渠道襯砌對農田水土環境的影響研究以隆勝節水示范區為例
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馬璐瑤，丁雪華，楊樹青，馬金慧，韓文光(.內蒙古農業大學，呼和浩特 0008；.內蒙古民族大學，內蒙古 通遼 08000；.永濟灌域管理局試驗站，內蒙古 巴彥淖爾 05000)

隨著黃河水資源的日益緊缺和沿黃各地用水量的逐年增加，灌區灌溉引水的嚴重不足已成為灌區農業進一步發展的最大潛在威脅。嚴峻的水資源形勢和灌區發展的需要使節水灌溉成為河套現代農業發展的關鍵，走節水灌溉的路子是內蒙古河套農業再造輝煌的歷史選擇和希望所在。自20世紀90 年代以來，各灌區大力推行渠道襯砌工程，1998 年自治區推薦水利部將內蒙古河套灌區列入大型灌區節水改造項目，并確立了隆勝節水示范工程建設項目[1]。

1 研究區概況及研究方法

1.1 試驗區概況

隆勝節水示范區位于河套灌區中部的臨河市隆勝鄉永剛分干渠灌域，地處東經107°27′～107°32′，北緯 40°49′～40°54′，包括西濟支渠和東濟支渠2個支渠流域，控制面積6 333 hm2，規劃設計灌溉面積4 867 hm2，其中西濟灌域2867 hm2，東濟灌域 2 000 hm2。隆勝節水示范工程于1998年12月開工，至2002年7月底完成了全部建設任務，共襯砌支斗農渠119條，建設井灌區73.33 hm2，打機電井14眼，埋設低壓管道3.5 km。工程總計完成投資2 580 萬元[2,3](見圖1)。

圖1 示范區觀測井和土壤取樣點布置圖

1.2 試驗內容與方法

本論文以西濟支渠為典型渠，對節水改造前1999-2002年及節水改造后2003-2005年監測數據的分析，分析渠道襯砌前后地下水埋深、灌溉水量、土壤鹽分、灌溉水利用系數的變化情況，探討各指標對農田水土環境的影響，為制定農田水土環境可持續發展的節水改造措施提供理論基礎[4,5]。

2 結果分析

2.1 渠道襯砌對地下水埋深的影響

本次分析選取有長系列觀測資料的1～8號井對地下水埋深動態變化進行分析，表1為1～8號井年平均地下水埋深。將支渠控制灌域按上、中、下游劃分成3個片區，即3、4號為上游地下水觀測井，2、5、8號為中游地下水觀測井，1、6、7號為下游地下水觀測井，不同片區地下水埋深見圖2。從圖2可以看出，2002年以前地下水埋深持續上升，其中上游上升0.4 m、中游上升0.64 m、下游上升0.57 m。渠道襯砌后(2002年后)，從變化趨勢看，不同片區地下水埋深相差幅度增大，至2005年，上游地下水下降0.04 m、中游下降0.37 m、下游下降0.56 m，上下游地下水埋深差距在0.76 m。從分析結果可以看出，渠道襯砌對區域內地下水埋深有一定影響。

表1 歷年灌區地下水埋深 m

圖2 灌區不同片區地下水埋深變化

圖3為渠道襯砌前和襯砌后不同片區地下水埋深年內平均變化情況，從圖3可以看出，地下水埋深年內變化幅度較大，總體變化可分為9月中旬秋澆補給地下水，地下水埋深上升，10月下旬氣溫下降，土壤凍結，地下水埋深下降，3月中旬土壤凍結層解凍，土壤水補給地下水，地下水埋深回升，5月至9月上旬作物生長，在灌溉和作物需水情況下，地下水埋深波動變化，總體呈下降趨勢。綜上所述，區域內地下水埋深總體變化不大，但地下水埋深分布發生變化，原因是渠道襯砌后，提高了渠系水利用系數，減少了渠道滲漏損失，但灌區引水量并未隨之減少，而是依據來水量豐增枯減。渠道襯砌前后，中游無明顯變化；上游畝均灌水定額不減反增，灌溉管理制度尚需優化；下游地下水埋深下降顯著。

圖3 灌區節水改造前后地下水埋深年內變化

圖4為下游片區節水改造后地下水埋深變化圖，由圖4可看出，節水改造后下游地下水埋深下降明顯，生育期內渠道襯砌后地下水埋深下降了0.32 m。主要原因一方面是渠道襯砌減少了渠道滲漏損失，另一方面是下游灌水不充足，不能滿足灌溉需求。

