采取合理井灌比例對銀川平原鹽漬化防治與改良對策

崔秀凌，葛秀珍，李庚陽

(1.湖南省核工業地質局三O一大隊，湖南長沙 410114;2.中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北保定 071051)

0 引言

銀川平原地處我國西北地區，區域地質構造形成了銀川地塹。該地區地勢平坦、土地肥沃，成為我國的主要商品糧基地之一。縱貫銀川平原的黃河水，成為銀川平原農田灌溉的主要水資源。但長期以來農田受引黃灌溉的影響，造成區域潛水水位埋深較淺，加上降水稀少，蒸發強烈，使土壤鹽分聚積地表形成土壤鹽漬化，糧食減產，極大地影響了農業經濟的發展。另一方面，在銀川平原有著豐富的地下水資源，但農業灌溉基本上不用地下水，工業和生活用地下水，開采程度較低，地下水長期保持高水位，加劇了土壤鹽漬化的形成。20世紀80年代，銀川平原的土壤鹽漬化問題就引起了國家及地方政府的高度重視，于1984年由寧夏地礦局組織開展并完成了1∶5萬《銀北地區鹽漬化土壤改良水文地質勘察報告》，1991年又完成了1∶10萬《銀川平原農業生產基地地下水資源及農業地質綜合勘察評價》，從而對鹽漬化的分布、形成原因及鹽漬化改良進行了分析研究。鑒于黃河來水量的逐年減少，國家從大局出發，決定從2003年起，對黃河中上游的用水大戶銀川平原實行逐漸壓減引黃水量，由于引黃量減少，直接導致大量的農田灌溉得不到保證。為此寧夏自治區政府提出了在銀川平原打井抽取地下水灌溉農田，采用渠灌和井灌相結合的灌溉方式，合理地開發利用部分潛水。這樣不僅保證了農田灌溉的用水量，同時能防治和改良土壤鹽漬化。那么，如何確定合理的井灌比例(水井抽水灌溉在農田總灌溉中的比例)，在滿足農田灌溉的同時，達到既能降低水位改善該地區的土壤鹽漬化，又不影響植物生長所需的最低水位成為本課題需要研究的關鍵問題。為此本文通過近2年的調查和分析，結合在銀川平原開展的“潛水蒸發與水位埋深的關系試驗場”資料，設計了在保持現有引黃灌溉定額不變的情況下，潛水井灌量在農業灌溉總量中所占的比例分別為5%、10%、15%、20%、25%五種情況，共設計了40個方案對井灌比例進行分析研究。并采用地下水流數值模型，對銀川平原的地下水流狀態進行了模擬，從而驗證確定的井灌比例。

1 基本概況

銀川平原位于寧夏回族自治區北部，地處黃河中上游，南起青銅峽，北至石嘴山，西依賀蘭山，東靠鄂爾多斯平原西緣。南北長165km，東西寬42～60km，總面積7790km2，共有8個市縣。海拔高度1100～1200m。地勢開闊平坦，由西南向東北傾斜，黃河南北向流經本區，有近2000年的墾植歷史、溝渠縱橫、農田密布、湖沼星羅棋布，是重要的農林牧副漁生產區。該區多年平均氣溫 8.92℃，年平均降水量186.7mm，年蒸發量1838.44mm，生態環境較脆弱。

銀川平原是干旱少雨的地區，農業發展完全依賴于引黃灌溉。但在引用黃河水進行農田灌溉的同時，卻極少利用灌溉入滲后形成的淺層地下水，造成地下水位偏高，大量的地下水以蒸發的形式垂直排向大氣，加重了灌區的排水負擔，也造成土壤次生鹽漬化［1］。近年來，采用溝、渠、站相結合的排水措施，鹽漬危害有所減輕，但要從根本上解決問題，必須要調整水資源開發利用結構，提高利用地下水的比例，井渠結合，以灌代排。

2 研究方法

現狀條件下，銀川平原農田灌溉基本全部用的是黃河水，為了降低潛水位，減少潛水蒸發，本次研究采用渠灌和井灌相結合的灌溉方式，通過對各種方案的對比，對土壤鹽漬化防治與改良進行分析研究。最終確定合理的井灌比例，合理地開發利用部分潛水，以改變目前單一引用黃河水進行灌溉的灌溉模式。

