内蒙古河套灌区水资源高效利用与盐渍化调控

第19卷　第6期干　旱　区　资　源　与　环　境Vol.19　No.6 2005年11月Journal of Arid Land Resources and Environment Nov.2005

文章编号:1003-7578(2005)06-118-06

内蒙古河套灌区水资源高效利用与盐渍化调控3

王学全1,高前兆2,卢琦1

(1.中国林科院荒漠化防治中心,北京100091;2.中科院寒区旱区环境与工程研究所,兰州730000)

提　要:内蒙古河套灌区是我国具有悠久历史的一个大型灌区。由于气候、地形和水文

地质条件的影响,在兴建大规模灌区之前,当地已有严重的盐渍化问题,随着引水量增加,灌溉

面积扩大,由于重灌轻排,灌排工程不配套,大水漫灌等原因,使灌区的地下水位迅速上升并超

过临界水位,加剧土壤盐渍化;此后虽经积极治理,情况有所好转,但仍未得到根本改变。灌区

盐碱化的发生、分布、治理在西北干旱地区具有典型意义。河套灌区现状年引黄水量在50亿

m3左右,占内蒙引黄水量的90%,超出引黄指标10亿m3,节水任务十分艰巨。因此,必须高

效地利用灌溉水资源,采用渠井灌排技术和实施节水灌溉制度,来调控灌区水盐动态,总体上

能使河套灌区灌溉土壤逐步由积盐向脱盐的良性循环发展。

关键词:内蒙古;河套灌区;水资源;盐渍化;治理

中图分类号:TV213.9 文献标识码:A

目前,在世界各地还有相当面积的盐渍地尚未得到开发和利用,而且随着灌溉面积的扩大,土壤次生盐渍化态势也日趋严重[1]。在干旱、半干旱地区,灌溉农业既是土壤次生盐渍化发生的原因,也是防止土壤次生盐渍化的关键[2,3]。我国盐渍土大都分布在干旱、半干旱区,在这里干旱与盐碱是相互关联的两大问题,都对农业起限制作用[4]。许多地方农业灌溉用水每年约有三分之一以上是用于对付盐碱的,为了农业增产,并节约农业灌溉水资源,就必须考虑盐渍土治理问题。

河套灌区位于内蒙古自治区西部。灌区地处黄河河套平原,北抵阴山山脉的狼山及乌拉山,南临黄河,东与包头市为邻,西与乌兰布和沙漠相接。灌区总土地面积111.9×104hm2,灌区现灌溉面积57.4×104hm2,其中农田52.5×104hm2、林草4.9×104hm2,占总土地面积的51.2%。灌区的设计灌溉面积为73.3×104hm2。灌区横跨巴彦淖尔盟的乌拉特前旗、五原县、临河市、杭锦后旗、磴口县,东西长250km、南北宽50km。灌区以三盛公栏河枢纽控制引水,由180km的总干渠供水、220km的总排干沟排水,以乌梁素海作为排水承泄区,通过13条干渠、10条干沟控制整个灌区的灌溉排水,形成一个条带状有灌有排的一首制灌区。按照地貌特征与历史习惯,灌区可分为保尔套勒盖、后套和三湖河三个区域[5]。河套灌区总土地面积111.9×104hm2,现引黄灌溉面积57.4×104hm2(1997年),其中农田52.5×104hm2,林地2×104hm2,牧草地2.96×104hm2。按现有农业人口100万计算,人均耕地7.8亩。灌溉面积由60年初的500多万亩,发展到今天的861万亩。现有787万亩农田中,其中高产稳产田278万亩、中产田302万亩、低产田207万亩。灌区的农作物主要有:小麦、玉米、豆类、甜菜、油料、黑瓜籽、向日葵、瓜果、蔬菜等。

1　灌区水资源条件

灌区南缘为黄河,经三盛公水利枢纽调节控制后,由与黄河并行的总干渠向灌区供水。灌区内部有较多的大小不等的湖泊(海子),其中以乌梁素海为最大,水域面积2.96×104hm2,其位于灌区东缘浅平低洼

