利用灌區泥沙改良北海新區鹽堿地可行性初探

張岳峰 趙慧明 王崇浩 郭傳勝 池春青

摘 要：鹽堿地的改良要因地制宜，做到保護和利用相結合。山東濱州引黃灌區土地資源豐富，但鹽漬化嚴重，同時可利用水資源少，嚴重制約了當地北海新區新城的建設。結合當地實際情況，探討利用引黃灌區淤積泥沙進行鹽堿地改良的可行性。根據現有的水系、水源、沙源等資料，論證了黃河水沙資源的可利用性潛力，并提出了利用小開河和簸箕李聯合管道輸沙工程及引黃濟青管道輸沙工程實現輸沙入田的管道線路布設方案。

關鍵詞：黃河水沙資源;鹽堿地改良;引黃灌區;管道輸沙;濱州北海新區

中圖分類號：TV93;TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.12.032

引用格式：張岳峰，趙慧明，王崇浩，等.利用灌區泥沙改良北海新區鹽堿地可行性初探[J].人民黃河，2021，43（12）：155-159.

Abstract： The improvement of saline-alkali soil should be adapted to local conditions by combining protection and utilization. The Yellow River irrigation area in Binzhou， Shandong Province is rich in land resources， but the salinization is serious and the available water resources are few， which have seriously restricted the construction of Beihai economic development zone. Combined with the local actual situation， this paper discussed the feasibility of improving saline-alkali land in Beihai New District by using sediment deposited in the Yellow River irrigation area. According to the existing water system， water source， sediment source and other data， the paper demonstrated the utilization potential of water and sediment resources of the Yellow River， and proposed the layout scheme of the implementation of Xiaokaihe and Bojili joint pipeline sediment transport project and the pipeline sediment transport project of diverting water from the Yellow River to Qingdao.

Key words： water and sediment resources of the Yellow River; improvement of saline-alkali land; Yellow River irrigation area; pipeline sediment transport; Binzhou Beihai New District

土壤鹽漬化是指易溶性鹽分在土壤表層積累的現象或過程，也稱鹽堿化。鹽堿地指土壤含有過量可溶性鹽類的土地。鹽堿地改良的研究一直受到國內外學者的廣泛關注[1-6]。目前常用的鹽堿地改良技術主要分為物理措施、生物措施、化學措施等，其中：物理措施主要是通過建立完善的排灌系統、深耕曬壟、平整土地、加填客土、翻淤蓋沙等手段來改善土壤成分和結構，增強土壤滲透性能，從而加速鹽分淋洗;生物措施主要包括種植和翻壓綠肥牧草、秸稈還田、施用菌肥、種植耐鹽植物等方法，提高土壤肥力，改善農田小氣候，減少地表水分蒸發，抑制返鹽;化學措施則主要是通過施加石膏、過磷酸鈣、泥炭、醋渣、沸石、黑礬等化學改良劑，來降低或消除土壤堿分，改良土壤的理化性質。鹽堿土的改良是一個世界性難題，單純采用一種改良措施很難達到改良的目的，要因地制宜，各種措施配合使用，同時要注意做到保護和利用相結合。

山東濱州引黃灌區土地資源豐富，但鹽漬化嚴重，同時可利用水資源量少，未來發展水資源保障的工程技術難度大，當地北海新區的生態新城建設與農業集約化利用受到嚴重制約，支撐高效生態主題與建設布局的水資源問題突出，亟待解決[7]。針對可利用水資源少、土地鹽漬化嚴重等問題，筆者通過現場踏勘和資料收集，根據現有的水系、水源、沙源等資料，論證了黃河水沙資源的可利用潛力，從可利用輸沙水量、泥沙資源的可持續性等方面來探討利用引黃工程淤積泥沙進行鹽堿地改良的可行性，并提出輸沙管道路線的可能布設方案。這對于濱州北海新區盡快實現淡水化和生態化，建成經濟繁榮、環境優美、生活富裕的國家級高效生態經濟區具有十分重要的意義。