為了從根本上對鹽漬化進行防治與改良，在方案設計中考慮了保持現有灌溉定額不變的情況下，抽取一部分潛水來進行灌溉。由于銀川平原8個市縣的農田類型、田間灌溉定額和農灌回歸補給系數的不同，故將計算區按行政區進行劃分。根據各市縣潛水井灌量在農業灌溉總量中所占的比例分別設計了5%、10%、15%、20%、25%五種情況，這樣8個市縣總共設計了40個方案。

利用地下水流數值模型［2］，在平均水文、氣象條件及現狀開采量條件下，對上述40個方案進行了預報計算，達到動態穩定狀態后，統計了各方案下各市縣相對現狀的潛水蒸發量減量、排水溝排泄地下水量減量，并結合現狀地下水位埋深段在0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m、2.0～2.5m 和 2.5～3m的面積計算結果進行了分析，確定了各市縣合理的井灌比例范圍。

3 各市縣合理井灌比例的確定

3.1 確定依據

確定合理井灌比例的目的在于考慮井灌費用、農民的承受能力以及用水習慣的情況下，通過合理抽取淺層地下水進行灌溉，使得潛水位埋深增大，蒸發量減少，土壤鹽漬化得到改良［3］。根據在銀川市建立的潛水蒸發與水位埋深的關系試驗場可知，銀川平原潛水蒸發的臨界水位埋深在3m左右，若將其作為各市縣地下水位的統一調控標準，雖然能夠最大限度的降低潛水的蒸發量，治理土壤鹽漬化問題，但在現實中不可能通過經濟上合理的人工措施使得地下水位統一降低至這一深度。若通過抽水井或排水渠的方式使得銀川平原的地下水位埋深統一降至3m以下，必然使一些地區的地下水位降深過大，影響地表植被的正常生長;從經濟方面考慮，達到這種水位狀態的費用也將是相當昂貴的。從現實可行的角度來看，在現狀排水溝排水的條件下，通過布設開采井開采地下水來降低地下水位是相對可行的方案。這里需要研究的一個問題就是什么樣的井灌比例是合理的?這就需要從井灌的費用、農民的承受能力以及潛水蒸發量的降低來進行考慮。

在銀川平原，人們已經習慣于用地表水來灌溉，而且這種灌溉的費用比較低，大量地布設開采井抽取淺層地下水進行灌溉必然要增大農民種地的支出。那么在什么樣的井灌比例下農民的支出相對較小，潛水蒸發量的減小程度相對較大就成為一個需要深入研究的問題。

通過對阿維楊諾夫斯基蒸發量計算公式進行分析發現，由于潛水蒸發量隨著地下水位埋深的增大呈指數規律減小，因此當地下水位埋深大于一定程度時，蒸發量將變得很小。在銀川平原，當地下水位埋深大于2m時，盡管在這一水位埋深段的區域面積還相對較大，但這時潛水的蒸發量已經變得很小了。事實上，根據寧夏銀北地區鹽漬化治理試驗的研究成果［4］，當地下水位埋深控制在土壤表層和作物耕作層臨界范圍之內，即2m左右時，作物將不受鹽害的影響而正常生長，土壤鹽漬化問題也能夠基本得到解決。因此可以這樣確定一個地區合理的井灌比例，在該比例下，地下水位埋深小于2m的區域面積有較大程度的減小。

下面通過對各縣市不同井灌比例下3m(實驗數據)以內各水位埋深段所占面積變化的分析來確定其合理的井灌比例。

3.2各市縣合理井灌比例的確定

(1)石嘴山市

石嘴山市地處銀川平原北部，屬于地下水排泄帶，地下水徑流滯緩，地下水位埋深較淺。當井灌比例從0變化到20%時，0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m水位埋深段所占面積的下降趨勢明顯;當井灌比例由20%增加到25%時，上述各水位埋深段所占面積的變化則變得比較平緩。與此對應，當井灌比例從20%增加到25%時，2.0～2.5m、2.5～3.0m水位埋深段所占面積急劇下降。這主要是由于地下水位降低到一定程度時，水位埋深小于2.0m的區域大部分位于引水渠、排水溝和湖泊附近，要使這些地區埋深小于2.0m的面積再繼續減小已經很困難，抽水只能使埋深大于2m的區域面積不斷減小，但這種減小對于降低潛水的蒸發已經沒有任何意義了。由上述分析可知，當井灌比例由20%增加到25%時，水位埋深小于2.0m區域面積的變化已經很小，增加井灌比例，其面積基本沒有變化，卻增加了井灌的費用和農民的負擔。最終確定石嘴山市合理的井灌比例范圍在20%～25%。