3收稿日期:2004-09-07。

基金项目:国家“十五”科技攻关“防沙治沙综合技术研究”(项目编号:2001BA510B)。

作者简介:王学全(1965-),男,内蒙古武川人,中国林科院荒漠化防治中心副研究员,博士,主要从事水资源评价与管理研究。E-mail:xuequanwang@https://www.wendangku.net/doc/189754475.html,,联系电话:135********

图1河套灌区历年来水引水对比图

Fig.1Annual discharge volumes

measured at Sizuisan and Bayegaole

地,是河套灌区排水承泄区和向黄河退水的调节水库。

1960-1967年黄河干流磴口站实测流量统计,刘家峡水

库蓄水前,三盛公枢纽段多年平均径流量为336.5亿

m 3,多年平均流量1067m 3/s ,最大流量5710m 3/s ,最枯

流量110m 3/s (66年5月13日),刘家峡水库正式蓄水

以来,在龙、刘两库联合调度运用的情况下,黄河三盛公

入库来水发生变化,黄河磴口(二)站1969-1994年资

料统计多年平均径流量273.0亿m 3,月平均流量在550

-1420m 3/s (图1)。2　灌区水资源开发与盐渍化进程巴盟河套的土地治理开发自清朝后期以来,己经经

历了四个阶段:(1)自清朝后期到解放前为掠夺式的开发阶段,使大片肥沃土地形成了次生盐碱化;(2)新中国建立后至三盛公水利枢纽建成以前,主要采用平整土地、缩小地块、节水灌溉措施,使耕地面积由解放初期的19.3×104hm 2扩大到40×104hm 2,其中轻度盐碱化面积增至33.3×104hm 2,中度盐碱化面积发展到5.3×104hm 2,盐碱化面积发展很大,但程度较轻;(3)1961～1981年期间,巴盟河套进入大引大灌和有灌无排阶段,土壤盐碱化面积和盐碱化程度都迅速发展,耕地中的中、重度盐碱化面积扩展到10.7×104hm 2,从而引起人们高度重视;(4)1983年以来,河套灌区进入了有灌有排阶段,支沟以上骨干水工程基本配套,但盐碱化问题仍然十分严重,灌区仍处于严重积盐状况。河套灌区土壤次生盐碱化形成与发展的主要原因是:

1)巴盟河套灌区地形、地貌和土壤都不利于天然径流排泄,而有利于潜水蒸发排泄,这是土壤次生盐碱化持续发展的主要自然因素[6]。巴盟河套平原在地质构造上属于断陷盆地、湖相沉积,盆地基底东南高、西北低,上更新纪晚期由于黄河的形成及其多次改道,又在湖相沉积层上覆盖了黄河冲积层,进而形成现今地形条件;地势由西南向东北倾斜,东西坡降1/5000～1/8000,南北坡降1/4000～1/8000。由于黄河在南,地形南高北低,故地面排水条件很差。又因为古黄河自南而北、自西而东流向,故形成西部含水层颗粒粗、东部细,对地下径流排泄不利。但是,由于本区大多数为轻质土,且蒸发能力很大,在地下水浅埋深条件下,潜水蒸发排泄量很大,因而造成大量盐分积累于土壤耕作层。

2)次生盐碱化发展的工程因素。在1981年以前,河套灌区实为有灌无排灌区,大量引黄水量都靠土壤蒸发、潜水蒸发和水面蒸发维持其平衡。在1981年以后,乌梁素海至黄河出水口工程已经建成,灌区内部的总排干沟、干沟、分干沟、支沟也基本配套,但是,1984～1991年灌区排入乌梁素海的水量仅有5.26×108m 3,仅比1977年增加l.53×108m 3,地下水埋深仍未见明显下降,灌溉入渗补给的大量地下水仍主要依靠潜水蒸发维持平衡。主要原因是田间工程不配套,灌溉水量减不下来,绝大部分农田灌溉入渗补给量又不能直接排入支沟以上的骨干排水系统,因而排水治碱效果仍较差。解决的办法是按照规划设计完成其田间工程配套,包括斗、农、毛灌水渠系配套、斗、农、毛排水沟系统配套,灌溉机电井配套等。

