內(nèi)蒙古河套灌區(qū)秋澆變化規(guī)律調(diào)查研究

賈 飚，張 煒，夏玉紅，梅銳鋒，葉合欣，3，尚海靈，林 俐

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院，呼和浩特 010052；2.巴彥淖爾市水利科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000；3.廣東省水利水電技術(shù)中心，廣州 510635；4.達(dá)拉特旗財(cái)政局采購(gòu)中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300)

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)位于我國(guó)干旱、半干旱氣候區(qū)，土體含有程度不同的鹽分，屬于季節(jié)性凍土區(qū)[1]，即從每年11月中下旬開(kāi)始封凍，經(jīng)過(guò)速凍、穩(wěn)凍、消融3個(gè)階段，于翌年4月下旬、5月初融通，歷時(shí)近170 d左右，凍土層厚約90～110 cm，土壤凍結(jié)期長(zhǎng)達(dá)半年之久。土壤從開(kāi)始凍結(jié)到解凍基本結(jié)束，氣候干早，多風(fēng)少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤水分大量散失，鹽分向表土積累，此時(shí)正是春播作物苗期(主要是小麥)生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)刻，如果土壤墑情不足無(wú)法適時(shí)播種，也無(wú)法保證作物對(duì)水分的需求，且土壤積鹽更不利于發(fā)芽出苗，因此必須在前一年秋收后進(jìn)行儲(chǔ)水灌溉，俗稱秋澆[1]。秋澆是河套灌區(qū)傳統(tǒng)的秋后淋鹽、春季保墑的一種特殊的灌水制度[2-3]，是河套灌區(qū)通過(guò)多年來(lái)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，秋澆不僅起到儲(chǔ)墑、淋鹽壓堿，還能起到松土作用。河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植主要依賴引黃灌溉，與其他自然條件相似地區(qū)相比較，河套灌區(qū)秋澆規(guī)模最大，這既與黃河水文特征有關(guān)，也與消減河套地區(qū)土壤鹽堿化對(duì)農(nóng)業(yè)種植影響密切相關(guān)[4-5]。近些年來(lái)河套灌區(qū)引黃水量在4.3×109～4.8×109m3[6]，在最近的流域用水安排中，河套灌區(qū)用水總量要控制在4.0×109m3以內(nèi)[7]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)河套灌區(qū)灌溉入滲對(duì)地下水的補(bǔ)給規(guī)律[8]、河套灌區(qū)區(qū)域節(jié)水潛力[9-11]開(kāi)展了相應(yīng)研究，但在這樣的控制標(biāo)準(zhǔn)下，如何發(fā)揮好秋澆作用，維持河套灌區(qū)糧食安全[12]，摸清河套灌區(qū)近20 a來(lái)秋澆時(shí)間、水量、面積變化等規(guī)律成為調(diào)整灌域內(nèi)種植結(jié)構(gòu)、推廣節(jié)水灌溉規(guī)模的主要依據(jù)。

1 河套灌區(qū)各灌域歷年秋澆時(shí)間變化規(guī)律

近20 a來(lái)，位于河套灌區(qū)下游的烏拉特灌域、義長(zhǎng)灌域每年的秋澆灌溉開(kāi)始時(shí)間相近，由最初的9月上旬到近年的9月中旬甚至下旬；位于河套灌區(qū)上中游的解放閘灌域和永濟(jì)灌域的秋澆灌溉時(shí)間晚于烏拉特灌域、義長(zhǎng)灌域，基本上在9月中下旬。從2006年開(kāi)始，除烏蘭布和灌域外，其他各灌域秋澆開(kāi)始時(shí)間基本相近。4個(gè)灌域的秋澆持續(xù)時(shí)間基本在1～2個(gè)月，秋澆結(jié)束時(shí)間基本都在11月中下旬。秋澆灌溉時(shí)間的整體推后與灌區(qū)氣候變暖、作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和地下水位的變化有很大關(guān)系，土壤凍融期縮短，早秋澆不能完全滿足次年作物播種時(shí)所需的水分條件，秋澆開(kāi)始時(shí)間隨之后推，秋澆結(jié)束時(shí)間也相應(yīng)地推后。上游的烏蘭布和灌域秋澆開(kāi)始時(shí)間最晚，集中在10月上旬；烏蘭布和灌域秋澆時(shí)間從10月上旬持續(xù)到11月上中旬，這是由于烏蘭布和灌域土壤質(zhì)地偏沙質(zhì)，提前秋澆難以保墑，通過(guò)晚秋澆模式，能回補(bǔ)地下水，維護(hù)生態(tài)環(huán)境安全。因此，灌區(qū)的秋澆灌溉時(shí)間與早些年對(duì)比發(fā)生了較大的變化，開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間整體后推了15～20 d(見(jiàn)表1所示)。

表1 河套灌區(qū)不同灌域秋澆灌水時(shí)間統(tǒng)計(jì)

