疏勒河灌區(qū)鹽漬土分布及影響研究

張發(fā)榮，惠 磊

(1.甘肅省疏勒河流域水資源利用中心，甘肅 玉門 735211；2.酒泉市黨河流域水資源管理局，甘肅 敦煌 736200)

1 研究區(qū)概況

疏勒河灌區(qū)位于甘肅省河西走廊西端，疏勒河中下游地區(qū)，為一狹長地形。灌區(qū)由昌馬、雙塔和花海3個子灌區(qū)組成，供水服務(wù)范圍包括酒泉市下轄22個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和6個國營農(nóng)場，總灌溉面積156.7萬畝[1]。灌區(qū)氣候類型為典型的內(nèi)陸干旱性氣候，降雨稀少，蒸發(fā)量大，冬冷夏熱，晝夜溫差大。多年平均降水量約60mm，年蒸發(fā)量在2500mm以上。灌區(qū)地表水資源總量為10.66億m3，與地表水不重復(fù)的地下水資源量為0.73億m3，水資源總量為11.39億m3，單位面積水資源量僅為全國平均水平的1/12，水資源量稀少而彌足珍貴。一直以來，疏勒河是滋養(yǎng)玉門、瓜州和敦煌綠洲的唯一水源，十分珍貴的水資源是區(qū)域內(nèi)人民生產(chǎn)生活、經(jīng)濟社會發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設(shè)無法替代的根本保障。

昌馬灌區(qū)位于河西走廊西端的疏勒河中游，總體地勢南高北低，東高西低，海拔高程1300～1400m。灌區(qū)為一完整的盆地，灌溉面積79.11萬畝。盆地內(nèi)地形開闊、平坦，昌馬洪積扇戈壁礫石平原坡降為10‰～15‰，細土平原坡降3‰～5‰，疏勒河沿礫石傾斜平原東部邊緣自南而北流入細土平原，在飲馬農(nóng)場西北側(cè)折向西流入雙塔水庫。

雙塔灌區(qū)位于疏勒河下游的瓜州盆地，為一東窄西寬的楔形沖湖積平原。整個地勢東高西低，南高北低，海拔高程1100～1250m，灌溉面積57.46萬畝。區(qū)域地貌可分為低山丘陵區(qū)及盆地平原區(qū)，灌區(qū)所屬的干渠、支渠等建筑物均處在瓜州盆地平原區(qū)中的沖洪積微傾斜平原與沖湖積細土平原區(qū)內(nèi)。

花海灌區(qū)位于石油河下游的花海盆地，灌溉面積20.13萬畝。花海盆地地屬河西走廊北盆地系列的花海鼎新盆地，其南北兩側(cè)為低山丘陵。盆地內(nèi)地勢南高北低，西高東低，海撥高程在1425～1210m之間。

疏勒河干流發(fā)源于祁連山西段的討勒南山與疏勒南山之間，河流自東南流向西北，通過高山積雪、冰川融水及山區(qū)降水的匯入形成昌馬河。過昌馬峽后進入走廊平地，河道呈放射狀，水流大量滲漏成為潛流，至沖積扇前緣出露形成(頭道溝～十道溝)10道溝泉水河，諸河北流至布隆吉匯合為疏勒河。疏勒河花兒地以上流域面積6415km2，是該河流徑流的主要補給區(qū)，而昌馬堡下游大量河水被用于農(nóng)業(yè)灌溉成為河水主耗區(qū)。

2 灌區(qū)土壤鹽漬化程度及分布

2.1 灌區(qū)鹽漬土的類型及鹽漬化程度

根據(jù)鹽漬土的分類標準和類型[2- 3]，鹽漬土分類及類型劃分標準見表1—2。

表1 鹽漬土分類

表2 鹽漬土類型

2.2 鹽漬化土壤的分布

根據(jù)以往研究資料，鹽漬土的類型及鹽漬化程度以植物根系主要活動層或耕植層(一般0～20cm或30cm)的含鹽量為準[4- 5]。通過對研究區(qū)域內(nèi)不同渠道實地取樣研究，得出不同地點鹽漬土相關(guān)指標見表3。