3)社会经济限制。解放前,由于社会等原因,不可能解决好灌区灌溉排水问题。新中国建立后,党和政府十分关怀巴盟河套的开发治理,但由于经济实力不足,投入资金有限,1983年以前,河套灌区水利投资仅有2.8亿元,加上1989～1994年世界银行贷款也只有8亿元左右。投资少是田间工程不能配套的主要原因。

4)认识因素。对于巴盟河套这样一个复杂的灌排系统的治理和改造,需要有一个认识过程,包括对水盐运移规律认识,治理方向和采取工程措施的认识,都有过不少争论,如沟排和井排问题,乌梁素海控制水位高程问题等等。

5)河套灌区是不合理的灌溉农业导致土地沙漠化的典型地区,从灌区历史时期土地沙化和加剧现代风沙危害的因素看,防治风沙危害和治理沙漠,关键在于合理利用水土资源。

3　灌区灌排盐量均衡

不考虑作物带走盐分,则灌排盐量均衡方程式可写为:ΔS =V i C i -V d C d

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即灌排盐分总体均衡就成为灌溉引水所带入的盐分与灌区排水所带走的盐分之间的平衡。统计灌区

87～97年11年的引水量、排水量及矿化度资料(图2)。

ΔS =270.71-102.45=168.26万吨>0,说明灌区多年平均的进盐量大于排盐量,总体上处于一个积盐过程,每年的积盐量为168.26万吨。

图2灌区历年盐分平衡曲线Fig.2Salt balance between 1954and 1997.实际上,积累在灌区内的盐分并不是平均储存的,也

不完全积累在灌溉面积上,而是通地下径流重新进行了

再分配[7]。在灌溉面积上,由于经常受灌溉水的淋洗作

用,积盐量绝大部分储存浅层地下水中,在灌溉间歇期,

通过潜水蒸发输入土壤和地表,经过下一次灌溉淋洗又

回到浅层地下水,反复进行以上过程。由于灌溉面积上

地下水不断得到引水的补充,所以,地下水位往往高于周

围不灌溉的、地势较低的荒地区地下水位,形成局地地下

径流。随着地下径流的作用,高地势区的农田盐分,不断

运移到荒地或地势较低处灌溉面积上。所从,在灌区内

大量的积盐量主要分布在地势较低处的荒地或中低产田面积上,并形成了高产田、中产田、低产田和盐碱荒地插花分布的格局。

4　秋浇

河套灌区位于干旱、半干旱气候区,土体含有程度不同的盐分,又是季节性冻土区,土壤冻结期长达半年之久。土壤从开始冻结到解冻结束,即夏灌第一水前这段期间内,多风少雨,蒸发强烈,土壤水分大量散失,盐分向表土积聚,此时正是春播作物苗期生长的关键时刻,如果土壤墒情不足,无法适时播种,也无法保证作物对水分的需求,且土壤积盐更不利于出苗,因此必须实行播前储水灌溉,俗称秋浇。

秋浇是河套灌区传统的秋后淋盐、春季保墒的一种特殊的灌水制度。实行不好,不仅浪费水量,而且造成土壤潮塌返浆,助长土壤表土积盐,影响春小麦播种以及苗期受到盐害的负面效应。

秋浇是灌区水资源有效利用,控制封冻前地下水位,防治土壤积盐的关键灌溉制度。从长远看灌区应大力推行早浇保墒灌溉。调整灌区的农牧业生产结构,尽可能压缩秋浇农田面积(即由现状的46.7万hm 2的农田面积,压缩至35.3万hm 2),大幅度发展林、牧业。制定因地制宜的秋浇制度。