1 研究區概況

1.1 地貌水系

北海新區地處黃河下游魯西北沖積海積平原區，地勢西南高，東北低，地面高程1.6～5.3 m。受流水、海侵的作用，形成了緩平坡地和濱海平地兩種地貌類型[8]。

北海新區屬海河流域，境內較大的河流有德惠新河、馬頰河、秦口河、徒駭河、套爾河、潮河、新河等，同時分布著郝家溝、王山支溝、山子溝、胡臺溝4條支流河道。區內河流多為季節性雨源型河流，其主要功能是排洪泄澇和農業灌溉，開發區的水源以小開河引黃河水為主。小開河為人工開挖的引黃渠道，是馬山子引黃灌區在北海新區的引黃輸水干渠。起于濱城區里則街道小開河村，途經濱城區、陽信縣、沾化縣、無棣縣，由無棣縣西小王鄉進入北海新區，區內全長約7 km。該灌渠設計引水流量60 m3/s，年設計引水量3.93億m3。

1.2 鹽堿地類型

北海新區屬濱海地區，全區幾乎均為鹽漬土，鹽漬化程度為輕—重度。該區土壤鹽漬化主要是因區內地下水埋藏較淺、地表水排泄困難、蒸發濃縮導致鹽分在地表聚集以及海水浸漬而造成的。區內多為氯化物鹽漬土，地表多呈白或棕灰色斑狀。

北海新區鹽漬土類型主要為鹽化土（根據0～0.5 m深度的土壤含鹽量的高低來劃分鹽化土和鹽土），采用濱海地區鹽堿土分級標準（0～100 cm土層）（見表1）對該區土樣進行鹽化程度的劃分。

根據實地勘察所采集的土壤易溶鹽分析統計資料，按照表1分級標準判別，該區重度鹽漬化土占總面積的85.5%，中度鹽漬化土占總面積的7.6%，輕度鹽漬化土占總面積的6.9%。區內鹽漬土的分布與地形地貌有較密切的關系，總體規律為東北部鹽漬化程度較重，由東北往西南其鹽漬化程度有變輕的趨勢（見圖1）。

該地區屬暖溫帶濕潤大陸性季風氣候區，瀕臨沿海地帶，海水的直接浸漬是這一地區的濱海地帶土壤鹽漬化的主要原因。另外，地下水埋藏較淺，地表水排泄困難，蒸發濃縮造成鹽分在地表聚集，也是造成這一地區鹽漬化的主要因素。

1.3 鹽堿地改良可能途徑

北海新區新城建設區地面高程低，鹽水侵襲導致土地鹽漬化嚴重，成為制約生態新城建設的主要問題，亟須結合區域資源尋求鹽堿地改良可能的途徑。

鋪沙壓堿是改良鹽堿地的一種重要手段。黃河泥沙源于土壤侵蝕，和鹽漬土壤充分混合后，可以改變土壤顆粒組成，從根本上改變黏質鹽漬土的質地，可迅速改善土壤的水鹽運移狀況，有助于鹽分快速淋洗出土壤，降低毛管作用和耕層土壤的積鹽。若能利用灌區淤積泥沙改良鹽堿地，一方面為灌區淤積泥沙處理開拓一種新途徑，為渠道清淤節省大量投資，另一方面清淤的泥沙對區域生態環境破壞較大，通過改良鹽堿地可以實現多贏的目的。

此外，改良后的土壤在特定的自然條件和不合理的人為因素影響下仍有再次發生鹽漬化的潛在威脅，在鹽漬土改良過程中或改良后，應做到保護和利用相結合，以保障治理效果。因此，需結合多種其他措施，從改善土壤結構和控制地下水位等多方面入手來規劃區域的鹽堿地改良。結合黃河三角洲等一些土地鹽漬化問題較為嚴重的地區在改良治理鹽堿地的過程中所積累的經驗，建議北海新區鹽堿地改良在利用黃河水沙資源輸沙入田、鋪沙壓堿的基礎上，綜合工程措施、生物措施等多種方法進行，包括完善水利工程措施、明渠排水改良、暗管排水改良、種植作物和鹽堿地造林、增施有機肥料等。