表3 鹽漬土相關(guān)指標

由表可知，研究區(qū)域內(nèi)鹽漬土含鈉鹽、鉀鹽、氯鹽、硫酸鹽等物質(zhì)。不同渠道鈉鹽和鉀鹽總含量均小于氯鹽，同時大部分渠道鈉鹽和鉀鹽總含量小于硫酸鹽含量，說明研究區(qū)域內(nèi)鹽漬土以氯鹽漬土和硫酸鹽漬土為主，其中西干六支渠和北干四支渠鹽漬化程度最嚴重。

2.3 鹽分在垂向剖面上的分布

根據(jù)土樣易溶鹽分析試驗結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)鹽漬土鹽分在垂直剖面上的變化規(guī)律如下。

研究區(qū)域內(nèi)，絕大部分含鹽量呈現(xiàn)為上部土層含鹽量大于下部土層含鹽量數(shù)倍，鹽分主要聚集于地面向下30cm范圍內(nèi)且積鹽較重，在地面向下60cm的范圍內(nèi)，通常含鹽量均高于1%，而少部分地表微積鹽。由此可知，土壤鹽分在剖面上的分布，主要呈現(xiàn)為表層30cm范圍內(nèi)積聚現(xiàn)象，土壤表層鹽分遠大于下部鹽分，60cm以下鹽分較小，且趨于一定值。

2.4 鹽漬土的

鹽漬土變化的研究發(fā)現(xiàn)，玉踏盆地從20世紀70年代到90年代鹽漬土面積呈逐年增大的狀態(tài)，主要體現(xiàn)為濕地萎縮轉(zhuǎn)化為鹽漬土地、灌區(qū)農(nóng)田大面積鹽漬化以及大片鹽漬地轉(zhuǎn)化為鹽漬沙地等。

近年來，由于氣候變化造成流域水資源極度匱乏，引水灌溉面積不斷擴大，土壤鹽堿化持續(xù)加重，同時人類活動和水利工程的建設(shè)改變了原有流域下墊面狀態(tài)，引起較大的環(huán)境結(jié)構(gòu)變化，進一步加重土壤鹽漬化程度，使鹽漬土地面積逐年擴大，因此不利于生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好發(fā)展。

3 鹽漬土對水利工程設(shè)施的影響

3.1 鹽脹的影響

鹽漬土中大量的硫酸鹽是引起鹽脹病害的主要原因[7]。通過前面分析可知荒地系統(tǒng)鹽漬土類型主要為亞硫酸鹽漬土，當溫度發(fā)生變化時，土中所含的硫酸鈉會形成結(jié)晶，使土壤體積增大，造成土體膨脹，從而使混凝土局部不平鼓起開裂；同時在地形地勢的影響下，疏勒河流域晝夜溫差大，這又使得鹽脹作用反復(fù)進行，從而破壞了土體完整性，造成混凝土地基表層疏松多孔，加劇水利工程設(shè)施風蝕破壞，輸水渠破壞如圖1所示。

圖1 鹽脹破壞

3.2 凍脹的影響

一般標準凍土深度以上土層在冬季發(fā)生凍結(jié)，當下部水分到達臨界凍結(jié)深度時發(fā)生凍結(jié)，土層體積增大，反復(fù)作用形成冰凍層，上部土層和混凝土結(jié)構(gòu)在下部冰凍層的影響下產(chǎn)生破壞，即凍脹[8- 10]。河西地區(qū)冬季寒冷多風，地表相對干燥，這個季節(jié)是發(fā)生混凝土凍脹病害最嚴重的季節(jié)。研究區(qū)域內(nèi)發(fā)生凍脹病害的主要原因分2種，一是地下水位埋深淺，地基土常年處于飽和狀態(tài)，含水量大于25%，凍脹等級為Ⅳ級強凍脹，主要涉及渠道為西干五分干渠、北干一分干渠、北干渠四支渠及北干渠五支渠共4條渠道；其二是渠水外滲引起的凍脹，主要涉及除上述四條渠道外的其他渠道。一般情況下，渠道陰坡面較陽坡面凍脹嚴重，局部渠段陽坡面也有凍脹破壞，渠底較渠坡的凍脹破壞嚴重，如圖2所示為地下水位淺引起的凍脹破壞。