(2)平羅縣

平羅縣地處平原北部，在灌區劃分上屬于銀北灌區，地下水徑流滯緩，地下水位埋深淺，是銀川平原土壤鹽漬化最嚴重的縣區之一。當井灌比例從0增加到25%時，0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m、2.0～2.5m水位埋深段所占面積的下降趨勢明顯。隨著井灌比例的增加，2.5～3.0m水位埋深段所占面積的變化幅度不大，當井灌比例從0增加到15%時，2.5～3.0m水位埋深段所占面積持續增加;當井灌比例由15%增加到25%時，2.5～3.0m水位埋深段所占面積基本保持恒定。根據上述合理井灌比例的確定依據，最終確定平羅縣的合理井灌比例為25%。

(3)賀蘭縣

賀蘭縣位于平羅以南，銀川市以北，灌區劃分上屬于銀北灌區。當井灌比例從0增加到20%時，0～0.5m、0.5 ～1.0m、1.0 ～1.5m、1.5 ～2.0m、2.0 ～2.5m水位埋深段所占面積的下降趨勢明顯;當井灌比例由20%增加到25%時，上述各水位埋深段所占面積的變化趨于平緩。當井灌比例由0增加到25%時，2.5～3.0m水位埋深面積呈持續增長趨勢。這說明當井灌比例大于20%以后，若繼續增大井灌比例，埋深小于2.5m的區域面積將變化不大，因此井灌比例的增大對降低潛水的蒸發已經沒有意義。最終確定賀蘭縣合理的井灌比例在20%～25%。

(4)銀川市

銀川市位于平原中部。當井灌比例從0增加到20%時，0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m、2.5～3.0m水位埋深段所占的面積下降趨勢明顯;當井灌比例由20%增加到25%時，上述各水位埋深段所占面積的變化趨于平緩。當井灌比例從0增加到25%時，2.0～2.5m水位埋深段所占面積具有明顯的下降趨勢。最終確定銀川市合理的井灌比例20%～25%。

(5)永寧縣

永寧縣位于銀川市以南、黃河以西。當井灌比例從0增加到 15% 時，0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m水位埋深段所占面積的下降趨勢明顯，當井灌比例由15%增加到25%時，上述各水位埋深段所占面積的變化趨于平緩。當井灌比例從0增加到15%時，2.0～2.5m水位埋深段的面積整體呈下降趨勢，當井灌比例由15%增加到25%時，灌期2.0～2.5m水位埋深段所占面積呈上升趨勢，非灌溉期呈下降趨勢。受 0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m、2.0～2.5m水位埋深段面積的變化影響，各井灌比例下2.5～3.0m水位埋深段所占面積的變化規律性不明顯。最終確定永寧縣的合理井灌比例在15%～20%。

(6)靈武市

靈武市位于平原南部，黃河以東地區。當井灌比例從0增加到15%時，0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m水位埋深段所占面積的下降趨勢明顯，當井灌比例由15%增加到25%時，上述各水位埋深段所占面積的變化趨于平緩。隨著井灌比例的增加，2.0～2.5m水位埋深段所占面積總體呈下降趨勢。當井灌比例從0增加到15%時，2.5～3.0m水位埋深段所占面積呈增長趨勢，當井灌比例由15%增加到25%時，2.5～3.0m水位埋深段所占面積在灌溉期沒有明顯變化，在非灌溉期呈增長趨勢。最終確定靈武市合理的井灌比例在15%～20%。

