潘俊 梁海濤 孟利 岳丹丹

摘要：針對當(dāng)前平原水庫周邊土壤鹽漬化易發(fā)性評價方法適用范圍小、評價精度低的共性問題，提出以地下水位埋深、土壤含鹽量、蒸發(fā)降水比為評價指標的土壤鹽漬化易發(fā)性評價指標體系。以石佛寺水庫為例，在野外蓄水試驗獲得參數(shù)的基礎(chǔ)上，運用基于層次分析法（AHP）的模糊綜合評價方法對庫區(qū)蓄水后土壤鹽漬化易發(fā)程度進行評價。結(jié)果表明：庫區(qū)蓄水后左岸主壩下游周邊大部分地區(qū)出現(xiàn)嚴重鹽漬化，且越靠近主壩鹽漬化程度越嚴重，遠離主壩的部分地區(qū)鹽漬化程度逐漸降低；右岸因地勢較低，大部分地區(qū)土壤鹽漬化程度嚴重，少部分地區(qū)呈現(xiàn)輕度鹽漬化。采用所建立的評價指標體系所得評價結(jié)果比常規(guī)地下水位評價方法更合理、更符合實際，進而為提出采用地表-地下聯(lián)合調(diào)蓄控制鹽漬化的具體措施提供了技術(shù)依據(jù)，為庫區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害評估提供了新思路、新方法。

關(guān)鍵詞：平原水庫；土壤鹽漬化；評價指標體系；蓄水試驗；模糊綜合評價

中圖分類號： S156.4文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0447-04

平原水庫蓄水極易在庫區(qū)及庫岸周邊產(chǎn)生土壤鹽漬化問題，從而引起多種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，并帶來巨大的經(jīng)濟損失，土壤鹽漬化易發(fā)性評價是水庫工程勘察與評價的重要內(nèi)容，也是水庫四大工程地質(zhì)問題之一[1]。如何評價水庫蓄水引起的土壤鹽漬化程度，一直是研究熱點。目前普遍采用的相關(guān)評價方法有主成分分析法、電磁感應(yīng)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。上述蓄水土壤鹽漬化易發(fā)性的評價只能根據(jù)研究區(qū)內(nèi)有限的地下水位資料進行計算，由于用于預(yù)報的地下水位數(shù)據(jù)有限，對于適用地區(qū)在地形、地質(zhì)參數(shù)等方面也有較多約束，評價精度較低，適用范圍較小[2-3]。因此較為全面的庫區(qū)土壤鹽漬化程度易發(fā)性評價指標體系和評價等級劃分等問題值得深入研究。

土壤鹽漬化是指水庫蓄水后，由于地表水補給地下水的水量迅速增大，致使庫區(qū)周圍的地下水位高于或接近于地面，而使土壤底層或地下水的鹽分隨毛管水上升到地表，水分蒸發(fā)后使鹽分積累在表層土壤的現(xiàn)象[4-5]。因此，庫區(qū)周圍地下水位埋深是鹽漬化程度的最直觀指標；其次，土壤含鹽量也是影響土壤鹽漬化的重要因素，土壤含鹽量也應(yīng)作為鹽漬化程度的評價指標[6]；再次，蒸發(fā)降水比對土壤含鹽量有一定影響，地表蒸發(fā)、入滲是鹽分在土體中運動的重要驅(qū)動力，直接控制著鹽分在土體中的分布和存在狀態(tài)[7-8]，因此蒸發(fā)降水比也是鹽漬化易發(fā)程度評價的一項重要指標。 本研究提出以地下水位埋深、土壤含鹽量、蒸發(fā)降水比作為土壤鹽漬化易發(fā)性評價的指標體系，以此劃分土壤鹽漬化程度分級標準，并以遼河干流控制性水利工程——石佛寺水庫為例，該評價指標體系采用基于層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）的模糊綜合評價法對該庫區(qū)蓄水產(chǎn)生的鹽漬化易發(fā)程度進行評價，以期為庫區(qū)環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害評估提供參考。