2 利用灌區淤積泥沙改良鹽堿地的可行性探析

北海新區土地資源豐富，有可直接用于項目建設的建設用地0.8萬hm2（原為鹽田），適于開發為建設用地的未利用地1.02萬hm2，地勢平坦，但大片土地受到鹽水的侵襲，鹽漬化嚴重。根據《濱州北海經濟開發區水利綜合規劃報告》，北海新區絕大部分區域的綠化用地需要改良土壤，但單純依靠降水的自然淋溶，3 a內無法實現脫鹽。鑒于黃河泥沙資源與小開河等引黃灌渠的建成，可以考慮利用黃河泥沙改善土壤性質，從而滿足城市綠化需求。當地總的綠地面積23.1 km2，根據淋溶分析，0.8 m厚度是能夠達到效果的最經濟的厚度。若利用灌區淤積泥沙改良鹽堿地，所需泥沙量為1 848萬m3。該鹽堿土改良方案涉及水沙資源利用潛力的問題，需要從可利用輸沙水量、泥沙資源的可持續性等方面來探析其可行性，并提出輸沙管道路線的可能布設方案。

2.1 黃河水資源可利用性評估

黃河水資源可利用性評估主要涉及非灌溉期（6月）、汛期（7—9月）的可用水量和引水時機兩方面。

2.1.1 黃河非灌溉期、汛期可用水量

黃河非灌溉期、汛期可用水量是指確保河口生態用水之外的水量。根據河口地區水生態保護對徑流條件的要求[9]，維護三角洲陸域濕地穩定的汛期水量不小于70億～90億m3;河口地區生態關鍵期5—6月生態需水量約為22億m3，汛期7—9月約為100億m3。

根據宏觀資料統計[10]，黃河下游利津站年平均入海水量192.6億m3，其中汛期7—9月平均入海水量113.6億m3。按黃河口汛期生態需水量100億m3計，汛期7—9月約有13億m3水量可以利用。

此外，每年6月黃河非灌溉期利津站多年平均水量為39.69億m3，平均輸沙量為0.624億t。按黃河口生態關鍵期5—6月需水量約為22億m3，非灌溉期6月應有約17億m3的水量可利用（不計5月水量）。

綜上，北海新區引黃工程確有利用黃河水資源的潛力。

2.1.2 黃河非灌溉期、汛期引水時機

黃河非灌溉期6月、汛期7—9月均有可用水量，但需擇機利用，即選擇黃河含沙量較小的時間段引水，以確保不增加河口段泥沙淤積，同時又盡可能減少灌區的引沙量，保證灌區正常運行。

根據小開河灌區月引水含沙量統計，6月非灌溉期月平均引水含沙量為0.53～6.88 kg/m3，與灌溉期引水含沙量相差不大，故6月非灌溉期引水是可行的;7—9月汛期月平均引水含沙量為1.11～23.00 kg/m3，出現高引水含沙量的機會較多，但仍有含沙量小的時機。統計6—9月引水含沙量可知， 6月、8月引水含沙量小于5 kg/m3的天數為引水總天數的88.9%。所以，在汛期非灌溉期6月和汛期7—9月引水是可行的，特別是6月和8月引水含沙量較小，當地引黃灌區有條件擇機向北海新區輸水，滿足輸沙入田對水資源的需要。

2.2 引黃工程利用黃河泥沙的潛力

利用黃河泥沙的潛力主要取決于：一是在可能的條件下多引沙，即利用汛期引沙顆粒較細的有利條件，適時擇機采用高水位、大流量、較高含沙量引水;二是支渠引沙量大小;三是能否保持輸沙渠年內沖淤平衡。

2.2.1 小開河引黃工程現有引水規模下利用黃河泥沙的潛力

小開河引黃工程利用黃河泥沙的潛力，是指根據現有引水規模進入沉沙池的沙量分析，在可能的條件下的最大引沙量，即利用汛期引沙顆粒較細的有利條件，適時采用高水位、大流量、較高含沙量引水，其制約因素是距渠首8 km內的渠道淤積問題。