(7)青銅峽市

青銅峽市位于平原南部，平原引黃灌溉水入口處。當井灌比例從0增加為15%時，0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m水位埋深段所占面積的下降趨勢明顯，當井灌比例由15%增加到25%時，上述各水位埋深段所占面積的變化趨于平緩。從現狀到井灌比例增加為15%時，2.0～2.5m水位埋深段所占面積呈增長趨勢。從現狀到井灌比例增加為25%時，2.5～3.0m水位埋深段所占面積呈增長趨勢。最終確定青銅峽市合理的井灌比例在15%～20%。

(8)利通區

利通區位于平原南部，黃河以東地區。當井灌比例從0增加到15%時，0～0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m水位埋深段所占面積下降趨勢明顯，當井灌比例由15%增加到25%時，上述各水位埋深段所占面積的變化趨于平緩。各井灌比例下2.0～2.5m、2.5～3.0m水位埋深段所占面積的變化規律性不明顯。最終確定利通區合理的井灌比例在15% ～20%。

根據上述分析，可得銀川平原各市縣合理的井灌比例范圍(表1)。由表可見，根據數值模擬結果所確定的合理井灌比例是符合銀川平原實際情況的。在銀北地區，土壤鹽漬化嚴重，地下水位埋深小，地下水徑流不暢，故井灌比例相對較大;在銀南地區，隨著地下水位埋深的增大、土壤鹽漬化的減弱、地下水徑流條件的較好，井灌比例小一些。

表1 各市縣合理井灌比例表Table 1 Reasonable well irrigation scale of all county

4 合理井灌比例下土壤鹽漬化防治與改良的模擬結果分析

按照上述的合理井灌比例，在平均水文、氣象條件及現狀開采量條件下，分高、低兩個方案，分別利用地下水流數值模型，對銀川平原的地下水流狀態進行了模擬。模擬中的高方案對應于表2中合理井灌比例的上限，低方案對應于合理井灌比例的下限。根據模擬結果，計算了銀川平原相對現狀的潛水蒸發量減量、排水溝排泄地下水量減量、井灌開采潛水的量，及平原內不同水位埋深段的面積(表2)，繪制了按照上述井灌比例進行開采條件時，相對現狀開采條件下低方案的潛水降深等值線圖(圖1(a))和高方案的潛水降深等值線圖(圖1(b))。

表2 各市縣合理井灌比例下相關量的計算結果表(單位:108m3/a)Table 2 The results table of reasonable irrigation scal quantity in all county(unit:108m3/a)

圖1 高、低方案相對現狀潛水埋深的變化等值線圖Fig.1 Groudwate level contour map of high and low scheme relative status

表2的計算結果表明，高、低方案下潛水蒸發量分別比現狀潛水蒸發量減少了1.8×108m3/a和1.32×108m3/a，排水溝排泄地下水量分別比現狀減少了1.59×108m3/a和0.96×108m3/a，井灌開采潛水的量分別為5.671×108m3/a和4.586×108m3/a。把灌溉期和非灌溉期不同水位埋深段的面積與對應的現狀面積進行比較可以看出可知，水位埋深小于0.5m、0.5～1.0m、1.0～1.5m、1.5～2.0m 和 2.0～2.5m的面積與現狀相比有明顯減小，且高方案的減小幅度大于低方案。水位埋深在2m以內區域面積的減少量分別占現狀的36.02%和30.83%，而高、低方案下2.5～3m水位埋深段的面積變化不大。

由圖1可以看出，高、低方案下在平原大部分地區地下水位埋深相對現狀增加了0.5m左右，在銀川市以北平羅、惠農的許多地方地下水位埋深相對現狀增加了1m左右，在銀川市以南的永寧、利通區等地有部分區域地下水位埋深相對現狀增加了1m左右，而且在高方案作用下地下水位埋深相對現狀增加1m左右的區域范圍比低方案作用要大。

5 結語

根據所選取的合理的井灌比例不僅可以有效地降低潛水位，減少潛水蒸發，對土壤鹽漬化的防治與改良起到良好的效果，而且可提高水資源的利用效率，減少農田灌溉引用黃河水的量。同時，農民種地支出的增加幅度相對也是較低的。這樣不僅能防治和改良土壤鹽漬化，使土壤質量得到改善，而且還能減少潛水的無效蒸發，提高水資源的利用效率，減輕平原的排水負擔，緩解平原水資源的供需矛盾。

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