首先從河南省地礦局水文地質(zhì)隊(duì)提出的《鹽度、堿度》[6]的評價指標(biāo)來看，鹽害主要是指氯化鈉和硫酸鈉這兩種鹽分對農(nóng)作物和土壤的危害，用鹽度表示。其計算方法為：

當(dāng)r Na+>r Cl-+r SO42-時，鹽度=r Cl-+r SO42- （1）

當(dāng)r Na+

堿害主要是指碳酸鈉和重碳酸鈉對農(nóng)作物和土壤的危害，用堿度表示。其計算方法為：

堿度=（r HCO3-+r CO32-）-（r Ca2+ +r Mg2+） （3）

這次采集的水樣，從鹽害來看符合式（2）， 且鹽度均小于15 meg/L；從堿害看，堿度均為負(fù)值，所以可判斷，除去艾丁湖的水樣，其余水樣水質(zhì)類型均為一級水。而3月份采集的水樣，從鹽害看，鹽度均大于40 meg/L，屬于四級水，從礦化度看，礦化度為3～4 g/L，為三級水，而堿度卻為負(fù)值，為一級水，無法用單項(xiàng)指標(biāo)判定其水質(zhì)類型，所以用模糊綜合評價方法[6]根據(jù)隸屬度得到模糊關(guān)系矩陣：

R渠水=0001

1000

000.091

R井水=0001

1000

000.291

R坎兒井水=0001

1000

000.361

權(quán)重矩陣R=（0.0730.2690.658）

根據(jù)綜合評判公式：B=AOR，把A和R進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算，即得：

AOR=max min[aij，Rij]=∨ ni=1（aij∧bij） （4）

根據(jù)（4）式得：

B渠水=AOR=（0.0730.2690.658）O0001

1000

000.091=[（0.073∧0）∨（0.269∧1）∨ （0.658∧0）]，[（0.073∧0）∨ （0.269∧0）∨ （0.658∧0）]，[（0.073∧0）∨ （0.269∧0）∧（0.658∧0.09）]，[（0.073∧1）∨ （0.269∧0）∨（0.658∧1）]=（0.269，0，0.09，0.658）

由上述計算可知，3月份的渠水屬于四級重鹽堿水。同理，將機(jī)井水和坎兒井水進(jìn)行式（4）運(yùn)算得知兩者均為重鹽堿水，不適宜作為灌溉用水。

4.2鈉吸附比分析雖然從鹽害、堿害看，這次的水樣水質(zhì)較好。但根據(jù)礦化度分類限值[7]，大河沿河下游的坎兒井水、煤窯溝左支流下游的渠水，以及勝金口附近的機(jī)井水和煤窯溝下游坎兒井水礦化度為1～3 g/L，屬于微咸水；勝金口水庫的泉水屬于咸水；其余水樣均屬于淡水。而3月份采集的各項(xiàng)水樣的礦化度為3～10 g/L，均為咸水。而且研究表明，從鈉吸附比指標(biāo)看，在入滲水礦化度相同的條件下，入滲水的鈉吸附比越高，對土壤結(jié)構(gòu)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的破壞越嚴(yán)重，使土壤通透性變差，導(dǎo)水能力降低[8]。因此在水質(zhì)礦化度不同的情況下，分析不同灌溉用水水質(zhì)的鈉吸附比對土壤及農(nóng)作物生長的影響也非常重要。所以為了進(jìn)一步分析這次采集水樣的水質(zhì)狀況，了解不同水樣對土壤可能造成的潛在影響和危害，該研究選取了國內(nèi)和國外兩個針對鈉吸附比的評價指標(biāo)對水樣進(jìn)行分析。首先，按照所示的Ayers等[9]灌溉水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)對水樣進(jìn)行分析。

4.2.1鹽化分析。根據(jù)ES和TDS綜合來看，只有大河沿河的渠水不影響用水，其余渠水、泉水、機(jī)井水甚至坎兒井水都會使土壤輕微鹽化，尤其是大河沿河下游坎兒井水和勝金口水庫及其下游的泉水、附近的機(jī)井水，以及煤窯溝下游的坎兒井水將導(dǎo)致土壤中度鹽化，都會影響作物水的可用性。因缺失3月份的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，而兩組水樣均為吐魯番市的水資源，有一定參照性， 因此可根據(jù) 的電導(dǎo)率和礦化度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一元線性回歸，如所示，得到一元線性回歸方程為：

y=0.405+0.643x （5）

式中，y是礦化度，x是電導(dǎo)率。相關(guān)系數(shù)R為0.883 2，認(rèn)為兩者有較強(qiáng)的相關(guān)性。因此可大致根據(jù)式（5）求出3月份各水樣的電導(dǎo)率為5.45、5.13、5.03、13.86。根據(jù)ES和TDS分析可以看出，3月份采集的各項(xiàng)水樣均會導(dǎo)致土壤重度鹽化，嚴(yán)重影響作物水的可用性。

