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(yùn)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(qiáng)烈，氣候干旱，地下水埋深淺，所以積鹽過(guò)程強(qiáng)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(duì)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(xì)，相對(duì)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(yán)重，導(dǎo)致地下水位不斷上升，超過(guò)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(wèn)題，采用暗管排鹽技術(shù)，以暗管排鹽工程增強(qiáng)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(lái)、鹽隨水去”的水鹽運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)土壤含鹽量降低的作用。

暗管排鹽技術(shù)優(yōu)勢(shì)特征：?通過(guò)管道排鹽以及降水、灌溉淋洗，使土壤中的鹽分通過(guò)暗管排走，從而達(dá)到土壤洗鹽排鹽的目的；?達(dá)到控制地下水位作用，通過(guò)暗管的埋設(shè)將地下水位降低至設(shè)計(jì)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(guò)開(kāi)溝鋪管機(jī)等成套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)開(kāi)溝、鋪管、埋土一體化，為鹽堿地治理提供一套現(xiàn)代化的國(guó)產(chǎn)工程裝備及技術(shù)指標(biāo)體系，打破了國(guó)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(qiáng)，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(yán)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(yán)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(guò)程及淺育過(guò)程相對(duì)弱化[2-3]。土壤鹽漬化問(wèn)題不僅大大減少土地?cái)?shù)量，而且嚴(yán)重降低土地質(zhì)量，極大限制了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。灌區(qū)總面積 73.696hm2，內(nèi)含1～7號(hào)7塊條田，條田間由防護(hù)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(qiáng)，養(yǎng)分積累少，土壤肥力低。

2.3 暗管排鹽技術(shù)的實(shí)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(guò)程中，主管主要采用φ120～160型PVC雙壁波紋管，并采用無(wú)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?chē)凑?0cm的間隔鉆鑿直徑1cm圓孔，并在支管外包裹雙層無(wú)紡布。為防止泥沙等異物進(jìn)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(duì)灌區(qū)地下水位及運(yùn)行方向存在一定影響，暗管埋設(shè)前地下水運(yùn)行環(huán)境表現(xiàn)為沿自然坡降長(zhǎng)距離水平運(yùn)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(guò)在田間布置間距30m、長(zhǎng)3m、直徑2.5m東西走向的吸水管，將過(guò)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(gè)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?chē)惭b砂礫石過(guò)濾器，并保證過(guò)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(guò)量的鹽去除，并通過(guò)排水洗滌時(shí)通過(guò)土壤層的水溶解鹽并匯入地下暗管內(nèi)，達(dá)到排鹽的目的(見(jiàn)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(dòng)化檢測(cè)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(shí)際情況，選用就地取材、價(jià)格低廉、抗酸堿腐蝕、綠色環(huán)保無(wú)污染的秸稈和稻草類(lèi)透水性材料，此類(lèi)濾料在應(yīng)用之初能有效阻止顆粒土壤進(jìn)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(guò)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(shí)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(shí)施暗管排鹽技術(shù)一年后，對(duì)灌區(qū)7塊條田進(jìn)行勘測(cè)，對(duì)比分析土壤含鹽量、pH值、地下水位的變化情況(見(jiàn)表2～表3、圖3)。

表2 暗管排鹽技術(shù)實(shí)施前后土壤含鹽量變化情況對(duì)比

表3 暗管排鹽技術(shù)實(shí)施前后土壤pH值變化情況對(duì)比

圖3 暗管排鹽技術(shù)實(shí)施前后地下水位變化情況對(duì)比

由表2～表3和圖3可知，暗管排鹽技術(shù)實(shí)施前與實(shí)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(dá)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(qiáng)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(yán)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(yán)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(yán)重，耕地潛力得不到充分發(fā)揮，土地產(chǎn)出率較低，嚴(yán)重影響農(nóng)民收入及經(jīng)濟(jì)效益的提高(見(jiàn)表4)。

表4 項(xiàng)目實(shí)施前后同類(lèi)作物產(chǎn)量變動(dòng)情況對(duì)比

由表4可知，新疆阿克陶縣灌區(qū)在實(shí)施暗管排鹽技術(shù)一年后，同類(lèi)作物每公頃產(chǎn)量均有大幅度提高，種植各類(lèi)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(shí)施暗管排鹽技術(shù)后，作物年灌溉量由實(shí)施前的725 mm降低到實(shí)施后的600mm，節(jié)水率達(dá)到17.24%。暗管改良鹽堿地所布設(shè)的管道系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了讓農(nóng)田灌排水在管道中流動(dòng)[5]，實(shí)現(xiàn)了與農(nóng)田管道灌溉等節(jié)水技術(shù)無(wú)縫銜接，形成了管網(wǎng)化的輸、排控制系統(tǒng)，可進(jìn)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(shí)，通過(guò)管道排出的水在水質(zhì)滿(mǎn)足灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的情況下還可回收利用，這對(duì)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(shí)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(jì)、社會(huì)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(guò)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(gè)等級(jí)以上，增產(chǎn)潛力較大，同時(shí)，改善和保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。