韓墩灌區(qū)測土配沙改良土壤運行模式及措施

崔淑芳　孫戰(zhàn)勇　徐愛國　江恩慧

摘要：針對韓墩引黃灌區(qū)實施渾水灌溉后大量泥沙入田的現(xiàn)實情況，為了預控土壤沙化，實現(xiàn)田間科學利用泥沙，精準改良土壤，研究提出了沙化參數(shù)的概念，以表征引黃灌區(qū)渾水灌溉可能造成土壤沙化的程度；提出了測土配沙改良土壤運行模式及科學配沙工程技術措施。其中，科學配沙工程技術措施包括兩種：一是為改良砂質土壤，增加砂質土壤的保水性，利用泥沙沿垂線下粗上細的分布規(guī)律，設計了分層取水取沙的工程技術措施；二是為有效改善黏質土壤的透氣性能，提出了導沙技術措施。

關鍵詞：渾水灌溉；測土配沙；土壤沙化；沙化參數(shù)；韓墩灌區(qū)

韓墩引黃灌區(qū)位于黃河尾閭左岸黃河三角洲腹地。灌區(qū)自1959年起已開灌50余a，累計引水近120億m3，累計引沙6 763萬m3。引黃供水為灌區(qū)工農業(yè)生產(chǎn)、群眾生活及城鄉(xiāng)生態(tài)用水提供可靠保障的同時，也曾造成灌區(qū)嚴重的生態(tài)環(huán)境問題。一是韓墩灌區(qū)為灘內引水灌區(qū)，在1984年渠首攔沙閘興建之前，引渠產(chǎn)生嚴重淤積，造成土地沙化；二是受地理條件所限，韓墩灌區(qū)一直沒有設置沉沙池，1990年以前以總干渠作為沉沙條渠以挖代沉，兩岸清淤棄土形成了較嚴重的沙化環(huán)境。1990年韓墩灌區(qū)實施遠距離輸沙節(jié)水技術改造，總干渠兩岸的沙化現(xiàn)象才得以遏制。自此灌區(qū)采用遠距離輸沙并分散于田間的泥沙配置模式，輸送至田間的泥沙大幅增加（見表1）。

為順應韓墩生態(tài)灌區(qū)建設要求，汲取灌區(qū)曾遭受泥沙危害的歷史教訓，將黃河泥沙資源利用推進到田間，韓墩灌區(qū)組織開展了科學利用泥沙改良土壤相關研究，以期實現(xiàn)灌區(qū)引進泥沙的科學利用和土壤改良，提高灌區(qū)土壤承載能力，推進生態(tài)灌區(qū)建設，促進引黃灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

1測土配沙土壤改良運行模式

1.1測土配沙的含義

測土配沙是本研究提出的實現(xiàn)渾水灌溉土壤改良及沙化預控的方法。對土壤進行沙化預控并改良，需要對土壤的現(xiàn)狀類型進行監(jiān)測，了解土壤的砂黏性，是為測土，這是進行科學配沙的基礎。砂粒含量偏高的砂質土壤保水保肥性能差，而黏質土壤透氣性差，都對作物生長有不利的影響，只有壤質土壤是保水保肥及透氣性均佳的優(yōu)質土壤。本研究的目標就是促進灌區(qū)土壤向壤土方向優(yōu)化，并在測土的基礎上實現(xiàn)科學配沙，是為測土配沙。通過砂質土壤配細沙、黏質土壤配粗沙的測土配沙方法，實現(xiàn)渾水灌溉土壤沙化預控及改良，對于不同的土壤質地，需要不同的技術措施來實現(xiàn)科學配沙。

1.2土壤沙化概念及土壤沙化參數(shù)

一直以來，土壤沙化的概念過于籠統(tǒng)，對于土壤及泥沙的顆粒級配沒有一個合適的指標要求，土壤改良的目標不明確，也就難以實現(xiàn)科學配沙。為便于土壤改良及沙化量化控制，有必要對灌區(qū)土壤沙化的概念進行界定，選定一個符合生態(tài)文明及生態(tài)灌區(qū)建設要求的土壤沙化量化參數(shù)，使土壤改良有明確的目標。

為此，筆者以土壤砂粒含量與土壤黏粒和粉粒含量之和的比值作為衡量土壤沙化的參數(shù)，稱之為沙化參數(shù)：

沙化參數(shù)=土壤砂粒含量/（土壤粉粒含量+土壤黏粒含量）

2016年10月9-10日，研究人員從韓墩灌區(qū)總干渠左岸的二分干渠、三分干渠、五分干渠和過徒干渠所控制的渾水灌溉區(qū)域的27個點位進行土壤采樣監(jiān)測，結果發(fā)現(xiàn)這些點位耕層（0-20 cm）土壤質地均為砂質壤土，砂粒含量均在60%以上。根據(jù)沙化參數(shù)計算公式計算的沙化參數(shù)見表2。

從表2可看出，用沙化參數(shù)能更靈敏、直觀地表達土壤沙化的程度。當土壤砂粒含量為50%時，沙化參數(shù)為1，按照國際土壤分類標準，此時土壤質地為最利于作物生長的保水保肥、透氣性能好的壤土。因此，筆者以沙化參數(shù)為1的壤土作為土壤改良的目標。按該標準衡量，表2中的采樣點土壤均屬于沙化土壤，可根據(jù)沙化參數(shù)的大小劃分為輕度、中度和重度沙化土壤，以此界定土壤沙化程度。其中，沙化參數(shù)為1-3時為輕度沙化土壤，為3-6時為中度沙化土壤，大于6時為重度沙化土壤。由此可見，引入了沙化參數(shù)這一概念，通過土樣監(jiān)測就很容易將沙化土壤劃分出來，便于有針對性地預控土壤沙化及改良土壤。

