暗管排鹽技術(shù)在新疆阿克陶縣灌區(qū)的應(yīng)用研究

馬千雅

(新疆維吾爾自治區(qū)灌溉排水發(fā)展中心，新疆 烏魯木齊 830000)

1 灌區(qū)概況

位于昆侖山與天山交接的帕米爾高原東麓的新疆阿克陶縣，西、南、北三面環(huán)山，土壤中普遍存在可溶性鹽分，常常隨河流和灌溉逐漸運移，最后積滯在平原灌區(qū)。灌區(qū)年均降水量77.5mm，年均蒸發(fā)量1500mm，干旱指數(shù)18.5，地下水埋深在1.5～4.0m，排水工程建設(shè)落后，灌區(qū)降水稀少、蒸發(fā)強烈，氣候干旱，地下水埋深淺，所以積鹽過程強烈而廣泛，導(dǎo)致平原灌區(qū)出現(xiàn)不同程度的次生鹽堿化。根據(jù)成因不同，灌區(qū)土壤鹽漬化可以分為人為積鹽和自然積鹽兩種。平原灌區(qū)土層多為結(jié)構(gòu)性含水層和相對隔水層互層，其結(jié)構(gòu)性含水層主要是砂卵礫石，自上游至下游砂卵礫石顆粒逐漸變細，相對隔水層則為亞黏土和亞砂土。土層巖性導(dǎo)致平原灌區(qū)地下水流速較緩，水位持續(xù)壅高，在潛水的蒸發(fā)作用下鹽分析出土壤而沉積，形成土壤鹽漬化。此外，灌區(qū)普遍存在重灌輕排現(xiàn)象，田間滲漏嚴重，導(dǎo)致地下水位不斷上升，超過臨界深度，加重土壤次生鹽漬化。

灌區(qū)范圍內(nèi)的鹽堿性土地普遍表現(xiàn)出土壤鹽分高、地下水埋深淺等系列問題，采用暗管排鹽技術(shù)，以暗管排鹽工程增強土壤脫鹽排鹽、淡化土壤為首要目標(biāo)。

2 暗管排鹽技術(shù)的應(yīng)用

2.1 技術(shù)概況

暗管排鹽技術(shù)遵循“鹽隨水來、鹽隨水去”的水鹽運動規(guī)律及相關(guān)原理[1]，待土壤中的鹽分充分溶解后，將其與滲入地下的含鹽水體統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)由管道排除，實現(xiàn)土壤含鹽量降低的作用。

暗管排鹽技術(shù)優(yōu)勢特征：?通過管道排鹽以及降水、灌溉淋洗，使土壤中的鹽分通過暗管排走，從而達到土壤洗鹽排鹽的目的；?達到控制地下水位作用，通過暗管的埋設(shè)將地下水位降低至設(shè)計埋深以下，控制地下水位上升，防止土壤次生鹽漬化；?有助于現(xiàn)代化工程裝備的應(yīng)用，通過開溝鋪管機等成套設(shè)備，實現(xiàn)開溝、鋪管、埋土一體化，為鹽堿地治理提供一套現(xiàn)代化的國產(chǎn)工程裝備及技術(shù)指標(biāo)體系，打破了國外技術(shù)壟斷的局面。

2.2 暗管排鹽的必要性與緊迫性

新疆阿克陶縣灌區(qū)主要位于大陸性干旱氣候帶，降水少，蒸發(fā)強，地表所累積的鹽皮層較厚，土壤鹽漬化現(xiàn)象在地下水埋深小、礦化度高的地區(qū)比較嚴重。形成這種現(xiàn)象的原因主要是地下水位不斷升高，亞黏土和亞砂土土壤質(zhì)地在較為嚴重的蒸發(fā)蒸騰作用下，鹽分不斷累積，土壤本身所具有的生草過程及淺育過程相對弱化[2-3]。土壤鹽漬化問題不僅大大減少土地數(shù)量，而且嚴重降低土地質(zhì)量，極大限制了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。灌區(qū)總面積 73.696hm2，內(nèi)含1～7號7塊條田，條田間由防護林和農(nóng)排間隔。灌區(qū)內(nèi)地下水位埋深在1.5～4.0m范圍，平均埋深水位1.68m，地下水位較高。

表1 鹽堿地綜合整治示范灌區(qū)現(xiàn)狀含鹽量

從表1可以看出，區(qū)域內(nèi)土壤含鹽量在0.99～2.46g/kg范圍內(nèi)，土壤鹽堿化程度較高。灌區(qū)土壤質(zhì)地輕，砂性重，主要為亞黏土和亞砂土，通透性能好，供肥力強，養(yǎng)分積累少，土壤肥力低。

2.3 暗管排鹽技術(shù)的實施

2.3.1 暗管埋設(shè)方式

灌區(qū)暗管排鹽技術(shù)應(yīng)用過程中，主管主要采用φ120～160型PVC雙壁波紋管，并采用無紡布使之與支管接口緊密纏接，而后用耐鹽酸黏結(jié)劑再次黏結(jié)；支管采用φ60～100PVC雙螺紋滲管，支管周圍按照10cm的間隔鉆鑿直徑1cm圓孔，并在支管外包裹雙層無紡布。為防止泥沙等異物進入和堵塞管道，用UPVC管封堵主管和支管起始端口，并確保主管與支管彎曲半徑不小于60cm。