1評價指標體系的建立

土壤鹽漬化是水庫蓄水后極易發(fā)生的環(huán)境地質(zhì)問題，如何有效、準確地表征土壤鹽漬化程度，需要涉及多方面的評價。本研究首先通過分類、集成方法，篩選出有代表性的評價指標，并根據(jù)各指標間的內(nèi)在關(guān)系建立全方位、多視角的評價指標體系；其次制定了土壤鹽漬化程度的不同等級及其各指標評價標準；最后運用基于AHP的模糊綜合評價方法來評價土壤鹽漬化程度。

1.1評價因子的篩選與確定

土壤鹽漬化易發(fā)性評價指標應(yīng)體現(xiàn)公平、高效、可持續(xù)這3個特征，考慮其內(nèi)在的層次性、預(yù)警性、階段性的特殊屬性，利用指標屬性分組的方法確定地下水位埋深、土壤含鹽量、蒸發(fā)降水比為土壤鹽漬化易發(fā)性評價指標。

1.1.1地下水位土壤鹽漬化的發(fā)生有2個條件：（1）由于地下水中含有一定量鹽分，當(dāng)?shù)叵滤簧咧粮祵痈叨然蛎芩仙粮祵痈叨?，隨著水分蒸發(fā)，鹽分逐漸析出，滯留在土壤中，使土壤含鹽量增大；（2）地勢低洼，水分無法及時排出，待水分蒸發(fā)后，地表留下的鹽分使土壤含鹽量增大[9]。此外，地下水位是根據(jù)地下水位埋深和毛管水上升高度確定的，因此將地下水位埋深和毛管水上升高度確定為地下水位的評價指標。根據(jù)GB 50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中有關(guān)浸沒評價的計算公式計算出毛管水上升高度。

1.1.2土壤含鹽量土壤含鹽量是影響土壤鹽漬化的直接因素。土壤含鹽量又分為氯離子含量和礦化度2個指標。礦化度與地下水臨界深度關(guān)系見表1[10]。礦化度是指研究區(qū)域土壤浸提液的含鹽量，運用電導(dǎo)率法測定礦化度。土壤中總含鹽量和氯化鈉含量對農(nóng)作物有很大影響，以水稻為例，各生育階段耐鹽臨界濃度見表2。通過對不同土壤含鹽量的空間變異[11]以及石佛寺地區(qū)的實際情況分析總結(jié)，從而確定土壤含鹽量與鹽漬化程度之間的關(guān)系。

1.2評價標準的確定

根據(jù)篩選的土壤鹽漬化易發(fā)性評價指標，結(jié)合研究區(qū)域的地下水位埋深、農(nóng)作物生長的耐鹽標準和蒸發(fā)降水與土壤鹽化的相對關(guān)系，制定土壤鹽漬化程度評價標準，詳見表4。本研究區(qū)域遼寧省沈陽地區(qū)的極限蒸發(fā)深度為4.0 m，因此將未發(fā)生鹽漬化的標準定為潛水位大于4.0 m的范圍。研究區(qū)域大部分土壤為粉質(zhì)黏土，毛管水上升高度平均為1.5 m，因此將嚴重鹽漬化標準定為毛管水上升高度低于1.5 m。根據(jù)地下水位與礦化度的關(guān)系，將未發(fā)生鹽漬化的礦化度標準定為2 g/L。根據(jù)水稻耐鹽濃度標準，將未發(fā)生鹽漬化的氯化物含量標準定為低于0.088%。根據(jù)蒸發(fā)降水比與土壤鹽化的關(guān)系，將未發(fā)生鹽漬化的蒸發(fā)降水比定為1（表4）。