2 河套灌區(qū)各灌域歷年秋澆水量、面積變化規(guī)律

1998—2018年河套灌區(qū)的秋澆用水量呈波動(dòng)式變化趨勢(shì)，烏蘭布和灌域秋澆用水量從2009年的2.12億m3下降到2018年的0.84億m3，減少了60.4%；解放閘灌域秋澆用水量從1998年的5.26億m3減少到2018年的2.46億m3，減少53.2%；永濟(jì)灌域秋澆用水量從2009年的3.13億m3減少到2018年的2億m3，減少36.1%；義長(zhǎng)灌域秋澆用水量從1998年的7.13億m3減小到2018年的3.26億m3，減小了54.3%；烏拉特灌域秋澆用水量從1998年的2.53億m3減少到2018年的1.19萬(wàn)m3，減少了53%。秋澆水量波動(dòng)幅度較大的原因是由于灌溉面積、種植結(jié)構(gòu)以及降水量變化綜合作用所致(如圖1所示)。

a 2009—2018年烏蘭布和灌域秋澆用水量變化規(guī)律

河套灌區(qū)秋澆灌溉面積波動(dòng)變化較小，秋澆灌溉面積在2000年達(dá)到最大值806萬(wàn)畝，2010年以后整體上呈逐年減少趨勢(shì)，至2017年時(shí)秋澆面積僅為592.6萬(wàn)畝(各灌域秋澆面積變化規(guī)律如圖2所示)。

a 2009—2018年烏蘭布和灌域秋澆面積變化規(guī)律

烏蘭布和灌域秋澆灌溉面積、秋澆用水量變化情況。烏蘭布和灌域2009—2018年秋澆面積整體呈減少趨勢(shì)，由2009年的65.92萬(wàn)畝減小到2018年的39.87萬(wàn)畝，秋澆面積減小近40%。秋澆預(yù)留干地面積整體呈增加趨勢(shì)，由2009年的14.33萬(wàn)畝增加到2018年的37.29萬(wàn)畝，預(yù)留干地面積增加了1.60倍。烏蘭布和灌域2009—2018年秋澆用水量整體上呈下降趨勢(shì)，由2009年的21 238.50萬(wàn)m3下降到了2018年的8 441.63萬(wàn)m3，秋澆用水量減小了60%。

解放閘灌域秋澆灌溉面積、秋澆用水量變化情況。1998年以來(lái)的20 a間，解放閘灌域秋澆面積整體上呈線性減少的趨勢(shì)，秋澆用水量占全年的引水量比例在34%～44%之間。1998年以來(lái)秋澆用水量整體呈略微減少趨勢(shì)。秋澆用水量年際間呈駝峰式變化，即在1998—1999年和2009—2012年間，秋澆灌溉總用水量均大于50 000萬(wàn)m3；在2000—2008年和2013—2017年之間，秋澆灌溉總用水量均小于50 000萬(wàn)m3。

永濟(jì)灌域秋澆灌溉面積、秋澆用水量變化情況。永濟(jì)灌域的秋澆灌溉面積整體呈減少趨勢(shì)，由2009年的175萬(wàn)畝減小到2017年的131萬(wàn)畝，減小了25%，其中在2014年降至最低，為119萬(wàn)畝。秋澆用水量在2014年以前變化較緩，2014年降至最低后，隨面積變化趨勢(shì)而呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。

義長(zhǎng)灌域秋澆灌溉面積、秋澆用水量變化情況。自1998年以來(lái)，義長(zhǎng)灌域的秋澆灌溉面積整體呈減少趨勢(shì)，1998—2012年秋澆面積均在200萬(wàn)畝以上，從2013年開(kāi)始秋澆面積下降到了200萬(wàn)畝以下。每年的秋澆用水量占全年的引水量比例在30%～48%之間，整體上呈先增加后減少的變化趨勢(shì)，最多年份為2009年，最少年份2015年。

烏拉特灌域秋澆灌溉面積、秋澆用水量變化情況。烏拉特灌域自1998年以來(lái)，秋澆面積整體呈減少趨勢(shì)，1998年秋澆面積最大，2017年秋澆面積最小，由1998年的112萬(wàn)畝減小到2017年的64萬(wàn)畝，減小了42.8%(48萬(wàn)畝)。秋澆灌溉用水量為15 638萬(wàn)～25 309萬(wàn)m3，秋澆用水量隨著灌溉面積的變化而變化，但是減小幅度小于灌溉面積的減小幅度。

