石津灌區(qū)灌溉對(duì)地下水影響試驗(yàn)研究

申佩佩，王龍強(qiáng)

（1.河北省水利科學(xué)研究院，石家莊 050057；2.河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050021）

研究灌區(qū)灌溉水對(duì)地下水位及水質(zhì)的影響，對(duì)于地下水資源的監(jiān)測研究具有重要意義。 王樹芳等［1］以北京南部灌區(qū)為例，選取了一眼主要受灌溉影響的觀測井，通過對(duì)比分析地下水位的變化，得出了地下水位與冬小麥灌溉之間的密切關(guān)系； 王仕琴等［2］利用自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備對(duì)華北平原39處淺層地下水位進(jìn)行監(jiān)測，疊加區(qū)域影響地下水宏觀動(dòng)態(tài)類型的各種因素，得到地下水動(dòng)態(tài)影響因素綜合分區(qū)圖，闡明了大區(qū)域范圍內(nèi)不同類型地下水水位年內(nèi)及多年動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，比較了不同類型區(qū)地下水動(dòng)態(tài)所受影響因素的不同；唐莉華等［3］采取點(diǎn)面結(jié)合方式對(duì)位山引黃灌區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)地下水的污染情況進(jìn)行研究分析，指出地下水中氮素逐年累積的主要原因可能是灌溉滲漏和排水進(jìn)入地下水的農(nóng)業(yè)施肥。

本文以石津灌區(qū)為例，分析了灌區(qū)在一次灌水前后連續(xù)過程中地下水位及地下水中的氮元素的變化，并提出措施來改善灌區(qū)的地下水環(huán)境。

1 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及布置

石津灌區(qū)位于河北平原中南部，灌區(qū)耕地面積26.67萬hm2，有效灌溉面積達(dá)16.67萬hm2，灌區(qū)年平均降水量488mm，年平均蒸發(fā)量1100mm，屬溫帶半干旱、半濕潤季風(fēng)氣候，農(nóng)作物主要種植玉米、小麥、棉花等。試驗(yàn)所研究區(qū)域位于石家莊，土壤質(zhì)地為壤土。 試驗(yàn)追蹤冬小麥灌水期間對(duì)地下水位及水質(zhì)的影響。試驗(yàn)區(qū)小麥?zhǔn)┓蚀螖?shù)為一年2次，分別為4月份和11月份，灌溉方式為畦灌。 試驗(yàn)選擇其中一條斗渠，在斗渠的上、中、下游分別設(shè)有一眼觀測井，觀測井編號(hào)分別為1，2，3，追蹤灌水前后連續(xù)一個(gè)月左右的地下水位、水質(zhì)情況。

1.2 試驗(yàn)方法

地下水位水質(zhì)觀測于灌區(qū)灌水前3d開始進(jìn)行，地下水位以相對(duì)高程進(jìn)行分析，每天觀測1次，在測量地下水位的同時(shí)取適量的地下水于事先準(zhǔn)備好的礦泉水瓶中 （礦泉水瓶在試驗(yàn)室提前用蒸餾水沖洗并晾干），貼好標(biāo)簽，并進(jìn)行密封、冷藏。 將取好的水送回試驗(yàn)室，并及時(shí)對(duì)地下水中的進(jìn)行試驗(yàn)測量，分析灌區(qū)灌溉對(duì)地下水位及地下水質(zhì)的影響［4］。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

灌區(qū)地下水的補(bǔ)給主要來自降水和農(nóng)業(yè)灌溉，其中降水為不可控制因素，在灌區(qū)灌水期間，試驗(yàn)組對(duì)地下水位水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)30d跟蹤觀測試驗(yàn)，其中灌水前后5d為每天連續(xù)觀測，之后每隔5d進(jìn)行1次觀測，分析灌溉水對(duì)地下水位水質(zhì)的影響情況。

觀測數(shù)據(jù)為灌區(qū)3月份灌水期間的觀測數(shù)據(jù)，為期34d，其中前5次觀測數(shù)據(jù)為連續(xù)5d觀測數(shù)據(jù)，第6次至第11次為每隔5d觀測1次數(shù)據(jù)，地下水位隨灌水前后的變化如圖1。

