渠道襯砌對(duì)農(nóng)田水土環(huán)境的影響研究以隆勝節(jié)水示范區(qū)為例
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馬璐瑤，丁雪華，楊樹青，馬金慧，韓文光(.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，呼和浩特 0008；.內(nèi)蒙古民族大學(xué)，內(nèi)蒙古 通遼 08000；.永濟(jì)灌域管理局試驗(yàn)站，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 05000)

隨著黃河水資源的日益緊缺和沿黃各地用水量的逐年增加，灌區(qū)灌溉引水的嚴(yán)重不足已成為灌區(qū)農(nóng)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的最大潛在威脅。嚴(yán)峻的水資源形勢(shì)和灌區(qū)發(fā)展的需要使節(jié)水灌溉成為河套現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，走節(jié)水灌溉的路子是內(nèi)蒙古河套農(nóng)業(yè)再造輝煌的歷史選擇和希望所在。自20世紀(jì)90 年代以來(lái)，各灌區(qū)大力推行渠道襯砌工程，1998 年自治區(qū)推薦水利部將內(nèi)蒙古河套灌區(qū)列入大型灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目，并確立了隆勝節(jié)水示范工程建設(shè)項(xiàng)目[1]。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

隆勝節(jié)水示范區(qū)位于河套灌區(qū)中部的臨河市隆勝鄉(xiāng)永剛分干渠灌域，地處東經(jīng)107°27′～107°32′，北緯 40°49′～40°54′，包括西濟(jì)支渠和東濟(jì)支渠2個(gè)支渠流域，控制面積6 333 hm2，規(guī)劃設(shè)計(jì)灌溉面積4 867 hm2，其中西濟(jì)灌域2867 hm2，東濟(jì)灌域 2 000 hm2。隆勝節(jié)水示范工程于1998年12月開工，至2002年7月底完成了全部建設(shè)任務(wù)，共襯砌支斗農(nóng)渠119條，建設(shè)井灌區(qū)73.33 hm2，打機(jī)電井14眼，埋設(shè)低壓管道3.5 km。工程總計(jì)完成投資2 580 萬(wàn)元[2,3](見圖1)。

圖1 示范區(qū)觀測(cè)井和土壤取樣點(diǎn)布置圖

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

本論文以西濟(jì)支渠為典型渠，對(duì)節(jié)水改造前1999-2002年及節(jié)水改造后2003-2005年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，分析渠道襯砌前后地下水埋深、灌溉水量、土壤鹽分、灌溉水利用系數(shù)的變化情況，探討各指標(biāo)對(duì)農(nóng)田水土環(huán)境的影響，為制定農(nóng)田水土環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的節(jié)水改造措施提供理論基礎(chǔ)[4,5]。

2 結(jié)果分析

2.1 渠道襯砌對(duì)地下水埋深的影響

本次分析選取有長(zhǎng)系列觀測(cè)資料的1～8號(hào)井對(duì)地下水埋深動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析，表1為1～8號(hào)井年平均地下水埋深。將支渠控制灌域按上、中、下游劃分成3個(gè)片區(qū)，即3、4號(hào)為上游地下水觀測(cè)井，2、5、8號(hào)為中游地下水觀測(cè)井，1、6、7號(hào)為下游地下水觀測(cè)井，不同片區(qū)地下水埋深見圖2。從圖2可以看出，2002年以前地下水埋深持續(xù)上升，其中上游上升0.4 m、中游上升0.64 m、下游上升0.57 m。渠道襯砌后(2002年后)，從變化趨勢(shì)看，不同片區(qū)地下水埋深相差幅度增大，至2005年，上游地下水下降0.04 m、中游下降0.37 m、下游下降0.56 m，上下游地下水埋深差距在0.76 m。從分析結(jié)果可以看出，渠道襯砌對(duì)區(qū)域內(nèi)地下水埋深有一定影響。

表1 歷年灌區(qū)地下水埋深 m

圖2 灌區(qū)不同片區(qū)地下水埋深變化

圖3為渠道襯砌前和襯砌后不同片區(qū)地下水埋深年內(nèi)平均變化情況，從圖3可以看出，地下水埋深年內(nèi)變化幅度較大，總體變化可分為9月中旬秋澆補(bǔ)給地下水，地下水埋深上升，10月下旬氣溫下降，土壤凍結(jié)，地下水埋深下降，3月中旬土壤凍結(jié)層解凍，土壤水補(bǔ)給地下水，地下水埋深回升，5月至9月上旬作物生長(zhǎng)，在灌溉和作物需水情況下，地下水埋深波動(dòng)變化，總體呈下降趨勢(shì)。綜上所述，區(qū)域內(nèi)地下水埋深總體變化不大，但地下水埋深分布發(fā)生變化，原因是渠道襯砌后，提高了渠系水利用系數(shù)，減少了渠道滲漏損失，但灌區(qū)引水量并未隨之減少，而是依據(jù)來(lái)水量豐增枯減。渠道襯砌前后，中游無(wú)明顯變化；上游畝均灌水定額不減反增，灌溉管理制度尚需優(yōu)化；下游地下水埋深下降顯著。

圖3 灌區(qū)節(jié)水改造前后地下水埋深年內(nèi)變化

圖4為下游片區(qū)節(jié)水改造后地下水埋深變化圖，由圖4可看出，節(jié)水改造后下游地下水埋深下降明顯，生育期內(nèi)渠道襯砌后地下水埋深下降了0.32 m。主要原因一方面是渠道襯砌減少了渠道滲漏損失，另一方面是下游灌水不充足，不能滿足灌溉需求。