1.3基于AHP模糊綜合評價模型

基于AHP模糊綜合評價模型是在模糊綜合評價的基礎(chǔ)上，利用層次分析法在每層指標均設(shè)置不同權(quán)重，且在每個層次、每個因素對結(jié)果的影響程度都是量化明確的特點，將層次分析法與模糊綜合評價法相結(jié)合，建立基于AHP的模糊綜合評價方法。該方法以多個指標對被評價事物隸屬等級狀況進行綜合性評判，兼顧評價指標的層次性，使得評價標準、影響因素之間的聯(lián)系可以更加直觀地得以體現(xiàn)。

2實例應(yīng)用

2.1研究區(qū)域概況

石佛寺水庫位于沈陽市沈北區(qū)黃家錫伯族鄉(xiāng)和法庫縣依牛堡鄉(xiāng)，是遼河干流上唯一的控制性水利工程，屬于蓄水滯洪型水庫，庫區(qū)范圍如圖1所示。研究區(qū)域?qū)儆诒睖貛Т箨懶约撅L(fēng)半濕潤氣候，春季平均氣溫為8.6 ℃，平均降水總量為108.4 mm，平均蒸發(fā)總量為306.6 mm；夏季平均氣溫為 22.6 ℃，平均降水總量為413.0 mm，占年降水總量的 62.1%；秋季平均氣溫為7.9 ℃，平均降水量為127.5 mm，占年降水總量的19.2%；冬季平均氣溫為-10.3 ℃，平均降水總量為15.7 mm，占年降水總量的2.4%。庫區(qū)底部及周圍地層為第4紀地層，巖性由中細砂與礫砂組成，厚度為35～45 m。該地層顆粒比較松散、孔隙率較發(fā)育，是地下水蘊藏較豐富的含水層。該含水層中的地下水埋深較淺，與地表水聯(lián)系密切，通過水庫的蓄水試驗表明，水庫蓄水后庫區(qū)及周圍極易發(fā)生浸沒問題，而庫區(qū)左岸主要為水田區(qū)，庫區(qū)右岸主要為旱田區(qū)。因此，如何評價水庫蓄水引起浸沒所產(chǎn)生的土壤鹽漬化程度，評估其對農(nóng)田產(chǎn)生的影響，進而通過土壤鹽漬化程度分析，提出切實可行的控制措施，避免水庫蓄水產(chǎn)生的土壤鹽漬化等各種環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害十分重要。

2.2鹽漬化程度評價

2.2.1評價區(qū)域劃分采用網(wǎng)格布點法劃分評價區(qū)域。將規(guī)劃區(qū)劃分為等面積網(wǎng)格，在網(wǎng)格中心設(shè)置采樣點，本單元劃分基于浸沒初判斷確定的浸沒影響范圍，將該范圍劃分為500 m×500 m的等面積網(wǎng)格，將每個網(wǎng)格作為1個評價單元，并選擇網(wǎng)格中心點作為該網(wǎng)格特征點，網(wǎng)格內(nèi)區(qū)域評價數(shù)據(jù)均采用該點數(shù)值。

2.2.2計算參數(shù)獲取[JP3]為了確定地下水位埋深與地面的關(guān)系，以及庫區(qū)和周邊土壤物理性質(zhì)參數(shù)，進行野外蓄水試驗。通過豎管法毛細水上升高度試驗、比重法以及環(huán)刀法試驗，計算出研究區(qū)毛管水上升高度、天然孔隙比和飽和度2.2.3評價結(jié)果及分析確定土壤鹽漬化程度評價指標集。土壤鹽漬化程度（U）={地下水位埋深，土壤含鹽量，蒸發(fā)降雨比}；每個因素按其性質(zhì)和程度細分為N個因子，可表示為如下因子等級：地下水位={潛水位埋深，毛管水上升高度}；土壤含鹽量={礦化度，氯化物含量}。