3 秋澆對(duì)地下水埋深的影響

作為植物生長(zhǎng)的根基，地下水在大型種植區(qū)扮演著及其重要的角色[13]。通過(guò)對(duì)河套灌區(qū)內(nèi)的225個(gè)觀測(cè)井(其中烏蘭布和灌域18個(gè)，解放閘灌域57個(gè)，永濟(jì)灌域45個(gè)，義長(zhǎng)灌域75個(gè)，烏拉特灌域30個(gè))近20 a的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得到各個(gè)灌域秋澆前后歷年地下水埋深的年內(nèi)及年際間變化，不同灌域歷年平均地下水位變化曲線(見(jiàn)圖3)。

a 各灌域歷年平均地下水埋深變化

秋澆期間地下水位年內(nèi)和年際間的變化主要受黃河來(lái)水量、秋澆灌溉水量及降雨量的影響，降雨量、來(lái)水量及秋澆灌溉水量不同，每年秋澆期的地下水位變化也不同；秋澆灌溉面積越小，秋澆期的地下水位變化也越小，秋澆對(duì)地下水的回補(bǔ)作用越小，地下水埋深變化越不明顯。如果秋澆灌溉面積一直減小下去，地下水位也將隨之下降，作物播種時(shí)的墑情和生育期對(duì)地下水的利用保證率也將下降，春(夏)灌和生育期階段灌水量將會(huì)相應(yīng)增加。

從圖3可以看出，烏蘭布和灌域從9月中旬秋澆開(kāi)始到11月秋澆結(jié)束，地下水埋深變化顯著，相比秋澆前，秋澆結(jié)束后地下水位大幅升高，埋深明顯減小，20 a間，地下水埋深由秋澆前的1.7～2.4 m減小到0.8～1.5 m，變幅在0.7～1.5 m之間，每年秋澆后的地下水埋深達(dá)到全年最小值，第2年3月的地下水埋深在2～2.6 m，4月的地下水埋深在1.8～2.3 m。

解放閘灌域2007年之前的地下水埋深比2007年之后的地下水埋深小，近年的地下水位下降明顯。20 a間，從9月秋澆開(kāi)始到11月秋澆結(jié)束，地下水位升高明顯，20 a來(lái)，11月地下水埋深在0.7～2 m之間，對(duì)比9月的1.7～3 m，地下水埋深增加值在0.7～1.4 m之間，第2年3月的地下水埋深在2～2.7 m之間，4月的地下水埋深在1.8～2.6 m之間。

永濟(jì)灌域從9月秋澆開(kāi)始到11月秋澆結(jié)束，地下水位變化不如其他4個(gè)灌域明顯。20 a間，9月的地下水埋深在1.8～3 m之間，11月地下水埋深在1.5～2.5 m之間，埋深增加值在0.4～1 m之間，第2年3月的地下水埋深在2.6～3.3 m之間，4月的地下水埋深在2.3～3 m之間，地下水埋深較大。

義長(zhǎng)灌域2007年之前的地下水埋深比2007年之后的地下水埋深小，尤其是近年的地下水位下降明顯，埋深較大。20 a間，從9月秋澆開(kāi)始到11月秋澆結(jié)束，地下水位變化較明顯，9月地下水埋深在2.1～3.9 m之間，11月地下水埋深在0.9～3 m之間，埋深增加值在0.8～1.4 m之間，第2年3月的地下水埋深在2.3～3.6 m之間，4月的地下水埋深在2～3.2 m之間，地下水埋深較大。

烏拉特灌域從9月秋澆開(kāi)始到11月秋澆結(jié)束。20 a間，9月地下水埋深在1.3～2.8 m之間，11月地下水埋深在0.8～2 m之間，埋深增加值在0.5～1.1 m之間，第2年3月的地下水埋深在1.7～2.7 m之間，4月的地下水埋深在1.5～2.5 m之間。

所以，各灌域歷年地下水埋深年內(nèi)變化趨勢(shì)一致，呈兩峰兩谷的雙駝峰變化趨勢(shì)，1—3月的土壤凍結(jié)期地下水位最低，地下水埋深最大，8—9月的地下水埋深也較大，這是埋深的兩個(gè)低谷期；4月隨著凍土消融和進(jìn)入夏灌期，地下水位開(kāi)始升高，地下水埋深減小，出現(xiàn)地下水位小高峰。夏灌期結(jié)束后，地下水位又開(kāi)始下降，埋深增大，9月中旬開(kāi)始秋澆后，地下水位又開(kāi)始升高，埋深減小，到11月秋澆結(jié)束后，地下水位隨著灌溉水的入滲明顯升高，地下水位上升到年內(nèi)最大峰值，地下水埋深達(dá)到年內(nèi)最小值，隨后地下水位開(kāi)始回落進(jìn)入封凍期，地下水埋深也隨之增大。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著黃河水資源日益緊缺、節(jié)水工程田間整治配套項(xiàng)目實(shí)施、作物種植結(jié)構(gòu)、作物品種、地下水位、氣候等情況的變化，秋澆時(shí)間、秋澆水量、秋澆模式也在隨之發(fā)生著變化。秋澆灌溉時(shí)間與早些年對(duì)比發(fā)生了較大的變化，開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間整體后推了15～20 d。灌區(qū)內(nèi)各灌域秋澆灌溉整體呈減少趨勢(shì)，秋澆用水量呈波動(dòng)式變化趨勢(shì)。地下水埋深呈兩峰兩谷的雙駝峰變化趨勢(shì)。