1.3韓墩灌區(qū)測土配沙改良土壤運行模式

一是通過灌區(qū)典型調查和土壤采樣監(jiān)測，了解韓墩灌區(qū)現(xiàn)狀土壤質地及其分布情況。研究人員于2016年10月9-10日和2017年3月24-25日對韓墩灌區(qū)土壤進行了兩次采樣，采樣點基本覆蓋全灌區(qū)。根據(jù)監(jiān)測結果及分析情況，進行必要的加測和補測，掌握灌區(qū)現(xiàn)狀土壤質地及其分布情況，為科學配沙提供依據(jù)。

二是進行灌水水沙監(jiān)測，了解灌水含沙量及引進泥沙的顆粒級配情況。利用引進泥沙改良土壤，除對土壤進行監(jiān)測外，還必須加強對灌區(qū)引進泥沙的監(jiān)測。韓墩灌區(qū)有部分泥沙監(jiān)測歷史資料，開展該課題研究需進一步加強水沙監(jiān)測，進行不同時空灌水含沙量和泥沙級配監(jiān)測，分析不同季節(jié)來沙對不同質地土壤改良的利用價值。近年來，非汛期和非調水調沙期，韓墩灌區(qū)引水含沙量小，可加密汛期和調水調沙期的水沙監(jiān)測，考慮汛期和調水調沙期來沙的利用價值。

三是試驗模擬和推廣應用。利用實地采集的土樣做成土柱，配以相應不同含沙量及泥沙顆粒級配組合的渾水進行灌水試驗，監(jiān)測分析土壤質地性狀的變化。在測土壤、測水沙和模擬試驗取得數(shù)據(jù)的基礎上，進行實地示范推廣，適時適地實施科學配沙改良土壤。

2科學配沙的工程技術措施

2.1分層取水取沙改良砂質土壤的工程技術

目前灌溉分水閘靠單一閘門控制分水流量，一般將表層水沙阻擋在外，將底層粗沙引入下級渠道或農田，有造成土壤沙化的趨向。為了克服單一閘門引底沙、阻擋表沙的缺點，設計了高、低閘門聯(lián)合運用的灌溉分水閘（見圖1），這是根據(jù)泥沙沿垂線方向下粗上細的分布規(guī)律設計、可實現(xiàn)分層取水取沙的分水閘。

該分水閘包括位于前端的高閘門1、位于后端的低閘門組2以及用于控制高閘門1和低閘門組2的啟閉設備3。前端是指靠近上游4的位置，后端是指靠近下游5的位置。啟閉設備3能夠獨立對高閘門1或低閘門組2的每一塊閘板靈活啟閉。在非灌溉期，低閘門組2處于非工作狀態(tài)。灌溉時，低閘門組2與高閘門1聯(lián)合運用實現(xiàn)分層取水取沙：先提起高閘門1，一般將高閘門1提至水面以上，然后選擇低閘門組2中的一塊閘板攔擋下部水層泥沙，將低閘門組2中的其他閘板提起至水面以上。選擇低閘門組2中的哪一塊閘板落下?lián)醯讓铀常鶕?jù)灌溉地塊土壤質地和灌水泥沙沿垂線的級配監(jiān)測結果計算應取水沙的水層高度決定。該工程技術主要用于改良砂質土壤，砂質土壤的沙化參數(shù)大于1，應取沙化參數(shù)小于1的泥沙所在的水層進行灌溉。

2.2利用底沙改良黏性土壤的工程技術

不論何種質地的土壤，都是朝著沙化參數(shù)為1的方向實施改良。對于沙化參數(shù)小于1的黏性土壤，需要配送沙化參數(shù)大于1的泥沙來改良。具體可根據(jù)土壤的沙化參數(shù)或黏重程度，配送過水斷面偏底部水層的泥沙至擬改良的土壤中。配送偏底部水層的泥沙，可采用傳統(tǒng)的單一閘門控制，實現(xiàn)引偏底層水沙：如果需要配送最底部推移質泥沙，可采用建導沙坎的工程技術措施，導上級渠道底沙至下級渠道中。導沙坎的設計高度和角度應根據(jù)上下級渠道的實際設計情況而定。

3結語

為實現(xiàn)對引黃灌區(qū)渾水灌溉土壤的精準改良，提出了測土配沙改良土壤運行模式，并在韓墩灌區(qū)實施。測土配沙改良土壤運行模式即在對灌區(qū)土壤質地和灌水水沙監(jiān)測的基礎上，通過相應工程技術措施實現(xiàn)灌水泥沙的科學配送，使土壤朝著沙化參數(shù)為1的壤土方向精準改良。本研究界定了引黃灌區(qū)土壤沙化及沙化參數(shù)的概念，設計了可實現(xiàn)分層取水取沙的高、低閘門聯(lián)合運用的灌溉分水閘，提出了可實現(xiàn)輸送最底部推移質粗沙的導沙工程技術。