2014年小開河引黃工程的引水規模擴大，以2004—2014年相關統計數據作為評估擴大引水規模之前小開河引黃工程利用黃河泥沙潛力的依據，其年均引水量為2.28億m3，年均引沙量63.8萬t，按沉沙池年清淤量30萬m3和距渠首8 km內年清淤量10萬m3計算，合計黃河泥沙的利用潛力為40萬m3。2014年開始投入運行北海一、二期水庫工程，增加小開河引水量0.45億m3，同時小開河引黃工程向滄州供水0.7億m3，兩項合計擴大引水1.15億m3，擴大引水所增加的沙量為52.9萬～88.0萬t。小開河引黃工程擴大引水規模約為2004—2014年平均引水量的50%，增加的入沉沙池沙量以20萬m3計。因此，基于小開河引黃工程每年利用黃河泥沙的潛力合計約為60萬m3。

2.2.2 簸箕李引黃工程利用黃河泥沙的潛力

簸箕李引黃工程位于黃河左岸，東臨小開河引黃工程，灌區縱長106 km，橫寬30 km[10]。簸箕李引黃工程渠首設置東、西沉沙條渠，東、西沉沙條渠匯合處以下是總干渠、二干渠（上段沙河至白楊，下段白楊以下）和一干渠。2005年前使用東引黃閘，由于引黃工程渠首前黃河河床沖刷0.70～0.75 m，引水水位下降致使東引黃閘無法引水;2005年后，重新啟用西引黃閘，由于西引黃閘閘底高程較東引黃閘低2.1 m，西沉沙條渠比降小，入池后水流速度低，致使沉沙條渠泥沙淤積嚴重。簸箕李引黃工程年平均引沙量為75.4萬m3，加上擴大引水0.4億m3增加的泥沙量，以平均引沙量100萬m3計，其中沉沙條渠泥沙淤積量合計80萬m3。簸箕李引黃工程的主要問題是渠首沉沙條渠的泥沙淤積。每年清淤兩次，清淤泥沙帶來嚴重的生態環境問題和經濟負擔，同時說明通過簸箕李引黃工程引水具有利用黃河泥沙的潛力（潛力為100萬m3）。

2.2.3 引黃濟青工程利用黃河泥沙的潛力

引黃濟青工程位于黃河右岸博興縣境內，為打漁張引黃工程5座分水閘之一，1989年11月建成，輸水至青島，距離長達290 km，設計引水流量41 m3/s，是打漁張引黃工程設計引水流量的1/3。渠首設置沉沙池，采取以挖待沉方式處理泥沙。1989—2011年共清淤泥沙1 644萬m3，堆放于隔堤兩側，在設計水位運行時過水面積為設計值的10%，影響水流的正常流動，因此沉沙池泥沙的處理是引黃濟青工程的關鍵問題。利用每年11月—次年2月淤積的泥沙和堆放于隔堤兩側未達堆放高度的泥沙，既可解決清淤泥沙堆放的難題，又可實現泥沙的資源化利用。結合引黃濟青工程每年利用黃河泥沙的潛力為150萬～200萬m3。

綜上，北海新區可利用黃河泥沙潛力為310萬～360萬m3，具有采用鋪沙壓堿方式改良鹽堿地的可能。

3 管道輸沙工程的線路布設

3.1 布設方案設計

為充分利用小開河和簸箕李聯合管道輸沙工程及引黃濟青管道輸沙工程實現輸沙入田，規劃管道線路布設（見圖2）如下。

（1）小開河引黃工程和簸箕李引黃工程聯合管道輸沙工程管道線路布設。①小開河引黃工程管道線路布設分兩段：

第一段從沉沙池池口沿輸水渠至郝家溝24.493 km，第二段沿郝家溝至目的地約15 km，總長約40 km。②簸箕李引黃工程管道線路布設：從沉沙條渠渠首起，沿沉沙條渠、總干渠、二干渠至白楊，全長約62 km;再沿郝家溝向東與小開河引黃工程管道相連接，長約15 km，總長77 km。③小開河引黃工程和簸箕李引黃工程聯合輸沙管道布設：自簸箕李沉沙條渠渠首起，沿沉沙條渠、總干渠、二干渠至白楊，再沿青坡溝向東至小開河沉沙池出口處，連接小開河引黃輸沙管道，總長約120 km。