根据取样资料分析,夏灌前土壤含水率正好适合幼苗的生长,说明秋浇的储墒作用;从盐分资料看,秋浇能淋洗土壤盐分。由于秋浇时间早晚不同,影响封冻初地下水位的高低,也影响着翌年春播时的土壤含水率,从而影响作物适时播种及生长发育和产量。在现耕地目前秋浇水平下,秋浇定额越大,春播前返盐越重,播种前后土壤水分越高。而土壤水分较适宜,盐分在作物耐盐极限之内,秋浇定额以斗口计算在155～170m 3/亩范围内,同时秋浇时间宜提前到9月底以前。从2月10日到5月15日每公顷土壤水分无效蒸发87m 3。

根据分析,秋浇定额应满足以下3个条件[8]。

(1)降低翌年春播0～20cm 土层的土壤含盐量。秋浇以后被淋洗的土体,在蒸发强烈的环境中,土壤水分散失,盐分向表土累积,因此春播前土壤的含盐量,可用积盐历时乘积盐速度求得。根据有关试验成果秋浇后至春播前这一时期内的土壤平均返盐速度为0.00073%/d 。以轻盐化土为例:取秋浇中间日,即10月17日灌水,到翌年3月15日,历时150d ,其返盐总量0.109%,据前述计算,轻盐化土秋浇定额1200m 3/hm 2,苗期土壤含盐量大于0.2%,超过作物耐盐度;采用1350m 3/hm 2,灌后土壤盐分加上返盐总量为0.195%,小于0.2%,满足作物苗期生长要求。

(2)保持翌年春播前的适宜土壤含水率。秋浇后土体的原始含水量为田间持水量,例如:最初的秋浇时期为10月初,到翌年春播前3月中旬,这一段历时约160d ;最后的秋浇时期按10月20日计,至翌年3月中旬,其历时约140d 。平均历时取150d 。根据试验水分散失速度在地下水埋深1.5m 的试点,日均水份损失量为0.09%(干土重),故土壤水分总损失量为13.5%,秋浇后田间持水量为32.3%(干土重),扣除损失量的13.5%,春播前土壤含水率为18.8%。满足作物对水分的要求。

(3)生育期根系层100cm 内土壤盐分平衡计算。作物生育期内土壤盐分的补给来源,按两项估算,一是灌溉水(黄河水,矿化度0.5g/L ),二是地下水被作物吸收的量(矿化度1.5g/L 计)。黄河水灌区生育

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期,每公顷净灌水量以3750m 3计,地下水吸取量以750m 3计,二者进入根系盐分为0.023%。当秋浇定额1350m 3/hm 2时,秋浇后0～100cm 剖面盐分可减少0.031%,大于生育期积盐量,可以满足持续发展的要求。

土壤为非、轻盐化地的情况下,为使土壤根系层土壤盐分,通过一年一度的秋浇水的淋洗,维持盐分平衡,并达到逐步淡化的目的,选定秋浇定额为1350～1500m 3/hm 2。

中、重度盐碱化地首先采用1800～2250m 3/hm 2秋浇定额,经过2～5年秋浇淋洗灌溉,逐步将中、重度盐碱化地冲洗改良为轻盐碱化地,然后再采用非、轻盐碱化地的秋浇制度,以使土壤根系层盐得到淋洗,维持盐分平衡,达到淡化的目的。

5　节水改造工程对灌区水资源利用和盐渍化的影响

河套灌区经过多年开发和建设,灌溉面积已由解放初的300万亩发展到现在861万亩,灌排工程初具规模。由于种种原因,灌区一直未能全面配套,且工程老化问题也日趋严重,灌溉水的利用率较低,特别是面临诸如水资源短缺、灌区次生盐碱化、沙漠化以及水质恶化等一系列环境问题。随着黄河流域用水矛盾日益突出,提高水的利用率,发展节水灌溉已摆在灌区面前。2000年灌区开始了大规模续建配套和节水改造工程建设。总体目标是通过以节水为中心的灌区续建配套和改造,使灌区灌溉系统逐步实现引水、输水、配水、灌水、用水等环节全面节水,排水系统逐步实现由通到畅、由浅到深,有效控制地下水位,改土治碱。提高基本农田建设标准,合理开发地下水资源,优化灌区水资源配置,提高灌区水资源的利用率和水分生产效益,增强综合生产能力和经济发展基础,保护生态环境,使灌区实现“节水灌溉,改土防次,增产增效,可持续发展”。到2010年主要技术指标是:(1)衬砌干渠、分干渠、支渠、斗农渠,灌区灌水渠系全面实现防渗,渠系水利用系数由现状的0.42提高到0.66。(2)推行田间节水灌溉,灌区灌水畦块缩小到O.5亩以下,逐步推行一亩3畦灌溉。(3)合理开发地下水资源,在淡水区井渠结合区发展井灌94.1万亩,纯井灌15.9万亩。(4)冲洗改良中、重度盐渍化耕地160万亩,改造中低产田500万亩,控制地下水位到1.8m 以下。(5)保持现状861万亩灌溉面积(其中发展井灌110万亩),引黄水量由现状年平均52亿m 3,减少到2010年39.68亿m 3。