4.2.2滲透性分析。根據(jù)SAR和ES的值判斷，利用大河沿河下游坎兒井水、黑溝上游機(jī)井水、勝金口下游機(jī)井水、勝金口水庫水及下游泉水進(jìn)行灌溉，對土壤滲透性基本沒有影響，其余均會對土壤滲透性造成輕微或中度影響，而其中艾丁湖附近的機(jī)井水以及煤窯溝的上中下游渠水，塔爾郎河下游機(jī)井水和坎兒井水灌溉會對土壤滲透性造成重度影響。3月份采集的水樣對土壤的滲透性影響不大。

4.2.3Na離子毒害分析。雅爾乃孜溝泉水、煤窯溝上游、勝金口水庫水及下游泉水，以及煤窯溝下游的坎兒井水、勝金口下游的機(jī)井水灌溉將導(dǎo)致敏感作物Na+輕微或中度毒害，而煤窯溝左支流下游渠水和艾丁湖附近機(jī)井水灌溉會導(dǎo)致敏感作物 Na+嚴(yán)重毒害。3月份采集的水樣灌溉均會導(dǎo)致敏感作物Na+的嚴(yán)重毒害。

42卷23期王 欣等吐魯番市灌溉用水質(zhì)量評價4.2.4Cl-離子毒害分析。勝金口下游的泉水、機(jī)井水、煤窯溝下游的坎兒井水以及艾丁湖附近的機(jī)井水灌溉會導(dǎo)致敏感作物Cl-中度毒害。大河沿河下游坎兒井水、勝金口水庫水會導(dǎo)致敏感作物Cl-嚴(yán)重毒害。3月份采集的水樣中，坎兒井水會導(dǎo)致敏感作物Cl-中度毒害，艾丁湖水將導(dǎo)致敏感作物Cl-重度毒害。

對農(nóng)田灌溉來說， 灌溉水的質(zhì)量取決于灌溉水的總礦化度和鈉離子在陽離子總量中的相對含量。前者是構(gòu)成土壤鹽化的內(nèi)在因素， 后者是土壤能否形成堿化的前提。根據(jù)綜合危害系數(shù)法[10]的分級標(biāo)準(zhǔn)，將灌溉水質(zhì)分成4級，在分級基礎(chǔ)上，將鈉離子占陽離子的70%以上的認(rèn)為是高鈉水，其余為低鈉水，其中K值為綜合危害系數(shù)，既反映鹽害又反映堿害，其近似計算式為：

K=1 2.4M+SAR （6）

其中，M為灌溉水總礦化度（g/L），SAR為鈉吸附比。

將所有水樣進(jìn)行式（6）的K值運(yùn)算，結(jié)果如所示。勝金口水庫水及下游泉水、機(jī)井水以及艾丁湖附近的機(jī)井水為二級水，而前者為低鈉水，后者為高鈉水，所以兩者均可適當(dāng)灌溉，后者需及時中耕以防止土壤板結(jié)現(xiàn)象。其余水樣均為一級水，允許作物按需要進(jìn)行常年灌溉。而3月份采集的水樣全為高鈉水，且K值均高于44，全為四級水，灌后土壤易堿化，最好不用于灌溉。與同實(shí)驗(yàn)室前期結(jié)論基本一致[5]，檢測得知土壤均為堿性土，且鹽化嚴(yán)重。

水樣綜合危害系數(shù)示意5結(jié)論

通過測定吐魯番市各灌溉水pH、電導(dǎo)率、礦化度、鹽分離子的含量，研究不同水資源的灌溉水質(zhì)對吐魯番市灌溉土壤的影響，結(jié)論如下。

（1）總體來看，大河沿河灌溉用水的水質(zhì)最好，且水量充足較穩(wěn)定，能滿足作物的生長要求；塔爾郎河、煤窯溝、黑溝的灌溉用水水質(zhì)較好，但會輕度影響作物生長；雅爾乃孜溝泉水以及各大河流下游水，即火焰山以南灌溉水、艾丁湖以北灌溉水無論是坎兒井水還是機(jī)井水的水質(zhì)均良好，會輕度或中度影響作物；而勝金口灌溉用水水質(zhì)較差，會重度影響作物生長，非常容易使土壤灌溉后出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，所以在使用勝金口灌溉用水時須高度重視土壤次生災(zāi)害。

（2） 3月份采樣點(diǎn)分布于煤窯溝與塔爾郎河的下游，火焰山以南，艾丁湖以北灌區(qū)。該區(qū)是河水、機(jī)井水、泉水、坎兒井水混灌，處于渠水下游區(qū)，渠水水質(zhì)較差，而此處地下機(jī)井水多為上游渠水及灌溉用水下滲，水質(zhì)也較差，均為重鹽堿性水，所以基本不適宜作為灌溉用水。但是3月份為農(nóng)業(yè)灌溉用水高峰期，且為渠水枯水期，水量稀少，水資源供需緊張，且艾丁湖北部灌區(qū)本身地勢低洼，地下水位因灌溉容易迅速抬升，所以在使用此區(qū)灌溉用水時必須做好排水系統(tǒng)，在夏季渠水較多時，混合灌溉用水，以減輕次生鹽堿化的影響。

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