圖2 凍脹破壞

3.3 翻漿的影響

翻漿破壞的發(fā)生主要在春季。隨著氣溫上升，表層逐漸解凍，渠道等水利設(shè)施表層首先融化，而下部土體融化速度慢，表層中凍結(jié)的水分熔化后不能迅速下滲，從而使表層含水量超過液限，在過水等振動荷載的作用下，渠道破損處就出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象[11]。同時春季解凍時鹽漬土體中受部分鹽分的影響，水分蒸發(fā)緩慢而土土體長期處于潮濕飽和狀態(tài)，進一步加重了翻漿破壞的發(fā)生，如圖3所示為渠道翻漿破壞。

圖3 翻漿破壞

3.4 腐蝕的影響

鹽漬土對水利工程常用的鋼筋混凝土和石料等建筑材料均具有不同程度的侵蝕和腐蝕作用[12]。鹽漬土中硫酸鹽主要與混凝土中的水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成石膏和鈣釩石，使混凝土體積膨脹開裂，過飽和的硫酸鹽溶液結(jié)晶還會產(chǎn)生一定的破壞應(yīng)力。氯鹽對水利設(shè)施的破壞主要是腐蝕，在與鐵元素發(fā)生反應(yīng)后生成氯化亞鐵，這種氯離子與鐵離子的結(jié)合物極不穩(wěn)定，在有氧的條件下鐵離子與氧結(jié)合形成氧化物(鐵銹)，而氯離子重新離解出來再度參與反應(yīng)，這樣使鐵的腐蝕速度加快。當鹽漬土中同時含有以上2種鹽時，腐蝕破壞程度加劇，如圖4所示為水利工程腐蝕破壞。

圖4 腐蝕破壞

3.5 淤積的影響

淤積物的來源主要有渠水帶來的泥沙、挖方段兩側(cè)邊坡雨水沖刷導(dǎo)致松動土體入渠、渠道清淤后將淤積物在渠道兩側(cè)近距離且陡坡度堆積，導(dǎo)致淤積物重新入渠；穿村莊段生活及建筑垃圾入渠。淤積問題一般在分干渠、支渠渠道較嚴重，舊總干渠、西干渠較輕微，如圖5所示為淤積破壞。

圖5 淤積破壞

4 結(jié)語

西北干旱少雨，降雨時空分布極不均勻的現(xiàn)狀使農(nóng)業(yè)發(fā)展以灌溉為主。受灌溉方式、水質(zhì)等因素的影響，灌區(qū)鹽漬化日益凸顯，對灌區(qū)水利工程設(shè)施的長期安全運行造成嚴重影響。疏勒河灌區(qū)承擔著所轄區(qū)域內(nèi)水資源的供應(yīng)，而鹽漬土對供水渠道等水利設(shè)施的破壞嚴重影響區(qū)域內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品的增產(chǎn)增收和發(fā)展。灌區(qū)內(nèi)鹽漬土以亞氯酸和亞硫酸為主而碳酸含量較少，可能與供水水質(zhì)、土壤自身特性以及地理位置有關(guān)[13]。本文研究了鹽漬土的分布規(guī)律和破壞影響，但未進一步深入探討解決措施。因此，加強鹽漬土變化研究，探索應(yīng)對措施，是今后水利工程健康運行研究的重點。