节水改造工程将对灌区水资源有效利用和盐渍化调控带来深刻影响。

(1)在多年平均引黄水量51.992亿m 3的条件下,节水改造工程实施后引黄水量为39.68亿m 3时,渠道渗漏补给系数、田间入渗补给系数发生变化的情况下,全年的地下水位的降幅为0.30。在现状排水量

6.183m 3的情况下,每年地下水排泄量或现状排水量为2.380亿m 3,灌溉退水3.803亿m 3。现状灌排比

4.6%。

(2)由于淋盐水量要求每年最小的排水量为16567万m 3/年。

(3)灌区节水改造工程实施后,每年引黄水量为39.68亿m 3,排水量3.19亿m 3。排灌比维持在8.0%。灌区总体处于积盐过程,但由于非耕地的干排水作用,灌区耕地却处于微脱盐过程。盐荒地积盐是干旱、半干旱地区盐分在空间上运移的一条基本规律。

6　灌区水资源利用与盐渍化调控措施

6.1　明确灌区发展理念

实施灌区续建配套和节水改造工程,使之成为水资源有效利用和盐碱化调控的基础工程。通过对灌区工程措施的运行总结,十分必要进一步明确灌区走节水灌溉、综合治理盐碱的发展理念。根据分析计算,这些工程完成后,通过灌区水盐均衡计算,总体灌区年积盐ΔS =68.9万吨,若改虑到盐荒地年排盐109.9万吨、水面年积盐量32.3万吨和耕地排水排盐70.6万吨,在灌溉耕地上水盐均衡为ΔS =-6.5万吨,可达到脱盐目的。这一结果表明,灌区耕地将会向脱盐方向发展。

采用井灌井排降低地下水位,有效地利用灌区水资源。许多地方实践证明,井灌井排和渠灌沟排是治理旱涝盐碱的核心工程措施,河套灌区曾于70—80年发展井灌,至1987年机井数量已达到2745眼,但目前可利用的仅1100眼,仍需采取措施,克服动力、经费和管理等方面困难,在灌区实施井灌井排,克服过分依赖增加引黄水量的习惯。

6.2　控制灌区冻融期土壤水盐动态与地下水位达到适宜指标

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灌区土壤有长达半年之久的休闲期,冻结期有4个月(12—3月),是年内潜水位最低时段,约为2.5m ,冻结前10—11月份也是全年土壤积盐一个高峰期;土壤融冻后,地下水位上升,变化在1.5m 左右,至夏灌前,由于蒸发强烈,土壤积盐成为全年最高峰期。为此,采取相应秋浇淋盐、储墒极为必要,但过量和过晚的秋浇,不仅浪费水资源,抬高地下水位,而且造成春季加重反盐,根据试验分析,控制秋浇定额以1500m 3/hm 2为宜,时间以9月底为佳,如此可使明渠排水时间加长到50天左右,可有效降低地下水位,确保淋盐效果。