（2）引黃濟青管道輸沙工程布設。引黃濟青管道輸沙工程從沉沙池起，過黃河，連接到韓墩引黃工程的總干渠，過徒干渠，連至小開河十一支渠和輸沙渠與小開河引黃工程管道平行設置，總長約110 km。

3.2 討 論

（1）小開河引黃管道輸沙工程是管道輸沙工程的起步工程。目前國內管道長距離輸礦、輸煤技術已日趨成熟，建設了多條長距離管道輸礦和輸煤工程。管道輸沙工程的研究和實踐相對較少，在沿黃河兩岸利用泥沙的淤背工程具有很長的歷史，并沿續至今，但輸送距離一般在3～5 km之間。

小開河引黃管道輸沙工程設計由沉沙池出口沿輸水渠設置多級泵串聯運行，將泥沙輸送25 km至郝家溝處，這在長距離管道輸沙工程上尚屬首次，需要對管道輸沙系統，從基本數據到管道、泵型選擇、配置等進行設計，并在運行中總結經驗。

（2）小開河引黃工程和簸箕李引黃工程聯合管道輸沙最大程度優化了管道輸沙工程。小開河引黃工程和簸箕李引黃工程相鄰于黃河左岸，輸沙、輸水渠由南向北近乎平行分布，為聯合管道輸沙工程提供了非常有利的條件。小開河輸沙工程的優勢是輸送距離短，但其輸沙量受到多因素制約;簸箕李輸沙工程的沙源相對充足，聯合管道輸沙可提高輸沙工程輸沙（效益）的保證率。除了輸沙系統的檢修外，輸沙系統年運行時間9個月左右。

（3）引黃濟青管道輸沙工程的優勢。引黃濟青管道輸沙工程的優勢是具有充足的沙源，主要問題是管道輸沙工程需要跨越黃河。

4 結 語

本文探討了利用小開河、簸箕李引黃工程和引黃濟青工程所提供的可持續泥沙資源，實施小開河和簸箕李聯合管道輸沙工程和引黃濟青管道輸沙工程，實現利用引黃灌區淤積泥沙改良濱州北海新區鹽堿地的可行性及輸沙管道線路布設方案等。

（1）北海新區屬濱海地區，土壤類型為鹽化潮土和濱海鹽土，區內土地鹽漬化嚴重，成為制約生態新城建設的主要問題，亟須結合區域資源尋求鹽堿地改良可能的途徑。

（2）黃河非灌溉期、汛期可用水量分別為17億m3和13億m3，引黃灌區有條件擇機向北海新區輸水，滿足輸沙入田對水資源的需要。

（3）濱州地區引黃灌區年淤積泥沙可利用潛力為310萬～360萬m3，具有采用鋪沙壓堿方式改良鹽堿地的可能。

（4）小開河和簸箕李聯合管道輸沙工程管道線路布設自簸箕李沉沙條渠渠首起，沿沉沙條渠、總干渠、二干渠至白楊，再沿青坡溝向東至小開河沉沙池出口處，連接小開河引黃輸沙管道，總長約120 km;引黃濟青管道輸沙工程自沉沙池起，過黃河，連接到韓墩引黃工程的總干渠，過徒干渠，連至小開河十一支渠和輸沙渠，與小開河引黃工程管道平行設置，總長約110 km。

（5）建議在利用黃河水沙資源進行鹽堿地改良的基礎上，進一步綜合工程措施、生物措施等多種方法進行鹽堿地改良，以改善土壤結構和控制地下水位，保障治理效果。

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【責任編輯 許立新】