根據(jù)研究區(qū)域地下水位埋深和土壤含鹽量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合蓄水試驗參數(shù)，按照土壤鹽漬化評價指標體系，運用二級模糊綜合評判方法對石佛寺庫區(qū)土壤鹽漬化程度進行評價，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，庫區(qū)左岸主壩下游西南側(cè)的高坎子地區(qū)、南側(cè)的腰長河地區(qū)以及東南側(cè)的大丁字泡地區(qū)等大部分地區(qū)呈現(xiàn)嚴重土壤鹽漬化；遠離主壩的西南側(cè)龍崗子地區(qū)和東南側(cè)的小鮑家子崗部分地區(qū)呈現(xiàn)輕度鹽漬化，龍崗子地區(qū)以南的小部分地區(qū)未出現(xiàn)鹽漬化現(xiàn)象。庫區(qū)右岸代家荒地、石家荒地、陳平堡以及李家窩棚的大部分地區(qū)呈現(xiàn)嚴重土壤鹽漬化現(xiàn)象，魯家窩棚、魏家窩棚以及靠近遼河右岸的團山部分地區(qū)呈現(xiàn)輕度鹽漬化現(xiàn)象。

通過土壤鹽漬化程度評價結(jié)果可知，水庫蓄水將對石佛寺水庫周圍大部分地區(qū)造成嚴重環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，出現(xiàn)嚴重土壤鹽漬化現(xiàn)象，對當(dāng)?shù)鼐用裾Ｉ钣幸欢ㄓ绊憽?/p>

3土壤鹽漬化防控方案

為消除水庫因滯洪蓄水帶來的土壤鹽漬化地質(zhì)災(zāi)害，設(shè)計采用深淺組合井的取水方案對庫區(qū)周邊的土壤鹽漬化進行防控，將抽取的地下水作為沈陽市沈北新區(qū)供水水源。因此，在降低地下水位以減少蓄水帶來的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的同時，充分利用了庫區(qū)水資源。根據(jù)石佛寺水庫周邊的環(huán)境條件，考慮明沈公路是連接沈陽市和黑龍江省明水市的重要交通干道，則以明沈公路路基地面埋深46.5 m為蓄水高度限值。

運用Visual Modflow軟件對取水方案進行數(shù)值模擬，結(jié)果見圖3。

由圖3可見，水庫左岸主壩下游泄洪閘至前高坎部分地區(qū)有輕度鹽漬化，庫區(qū)右岸石家荒地、李家窩棚及陳平堡西南部分地區(qū)呈現(xiàn)輕度鹽漬化，其他地區(qū)均未發(fā)生鹽漬化現(xiàn)象。對比圖3、圖4可以看出，嚴重土壤鹽漬化和中度土壤鹽漬化范圍大大減少，深淺組合井的布井方案基本解決了庫區(qū)土壤鹽漬化問題。

4結(jié)論

本研究圍繞平原水庫周邊土壤鹽漬化易發(fā)性評價問題，通過指標屬性分組法確定以地下水位埋深、土壤含鹽量、蒸發(fā)降水比為評價指標的評價體系，結(jié)合研究區(qū)域的實際情況制定土壤鹽漬化程度評判標準，為土壤鹽漬化易發(fā)程度評估提供新思路。

根據(jù)制定的土壤鹽漬化評價指標體系，運用AHP模糊綜合評價法對石佛寺庫區(qū)周邊土壤鹽漬化易發(fā)程度進行評價。

結(jié)果表明，庫區(qū)周邊均存在不同程度土壤鹽漬化現(xiàn)象，尤其在庫區(qū)左岸主壩下游和庫區(qū)右岸陳平堡地區(qū)土壤鹽漬化程度嚴重。針對評價結(jié)果，制定地表-地下聯(lián)合調(diào)控的措施，在控制土壤鹽漬化同時，為沈北新區(qū)供水，實現(xiàn)了水資源合理開發(fā)與利用，為解決土壤鹽漬化問題提供依據(jù)。

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