景電灌區(qū)水鹽運移對局域水土資源影響研究.pdf

1、我國西北干旱區(qū)土地資源豐富，光熱條件充足，受水資源短缺和干旱少雨的氣候制約，大片適宜耕種的土地長期荒蕪。隨著我國人口的快速增長，西北干旱區(qū)的水土資源得以快速地開發(fā)利用，特別是隨著電力提水設(shè)備和引水灌溉技術(shù)的發(fā)展，在我國西北地區(qū)建成了許多高揚程的揚水灌區(qū)，這些灌區(qū)的出現(xiàn)和發(fā)展，從生態(tài)景觀角度來看，是在原有的天然荒漠上建起了大面積的人工綠洲，在創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益的同時，由于灌區(qū)粗放灌溉，有灌無排致使局地出現(xiàn)了一些不良生

2、態(tài)環(huán)境問題，如土壤次生鹽漬化、天然植被衰敗、地下水質(zhì)惡化等，這種人工灌溉造成的局域水土環(huán)境演化和變遷，在一定程度上制約著灌區(qū)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。所以，研究揚水灌區(qū)的灌溉水轉(zhuǎn)化規(guī)律，及時掌握灌區(qū)土壤水鹽的運移動態(tài)，同時研究灌區(qū)的水鹽運移與局域水土環(huán)境變遷的耦合關(guān)系對指導(dǎo)灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展和科學(xué)管理具有重要現(xiàn)實意義。
　　 本文以甘肅省景泰川電力提水灌區(qū)為研究區(qū)域，通過對灌區(qū)發(fā)展40年來局域水土資源變遷過程的現(xiàn)場調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測資

3、料分析，將地表水的轉(zhuǎn)化模型和地下水鹽的運移模型結(jié)合起來，采用理論研究、現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬等綜合研究方法，深入研究了灌區(qū)的水鹽運移規(guī)律、模擬了灌區(qū)不同水文地質(zhì)單元的地下水動態(tài)、分析計算了灌區(qū)的水鹽平衡狀況，研究了人工揚水灌溉對區(qū)域水土環(huán)境變遷的影響，得出了如下結(jié)論：
　　 (1)甘肅省景電灌區(qū)地處我國西北內(nèi)陸干旱區(qū)，灌區(qū)內(nèi)土地資源豐富、光熱條件充足，氣候干旱少雨，水資源極度匱乏，特殊的地理位置和氣候條件決定了水資源是該地區(qū)工農(nóng)業(yè)生

4、產(chǎn)的決定性要素，而灌區(qū)內(nèi)最大的水資源量來自于灌區(qū)引水灌溉，長期的人工灌溉引起了區(qū)域水土資源的變遷和水環(huán)境的演化，研究該區(qū)域的水鹽運移對局域水土資源的影響具有很好的代表性。
　　 (2)干旱區(qū)揚水灌溉對局域水土資源變遷的影響同時具有正面效應(yīng)和負(fù)面效應(yīng)。揚水灌區(qū)在通過電力揚水人工灌溉建起大面積的人工綠洲，改善了局地的生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)生活環(huán)境的同時，局域水鹽的演化和遷移同時伴隨著部分的土地次生鹽堿化和水土資源的退化等負(fù)面效應(yīng)。
　

5、　 (3)景電灌區(qū)的地表水和地下水的轉(zhuǎn)化具有明顯的特點，灌區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)過了跨區(qū)域引水—灌溉入滲—地下水—潛流運移或消散這樣大面積的集中轉(zhuǎn)化過程。灌溉水的入滲是地下水的主要補給源，占地下水補給量的75.9％，大氣降水補給僅占地下水總補給量的5.38％，潛流補給量占地下水補給量的15.3％；徑流補給量占地下水補給量的3.42％。
　　 (4)灌區(qū)實際的土壤水鹽在運移過程中，主要受灌溉入滲和土壤水蒸發(fā)兩種條件的影響，本文以入滲和蒸

6、發(fā)條件下的非飽和滲流理論為基礎(chǔ)，建立了飽和—非飽和土壤水的運動模型，同時建立了土壤溶質(zhì)運移的飽和—非飽和帶中水動力彌散方程以及灌區(qū)土壤溶質(zhì)彌散的水質(zhì)模型。
　　 (5)灌溉水在土壤入滲過程中受土壤結(jié)構(gòu)、灌水次數(shù)、灌水量等多個因素的影響，入滲過程復(fù)雜多變、土壤鹽分以灌溉入滲水為載體運移。在常年多次灌溉入滲的情況下，灌區(qū)表層耕地均出現(xiàn)脫鹽的趨勢和動態(tài)，這些鹽分隨灌溉水的入滲被逐漸轉(zhuǎn)化為潛水含鹽，并隨地下水的運動而不斷轉(zhuǎn)移。
　