潜水蒸发与地下水埋深呈反比例指数函数关系,而土壤积盐量与地表返盐又与潜水蒸发正相关。因此,降低潜水埋深,即可有效的控制土壤积盐。灌区现状潜水埋深平均为1.683m ,作物生育期6—9月平均为1.5m ,农闲期(10—3月)平均2m 以下。工程完成后,潜水埋深降低0.30m ,灌区平均埋深将达到1.7m 以上,在作物生育期和秋浇前大于1.6m ,达到控制地下水的临界深度1.5m 。

6.3　除灌排工程外,灌区盐渍化治理还需采取节水管理、生物、农作等综合措施

1)大力加强节水灌溉措施:除推行小地块畦灌(<0.5亩)、废除漫灌外,积极推广先进的节水灌溉方式,包括调整种植结构,选用耐旱品种,降低灌溉定额;现阶段可从降低秋灌定额采取措施,配合节水工程改造,逐步降低作物生长季灌水定额,尽可能减少由灌水进入田间的盐量。

2)增施有机肥,培肥土壤:耕作土壤有机质含量对盐分有明显影响,当有机质含量达到1.0%以上时,较高有机质含量能使耕层土含盐量稳定在较低水平(0.1%—0.2%)。河套灌区生长季短,人均耕地多,达5亩以上。因此,单位面积的有机肥投入水平很难提高。为此,可从减少粮油作物种植面积,提高单位面积产量,增加多年生豆科牧草,如紫花苜蓿,促进牧业发展,加速土壤培肥的进程。

3)采取农田覆盖措施:农田覆盖可分为化学覆盖(地膜)和生物覆盖,地膜适用于经济作物;生物覆盖应用大田作物具有良好的保墒、抑盐效果;都具有节水效益,通过秸秆和地膜覆盖试验,总结最佳方式,加以大力推广;选种越冬作物,增加冬季农田覆盖。

4)营造农田防护林:农田防护林网可降低地面风速,有利于灌区排水,改善农田生态环境,选泽适宜树种,大力营造农田防护林和村庄绿化林,开辟灌区木材资源,不仅充分利用灌区水资源,而且可起到降低地下水位和土壤压盐作用。

5)调整种植结构,推行草田轮作制:选择具有良好耐盐牧草进行轮作,不仅可起到生物排盐的作用(苜蓿每亩排盐56.8kg ),而且能显著改善土壤结构,减少土壤积盐。同时调整灌区种植业和农林牧业的结构,增加畜牧业的比重,提高灌区经济效益。

6)地下水水质是影响灌溉的重要条件,河套灌区地下水水质较差,微咸水和半咸水资源具有很大的潜力,同时临近还分布有沙质荒地,引起风沙危害,结合开展咸水灌溉,治理这些沙漠化土地。

参考文献

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E ffective Use of W ater R esources and

Salinity and Waterlogging Control in the

H etao Irrigation Area of Inner Mongolia

WAN G Xue -quan ,GAO Qian -zhao ,L U Qi

(1.National R &D Center for Combating Desertification ,CA F ,Beijing 100091,China ;

2.Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute ,CAS ,Lanzhou 730000,China )

Abstract

Hetao irrigation area of Inner Mongolia is one of t he biggest irrigation area in China wit h long histo 2ry.In order to increase t he outp ut of agricult ure and saving t he water resources ,t he first problem is to cont rol t he saline and waterlogging.Effective use of water resources in irrigation ,application of water saving irrigation and drainage technology and system to adjust soil -water dynamic state are in urgent need to develop irrigation soil f rom saline accumulation to desalting.The present amount of water draw 2ing from Yellow River is 5billion m 3,accounting 90%of t he total t he river drawing of Inner Mongolia ,exceeding abo ut 1billion m 3of t he dist ributed index of t he government.Effective use of irrigation water is a key point to reach t he reasonable leaching criterion ,index and time.The practical met hods are t he combination of irrigation and drainage as using channels and ditch ,t ube wells for irrigation and drainage ,drainage to t he desert area ,biological drainage ,reasonable water distribution network and irrigation pro 2gram ,water saving irrigation met hods and saline water irrigation.

K ey w ords :water reso urces ;effective use ;soil salinity and waterlogging controlling ;Inner Mongo 2

lia ;Hetao irrigation area ?

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