圖4 灌區(qū)節(jié)水改造前后下游地下水埋深年內(nèi)變化

圖5為灌區(qū)平均地下水埋深與引水量的關(guān)系圖，由圖5顯示，地下水埋深與灌溉引水量呈正相關(guān)，呈y=1.789×10-6X2+0.005X-3.169(R2=0.988)關(guān)系曲線，由函數(shù)關(guān)系分析計(jì)算，在灌溉引水量為1 645 萬(wàn)m3時(shí)，研究區(qū)地下水埋深為1.68 m[6]。

圖5 灌溉引水量與地下水埋深關(guān)系圖

2.2 渠道襯砌對(duì)土壤鹽分的影響

圖6為渠道襯砌前后土壤鹽分變化情況，從圖6可以看出，渠道襯砌后土壤鹽分總體有所下降，但未呈現(xiàn)明顯變化趨勢(shì)，而土壤鹽分與地下水埋深呈現(xiàn)規(guī)律性變化，地下水埋深在1.6～1.8 m時(shí)，土壤鹽分較小，大于或小于此值，土壤鹽分均增加。

圖7為襯砌后土壤鹽分隨時(shí)間及空間變化，地面下20 cm土壤鹽分較大，且變化幅度較大，總體來(lái)看，夏灌中的土壤鹽分較高，秋澆后土壤鹽分較小，秋澆對(duì)蓄水保墑、洗鹽、防治病蟲害、調(diào)節(jié)次年春灌壓力，消滅蟲蛹，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量有明顯的作用[7]。

圖6 夏灌前和封凍前土壤鹽分

圖7 渠道襯砌后土壤鹽分變化情況

從片區(qū)來(lái)看，上游和下游土壤含鹽量較高，中游含鹽量較低，分析其形成原因，上游地下水埋深淺，蒸發(fā)強(qiáng)烈，水走鹽留，下游由于灌溉季節(jié)來(lái)水水量不足或不及時(shí)，加之地勢(shì)較低，含鹽量較高。節(jié)水改造后表層土壤鹽分總體有上升趨勢(shì)，表層40 cm以下土壤鹽分變化不明顯。

2.3 渠道襯砌對(duì)農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)的影響

農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)是綜合反映灌區(qū)灌溉用水有效利用程度的一個(gè)重要指標(biāo)，可綜合反映灌區(qū)灌溉工程狀況、用水管理水平、灌溉技術(shù)水平。表2為灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)變化情況，從表可以看出，渠道襯砌后支渠灌溉水利用系數(shù)提高了13.25%、斗渠提高了11.85%、農(nóng)渠提高了7.26%，灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)提高了28.6%，渠道襯砌隨渠道級(jí)別變化，支渠最明顯，農(nóng)渠增幅最小，按渠道襯砌前引水量計(jì)算，渠道襯砌后具有535 萬(wàn)m3的節(jié)水潛力，畝均灌溉水量由435 m3減少為310 m3，用水量的減少，有效控制地下水位上升，對(duì)防治土壤鹽堿化具有重要作用，但目前雖然渠道襯砌后，渠系水利用系數(shù)提高，但田間管理措施不足，田間水利用系數(shù)還有待提高。

表2 灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)變化

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)分析，渠道襯砌后，節(jié)水效益不顯著，主要因?yàn)楣鄥^(qū)配水制度及灌溉制度未變化，灌區(qū)地下水位與灌區(qū)引水量呈正相關(guān)，為保證作物生長(zhǎng)及防止土壤鹽堿化，灌溉季節(jié)應(yīng)控制在1.6～1.8 m之間。因此控制永濟(jì)干渠西濟(jì)支渠灌區(qū)引水量為1 645～1 850 萬(wàn)m3。渠道襯砌后，灌溉水利用系數(shù)由0.482提高到了0.676，具有535 萬(wàn)m3的節(jié)水潛力。為灌區(qū)持續(xù)發(fā)展，在灌區(qū)上游及下游適宜開展井區(qū)結(jié)合灌溉，控制地下水位。

[1] 楊玉成,趙貴成.河套灌區(qū)隆勝節(jié)水示范工程建設(shè)總結(jié)[J].內(nèi)蒙古水利，2001,83(2):19-21.

[2] 夏玉紅,趙培清,陳智淵. 內(nèi)蒙古河套灌區(qū)隆勝節(jié)水農(nóng)業(yè)示范區(qū)水鹽動(dòng)態(tài)分析[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2011,(5):95-100.

[3] 趙培清,趙貴成,敖 靜,等.隆勝節(jié)水示范區(qū)工程改造后對(duì)環(huán)境變化的初步探析[J].內(nèi)蒙古水利，2001,83(2):26-28.

[4] 馬金慧,楊樹青,張武軍,等.河套灌區(qū)節(jié)水改造對(duì)地下水環(huán)境的影響[J].人民黃河，2011,33(1):68-69.

[5] 張志杰,楊樹青,史海濱,等.內(nèi)蒙古河套灌區(qū)灌溉入滲對(duì)地下水的補(bǔ)給規(guī)律及補(bǔ)給系數(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011,27(3):61-66.

[6] 郝芳華，孫銘澤，張 璇,等.河套灌區(qū)土壤水和地下水動(dòng)態(tài)變化及水平衡研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013,(3):21-25.

[7] 管孝艷,高占義,王少麗,等.河套灌區(qū)秋澆定額對(duì)農(nóng)田土壤鹽分淋失的影響[C]∥ 現(xiàn)代節(jié)水高效農(nóng)業(yè)與生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，2010:463-469.