圖4 灌區節水改造前后下游地下水埋深年內變化

圖5為灌區平均地下水埋深與引水量的關系圖，由圖5顯示，地下水埋深與灌溉引水量呈正相關，呈y=1.789×10-6X2+0.005X-3.169(R2=0.988)關系曲線，由函數關系分析計算，在灌溉引水量為1 645 萬m3時，研究區地下水埋深為1.68 m[6]。

圖5 灌溉引水量與地下水埋深關系圖

2.2 渠道襯砌對土壤鹽分的影響

圖6為渠道襯砌前后土壤鹽分變化情況，從圖6可以看出，渠道襯砌后土壤鹽分總體有所下降，但未呈現明顯變化趨勢，而土壤鹽分與地下水埋深呈現規律性變化，地下水埋深在1.6～1.8 m時，土壤鹽分較小，大于或小于此值，土壤鹽分均增加。

圖7為襯砌后土壤鹽分隨時間及空間變化，地面下20 cm土壤鹽分較大，且變化幅度較大，總體來看，夏灌中的土壤鹽分較高，秋澆后土壤鹽分較小，秋澆對蓄水保墑、洗鹽、防治病蟲害、調節次年春灌壓力，消滅蟲蛹，改善土壤結構，提高農作物產量有明顯的作用[7]。

圖6 夏灌前和封凍前土壤鹽分

圖7 渠道襯砌后土壤鹽分變化情況

從片區來看，上游和下游土壤含鹽量較高，中游含鹽量較低，分析其形成原因，上游地下水埋深淺，蒸發強烈，水走鹽留，下游由于灌溉季節來水水量不足或不及時，加之地勢較低，含鹽量較高。節水改造后表層土壤鹽分總體有上升趨勢，表層40 cm以下土壤鹽分變化不明顯。

2.3 渠道襯砌對農田灌溉水利用系數的影響

農田灌溉水利用系數是綜合反映灌區灌溉用水有效利用程度的一個重要指標，可綜合反映灌區灌溉工程狀況、用水管理水平、灌溉技術水平。表2為灌區灌溉水利用系數變化情況，從表可以看出，渠道襯砌后支渠灌溉水利用系數提高了13.25%、斗渠提高了11.85%、農渠提高了7.26%，灌區灌溉水利用系數提高了28.6%，渠道襯砌隨渠道級別變化，支渠最明顯，農渠增幅最小，按渠道襯砌前引水量計算，渠道襯砌后具有535 萬m3的節水潛力，畝均灌溉水量由435 m3減少為310 m3，用水量的減少，有效控制地下水位上升，對防治土壤鹽堿化具有重要作用，但目前雖然渠道襯砌后，渠系水利用系數提高，但田間管理措施不足，田間水利用系數還有待提高。

表2 灌區灌溉水利用系數變化

3 結 語

通過對歷史數據分析，渠道襯砌后，節水效益不顯著，主要因為灌區配水制度及灌溉制度未變化，灌區地下水位與灌區引水量呈正相關，為保證作物生長及防止土壤鹽堿化，灌溉季節應控制在1.6～1.8 m之間。因此控制永濟干渠西濟支渠灌區引水量為1 645～1 850 萬m3。渠道襯砌后，灌溉水利用系數由0.482提高到了0.676，具有535 萬m3的節水潛力。為灌區持續發展，在灌區上游及下游適宜開展井區結合灌溉，控制地下水位。

[1] 楊玉成,趙貴成.河套灌區隆勝節水示范工程建設總結[J].內蒙古水利，2001,83(2):19-21.

[2] 夏玉紅,趙培清,陳智淵. 內蒙古河套灌區隆勝節水農業示范區水鹽動態分析[J].中國農村水利水電，2011,(5):95-100.

[3] 趙培清,趙貴成,敖 靜,等.隆勝節水示范區工程改造后對環境變化的初步探析[J].內蒙古水利，2001,83(2):26-28.

[4] 馬金慧,楊樹青,張武軍,等.河套灌區節水改造對地下水環境的影響[J].人民黃河，2011,33(1):68-69.

[5] 張志杰,楊樹青,史海濱,等.內蒙古河套灌區灌溉入滲對地下水的補給規律及補給系數[J].農業工程學報，2011,27(3):61-66.

[6] 郝芳華，孫銘澤，張 璇,等.河套灌區土壤水和地下水動態變化及水平衡研究[J].環境科學學報，2013,(3):21-25.

[7] 管孝艷,高占義,王少麗,等.河套灌區秋澆定額對農田土壤鹽分淋失的影響[C]∥ 現代節水高效農業與生態灌區建設，2010:463-469.