圖1 地下水位隨灌水前后的變化

由圖1 可看出，在灌水前后連續(xù)5d 內(nèi)地下水位一直呈上升趨勢，說明灌溉水中的部分水已經(jīng)逐漸的滲透到地下水中，從而引起地下水位的上升；而第6 次地下水位出現(xiàn)了下降，這是由于觀測井附近的地下水取用的原因，之后的地下水位呈上升變化趨勢并逐漸趨于平緩。 相應(yīng)的地下水質(zhì)的變化情況如圖2。

圖2 地下水質(zhì)隨灌水前后的變化

在圖2中，硝態(tài)氮的濃度隨著灌溉水的上升先出現(xiàn)了下降情況，在之后觀測中，由于灌溉水?dāng)y帶田間氮元素下滲，導(dǎo)致地下水位中的硝態(tài)氮濃度上升，之后由于地下水的取用等原因，硝態(tài)氮濃度又出現(xiàn)下降趨勢并逐漸趨于平緩。

由圖1，圖2可看出，地下水位隨著田間灌水前后受到相應(yīng)變化，地下水質(zhì)也產(chǎn)生了相應(yīng)變化，大量文獻(xiàn)資料表明： 田間灌水量的多少及施肥量的情況必然對(duì)地下水水位水質(zhì)產(chǎn)生影響，雖然在田間試驗(yàn)中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示硝態(tài)氮的濃度在灌水一段時(shí)間后，由于地下水的取用、補(bǔ)給等原因呈現(xiàn)出下降趨勢，對(duì)地下水質(zhì)并沒有產(chǎn)生很大威脅，但長此以往，淋溶滲透到地下水中的硝態(tài)氮日積月累，必然會(huì)造成地下水中氮元素超標(biāo)，引起地下水污染，而地下水位上升又會(huì)引起鹽堿地的發(fā)生。

通過灌區(qū)的試驗(yàn)區(qū)布置，觀測在一次灌水期間灌溉水對(duì)地下水位及水質(zhì)的影響，地下水位及地下水質(zhì)在一次灌水期間連續(xù)30d時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)一定變化，地下水位出現(xiàn)逐漸上升趨勢，由于地下水的取用出現(xiàn)下降之后逐漸趨于平緩，而相對(duì)應(yīng)地下水中的硝態(tài)氮由于地下水補(bǔ)給濃度出現(xiàn)先下降后逐漸上升趨勢，最后趨于平緩，雖然所測地下水中的硝態(tài)氮濃度并沒有達(dá)到威脅地下水環(huán)境的程度，但地下水中的硝態(tài)氮濃度長期積累必然會(huì)引起水環(huán)境問題，灌區(qū)應(yīng)通過建立優(yōu)化灌溉制度等措施來減少硝態(tài)氮的淋溶損失。

2 結(jié)語

（1）灌區(qū)地下水中的硝態(tài)氮主要來源于氮肥的淋溶損失，硝態(tài)氮的淋溶損失嚴(yán)重威脅著灌區(qū)的水環(huán)境及灌區(qū)日常生活飲水安全。大面積地下水的硝酸鹽污染去除主要是靠其自凈能力，而對(duì)于局部地下水中的硝酸鹽，可以借助工程措施進(jìn)行去除。 近年來，浙江農(nóng)林大學(xué)通過滲透反應(yīng)墻（PRB）技術(shù)對(duì)地下水進(jìn)行了修復(fù)試驗(yàn)［5］，沈陽大學(xué)對(duì)硅藻土負(fù)載納米鐵去除地下水中的硝酸鹽氮污染進(jìn)行了試驗(yàn)研究［6］，試驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)地下水中硝態(tài)氮去除具有很好的效果。

（2）硝態(tài)氮的吸收、運(yùn)移和淋溶均是溶解在水中進(jìn)行的，而氮肥淋溶損失量的多少很大程度上受灌區(qū)灌水量和施肥量的影響，除了工程措施外，灌區(qū)可建立灌溉與施肥的優(yōu)化體系，在灌水量與施肥量能夠滿足農(nóng)作物的正常需求下，提高灌溉水有效利用系數(shù)，有效地減小地下水中硝態(tài)氮的淋溶損失量。對(duì)不同農(nóng)作物的化肥、農(nóng)藥和有機(jī)肥的施用種類、施用量、施用時(shí)間和施用方法進(jìn)行制度化管理，政府可鼓勵(lì)生產(chǎn)和使用能夠減少環(huán)境污染的化肥和有機(jī)肥，加強(qiáng)技術(shù)、政策和管理方面的制度和措施。