灌區(qū)暗管排水改良鹽堿地效果監(jiān)測

孟 奇

（新疆兵團勘測設(shè)計院（集團）有限責任公司，新疆 石河子 836800）

1 試驗區(qū)域概況與試驗方案[1-4]

1.1 試驗區(qū)自然概況與水文氣象條件

1.1.1 試驗區(qū)自然概況

新疆某暗管排水工程位于新疆內(nèi)陸地區(qū)， 暗管工程未實施前，主要排水干管水位相對較高，且研究區(qū)域內(nèi)的細沙土和壤土含量大，溝道坍坡嚴重，從而使得溝道淤積。 隨著時間的推移，淤積量逐漸增大，溝底逐漸抬高，溝道斷面逐漸縮小，導(dǎo)致排水效果較差，地下水位不斷上升，水位上升后的土壤鹽化逐漸加重。 通過鋪設(shè)暗管，可有效降低地下水位，減少溝道淤積，提高排水效率，解決區(qū)域鹽減化問題，改善當?shù)赝寥罓顩r。

1.1.2 水文氣象條件

該水利項目位于溫帶干旱氣候區(qū)域， 氣候特點為干旱少雨，蒸發(fā)量較大。根據(jù)相關(guān)水文水資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計，地區(qū)年降水量約282.4mm，蒸發(fā)量1184.8mm，蒸發(fā)量是降雨量的6倍，夏短寒長，年平均氣溫9℃。光照資源較為豐富，利于農(nóng)作物生產(chǎn)，屬于典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 監(jiān)測試驗方案

1.2.1 試驗設(shè)計

選擇新疆某水利工程的暗管排水項目進行檢測試驗點的布置。檢測點主要對地下水埋深、土壤含水率、全鹽量、地下礦物質(zhì)進行有效監(jiān)測。 在得到檢測數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行分析，得到各監(jiān)測量在鋪設(shè)暗管后的變化規(guī)律， 進而分析暗管排水對鹽堿地的治理效果。

1.2.2 試驗設(shè)施

本次試驗時間選擇2021年7月—2021年11月，每半個月進行1次實地檢測與水取樣試驗。在試驗范圍區(qū)域選擇上， 范圍主要選在一級暗管自拍區(qū)域與二級暗管強排區(qū)域。在試驗區(qū)域范圍內(nèi)，將暗管的埋設(shè)深度控制在1.5～1.8m，暗管間距為80m，在本次試驗過程中，共計布置12個觀察孔，孔深2m，具體布置如圖1。 其中1#～9#共計9個觀察孔主要是進行地下水位的觀測，9個觀察孔在布置形式上主要采用三角布置形式，尺寸大小為50mm，功能主要是進行地下水埋設(shè)深度的監(jiān)測。 10#，12#，13#主要是用于監(jiān)測土壤的導(dǎo)電率與含水率。1#，2#，3#，10#4個觀察孔為A區(qū)域觀察孔，4#，5#，11#3個觀察孔為B區(qū)域觀察孔、6#，7#，8#，12#4個觀察孔為C區(qū)域的觀察孔。 在區(qū)域劃分上：A區(qū)與B區(qū)兩個區(qū)域域主要是由泵站來進行暗管強排區(qū)，C區(qū)域為暗管自排區(qū)。 同時9#觀察孔位于溝道的邊坡上。 試驗區(qū)域內(nèi)原土狀理化性狀如表1。

圖1 觀察井布置示意圖

表1 試驗區(qū)域內(nèi)原土狀理化性狀

1.2.3 主要的監(jiān)測內(nèi)容與方法

（1）地下數(shù)位埋深與地下水礦化度。 采用SWJ-1010電子水位計進行地下水埋深測量， 觀測精度誤差范圍為-0.5～0.5mm之間， 水質(zhì)礦化度的測量主要通過取地下水進行理化試驗而得到。

（2）土壤含水率。 采用TDR進行不同土壤深度下的體積含水率的測定，測得土壤體積含水率后，除以實測土的平均容重，便可得到土壤質(zhì)量含水量。

（3）土壤全鹽測量。 使用TDR進行地表下個層土壤深度的電導(dǎo)率進行測試，并根據(jù)下式進行土壤全鹽量的計算。

式中 St為電導(dǎo)度。

圖2為地下水位埋深變化曲線，從圖2可知，在布置暗管后， 試驗區(qū)在灌溉期的地下水位埋深降至1.06～1.77m，非灌溉區(qū)域下降至1.27～1.75m，從兩者下降的數(shù)據(jù)來看， 地下暗管在控制地下水位的作用十分明顯，可以達到降低地下水埋設(shè)深度的效果。并且，暗管自排與強制泵站抽排相比，其可隨時控制地下水位深度。 在強降雨后，可有效地降低地下水位。所以在7—9月的強降雨期間， 自排區(qū)地下水位埋深上升到1.45～1.56m，二級強制排水為1.14～1.44m。 在10月份，由于灌溉的結(jié)束及降水量的減少，地下水位下降至1.47～1.75m。 由于9#位于觀察孔的邊坡上，其地下水位不受排水溝承泄地下水的影響， 其水深變化不受影響。