7、　 (6)灌區(qū)內(nèi)封閉型的水文地質(zhì)單元水鹽運移具有徑流滯緩、水鹽積累的特點。一般從外圍向盆地中心逐漸形成了潛水交替相對流暢的灌溉入滲帶、溶質(zhì)遷移帶，并逐漸轉(zhuǎn)化為潛水交替遲緩的匯水聚鹽帶；各運移帶內(nèi)的地下水位變化隨灌溉階段不同呈規(guī)律性變化，灌溉入滲帶地下水位年內(nèi)的變化與灌溉高峰期(5-10月)一致，最大的變幅達(dá)3.6m，溶質(zhì)遷移帶變化趨勢與灌溉入滲帶呈滯后性的相似變化，年內(nèi)變化幅度為0.6～1.8m，匯水聚鹽帶的地下水位年內(nèi)變化不大。19

8、94-2008年的地下水監(jiān)測表明，在封閉型的水文地質(zhì)單元內(nèi)，各水鹽運移帶年際地下水位均呈逐年上升趨勢，匯水聚鹽帶的年際變化最明顯，灌區(qū)內(nèi)最大的地下水位上升高達(dá)22.6m，溶質(zhì)遷移帶地下水位的累計上升為5～8m。
　　 (7)灌區(qū)內(nèi)開敞型的水文地質(zhì)單元水鹽運移呈地下潛水徑流通暢、溶質(zhì)遷移滯緩的特點。開敞型的水文地質(zhì)單元也形成入滲徑流帶、溶質(zhì)遷移帶并逐漸向潛水排泄帶運移，其流向與地勢變化吻合，多年地下水位累計上升幅度為1.2～4.6

9、m，年內(nèi)地下水位隨灌溉水入滲量變化，變幅為0.5～2.6m。
　　 (8)開敞型水文地質(zhì)單元和封閉型水文地質(zhì)單元的地下水化學(xué)類型轉(zhuǎn)化演變過程有所不同。在灌溉水入滲帶和溶質(zhì)遷移帶的地下水水質(zhì)均從低礦化度的重硫酸鈣型水過渡到礦化度為2.1～5.2g/L的SO42--Cl--(K++Na+)-Ca2+或SO42--Cl--(K++Na+)-Mg2+型水，在封閉型水文地質(zhì)單元的匯水聚鹽區(qū)，地下水礦化度最高達(dá)273.15g/L，水化學(xué)類型

10、為Cl--SO42--(K++Na+)-Ca2+型水；開敞型的水文地質(zhì)單元的潛水排泄帶，地下水含鹽量受深層潛水水質(zhì)和灌溉入滲水含鹽量控制，其化學(xué)類型以為SO42--C1--Ca2+-(K++Na+)型水為主。
　　 (9)灌區(qū)的水鹽均衡計算表明，1994～2008年灌區(qū)年均引黃灌溉水量為3.89億m3，帶入灌區(qū)的年均總鹽量為1.556萬t；灌區(qū)內(nèi)的排水溝排出的水量由1978年的0.07億m3至2008年增高至0.237億m3，年

11、均帶走鹽量為1.68萬t，其排放量比引入量高出0.12萬t，灌區(qū)處于脫鹽進(jìn)程。從外向型轉(zhuǎn)化的水量構(gòu)成來看，渠道引水是灌區(qū)水量的主要來源，約占76.3％，其次為降雨帶來的水量，約占18.6％，其余僅占5.1％；在排除和消耗的水量中，農(nóng)林耗水所占的份額最大，約64.31％，次為荒地蒸發(fā)，占15.37％，排水溝和地下排水量，占13.37％，其余的僅占6.95％。
　　 (10)景電灌區(qū)的水鹽演化使灌區(qū)地下水儲存量每年約增加0.357億

12、m3，地下水水質(zhì)隨區(qū)域不同變化劇烈；灌區(qū)的水鹽運移同時影響著灌區(qū)內(nèi)的土地利用類型的時空轉(zhuǎn)化，其中水澆地與沙漠土地的相互變遷的比例為71.72％。另外，水鹽運移已造成次生鹽堿化土地0.67萬hm2，另有1.2萬hm2耕地存在著鹽堿化的威脅。區(qū)域景觀格局由原來的荒漠景觀逐步變遷為荒漠綠洲的景觀格局。
　　 以上研究成果有望為灌區(qū)的綜合治理規(guī)劃、土地資源的合理配置、水資源高效利用與保護(hù)、灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，為灌區(qū)管理部門制定有