暗管埋設(shè)方式對灌區(qū)地下水位及運行方向存在一定影響，暗管埋設(shè)前地下水運行環(huán)境表現(xiàn)為沿自然坡降長距離水平運行，而埋設(shè)后為由埋設(shè)管道分割而成的150m短距離定向排水環(huán)境[4]。新疆阿克陶縣灌區(qū)暗管排鹽工程采用潛密式“吸水管+集水管”埋設(shè)模式，通過在田間布置間距30m、長3m、直徑2.5m東西走向的吸水管，將過高的地下水排至灌區(qū)一條南北走向的集水管中。集水管中部布設(shè)一個潛污泵，將集水管內(nèi)的水排至與集水管并行的西側(cè)干排涵管內(nèi)。為防止吸水管與集水管內(nèi)發(fā)生淤積，在周圍安裝砂礫石過濾器，并保證過濾器中礫石層厚15～25cm。沖洗方式以畦田為單位，將根部分層土壤中過量的鹽去除，并通過排水洗滌時通過土壤層的水溶解鹽并匯入地下暗管內(nèi)，達到排鹽的目的(見圖1和圖2)。灌區(qū)在集水管中部潛污泵處建設(shè)一座管理房，集自動化檢測設(shè)備和暗管排鹽泵坑為一體。

圖1 暗管布設(shè)示意圖

1—暗管；2—填礫石；3—土工織物；4—土壤；5—砂圖2 暗管橫斷面示意圖

2.3.2 反濾措施

根據(jù)灌區(qū)實際情況，選用就地取材、價格低廉、抗酸堿腐蝕、綠色環(huán)保無污染的秸稈和稻草類透水性材料，此類濾料在應(yīng)用之初能有效阻止顆粒土壤進入暗管，使用2～3年后材料徹底霉變腐爛，在暗管四周形成較為穩(wěn)定的濾水層，發(fā)揮過濾顆粒土壤的作用。

3 暗管排鹽技術(shù)應(yīng)用效果分析

灌區(qū)暗管排鹽技術(shù)實施一年后，在耕地質(zhì)量提升、作物產(chǎn)量增加、節(jié)水方面取得了顯著效果。

3.1 土壤含鹽量、pH值及地下水位顯著降低

在灌區(qū)實施暗管排鹽技術(shù)一年后，對灌區(qū)7塊條田進行勘測，對比分析土壤含鹽量、pH值、地下水位的變化情況(見表2～表3、圖3)。

表2 暗管排鹽技術(shù)實施前后土壤含鹽量變化情況對比

表3 暗管排鹽技術(shù)實施前后土壤pH值變化情況對比

圖3 暗管排鹽技術(shù)實施前后地下水位變化情況對比

由表2～表3和圖3可知，暗管排鹽技術(shù)實施前與實施一年后相比，灌區(qū)內(nèi)7塊條田土壤平均含鹽量從 1.58g/kg下降至1.17g/kg及以下，脫鹽率達到25%以上，pH值平均降低7.2%，地下水位最高下降55cm。

3.2 作物產(chǎn)量大幅增加

灌區(qū)內(nèi)的耕地主要種植小麥、玉米等農(nóng)作物，灌區(qū)降水稀少，蒸發(fā)強烈，屬于暖溫帶內(nèi)陸干旱荒漠氣候，春夏多風(fēng)沙和浮塵等災(zāi)害天氣；風(fēng)沙危害嚴重，自然條件惡劣，區(qū)內(nèi)耕地均為基本農(nóng)田，土地鹽堿化嚴重，耕地質(zhì)量差，農(nóng)作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)。區(qū)內(nèi)地下水位較高，部分地區(qū)土地鹽堿化嚴重，耕地潛力得不到充分發(fā)揮，土地產(chǎn)出率較低，嚴重影響農(nóng)民收入及經(jīng)濟效益的提高(見表4)。

表4 項目實施前后同類作物產(chǎn)量變動情況對比

由表4可知，新疆阿克陶縣灌區(qū)在實施暗管排鹽技術(shù)一年后，同類作物每公頃產(chǎn)量均有大幅度提高，種植各類作物平均每公頃增產(chǎn)32.5%。其中，小麥每公頃增產(chǎn)57.78%(最高)、甜菜每公頃增產(chǎn)18.26%、番茄每公頃增產(chǎn)33.05%、辣椒每公頃增產(chǎn)20.91%。暗管排鹽技術(shù)具有明顯的作物增產(chǎn)作用。

3.3 節(jié)水效果顯著

在新疆阿克陶縣灌區(qū)實施暗管排鹽技術(shù)后，作物年灌溉量由實施前的725 mm降低到實施后的600mm，節(jié)水率達到17.24%。暗管改良鹽堿地所布設(shè)的管道系統(tǒng)實現(xiàn)了讓農(nóng)田灌排水在管道中流動[5]，實現(xiàn)了與農(nóng)田管道灌溉等節(jié)水技術(shù)無縫銜接，形成了管網(wǎng)化的輸、排控制系統(tǒng)，可進行定量化灌溉洗鹽，改變了傳統(tǒng)大水漫灌洗鹽的局面。同時，通過管道排出的水在水質(zhì)滿足灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況下還可回收利用，這對缺水地區(qū)水資源利用效率的提升具有重大意義。

4 結(jié) 論

暗管排鹽技術(shù)在新疆阿克陶縣灌區(qū)實施后，產(chǎn)生了顯著的節(jié)地節(jié)水、耕地質(zhì)量提升、土地集約利用、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境改善等成效，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟、社會與生態(tài)效益。灌區(qū)內(nèi)排水、除鹽等基礎(chǔ)設(shè)施得以配套完善，排水順暢，土地鹽堿化得以有效控制。經(jīng)過持續(xù)改善，使得現(xiàn)有中低產(chǎn)田耕地質(zhì)量等別提升一個等級以上，增產(chǎn)潛力較大，同時，改善和保護了生態(tài)環(huán)境。