圖2 為地下水位埋深變化曲線

2 實驗結(jié)果分析

2.1 土壤含水率變化特征分析

圖3與圖4為土壤質(zhì)量含水率剖面變化與不同深度各觀測孔含水率變化曲線，由圖可知，土壤含水率隨著土壤深度的增加而增加， 當土壤的滲透性較差時，降雨量下滲受阻。 在7—9月強降雨期間，土壤的含水率隨著土層深度的增加而減少， 上層含水率達27%，一級自排區(qū)在6.4%～28.3%范圍內(nèi)變化，二級強排區(qū)在15.9%～29.5%的范圍內(nèi)變化，兩者變化趨勢保持一致。一級暗管自排區(qū)不受泵站抽排的影響，其含水率明顯低于強排區(qū)。 0～50cm耕作區(qū)域的含水率處于穩(wěn)定狀態(tài)，這是因為在降雨后，耕作區(qū)的含水率增加，在暗渠的影響下，水分滲入下層土壤，隨著暗渠排除。80～100cm受到地下水位與暗管的雙重影響，含水率變化幅度相對較小，在23.4%～28.1%之間。

圖3 土壤質(zhì)量含水率剖面變化曲線

圖4 含水率變化曲線

2.2 土壤全鹽量與地下水礦化度分析

圖5、圖6為觀測井土填全鹽量剖面變化曲線，可以看出，在布置暗管后，土壤含鹽量整體呈現(xiàn)出下降趨勢，且隨著土層深度的不斷加深，土壤全鹽量在逐漸減小。 在試驗的時間范圍內(nèi)，7—9月為強降雨時期， 在強降雨天氣的影響下， 該地區(qū)的地下水位變淺，且該段時間日照條件較為充足，表層雨水大量蒸發(fā)，導(dǎo)致表層土壤中的含鹽量在不斷增高。 在強降雨天氣過后，水位逐步恢復(fù)到之前的穩(wěn)定狀態(tài)，土壤中的含鹽量又逐漸下降。 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，二級強排區(qū)土壤表層的含鹽量在1～2g/kg的范圍之內(nèi)， 下層土壤的含鹽量約1g/kg，觀察井的含鹽量整體低于1g/kg，且在自排區(qū)域內(nèi)， 鋪設(shè)暗管后含鹽量總體已下降至1g/kg以下。 在分類上，已經(jīng)屬于非鹽漬土壤。 在冬灌前，由于降雨量少，表層的水分被大量蒸發(fā)，導(dǎo)致表層鹽分層聚集，含鹽量在持續(xù)增高，甚至超過了4g/kg。

圖5 觀測井土填全鹽量剖面變化曲線

圖6 土壤全鹽量剖面變化曲線

試驗檢測周期內(nèi)， 分別對10#，11#，12#進行水取樣，在試驗室內(nèi)進行地下水礦化度的檢測工作，試驗結(jié)果如圖7?？梢钥闯?，從變化趨勢上來看，地下水的礦化度與全鹽量整體變化基本相同， 均呈現(xiàn)下降趨勢。 從下降幅度來看， 一級暗管的下降幅度最為明顯。 在7—9月的降雨期，由于強降雨等的影響。 地下水位變淺、同時在7—9月日照條件較為充足，蒸發(fā)量較大，地下水礦化度的變化趨勢呈現(xiàn)先減小后增大。

圖7 各區(qū)域地下水礦化度變化曲線

采用DSP軟件進行地下水礦化度及含鹽量的進行線性回歸，擬合曲線如圖8。通過嚙合，得到的回歸方程為y=1.5228x+1.011，其中R2=0.776，P=2.36×10-7，由于P的值較小，因此相關(guān)性較高。 通過對土壤全鹽量和地下水礦化量回歸分析，可以看出，觀測值與擬合值的誤差范圍維持在-1.29～0.49之間，整體誤差相對較小。 擬合曲線的截距a=1.011， 檢驗P值為2.19×10-10，斜率回歸系數(shù)為1.5228，檢測P的值為2.33×10-7，截距與斜率的相關(guān)性較好。 回顧方程的擬合曲線是在充分考慮試驗地區(qū)的試驗條件與環(huán)境條件等因素下得到，因此，本試驗得到的線性回歸方程只能在相似地區(qū)進行相關(guān)研究。

圖8 地下水礦化度和土壤全鹽量的關(guān)系

表2 土壤全鹽量和地下水礦化量回歸分析

3 結(jié)語

選擇新疆某水利工程暗管排水項目改良鹽堿地進行效果監(jiān)測，從試驗數(shù)據(jù)來看，可有效降低地下水位，鋪設(shè)暗管后的土壤全鹽量整體呈現(xiàn)出下降趨勢，并隨著土壤深度的增加全鹽量逐漸減小， 對地下水礦化度及含鹽量進行線性回歸分析后， 地下水礦化度和土壤全鹽量呈現(xiàn)出正相關(guān)。通過本文分析，對推動灌溉農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展、 土壤生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善等具有重要的工程意義。