内蒙古河套灌区三湖河灌域井渠双灌试验与探讨

裴承忠， 陈爱萍，张作为，李 祯(.内蒙古河套灌区义长灌域管理局，内蒙古 五原 053；.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 0008)

近年来，由于黄河流域上游龙羊峡、刘家峡水库蓄水量减少，导致内蒙古引黄灌区春灌夏灌面临严峻形势，为应对更加严峻的新一轮水资源危机，灌区采取了打井提灌的应急抗旱措施，其中三湖河灌域部分地区甚至改引黄灌溉为井灌，导致该灌域新增轻型井22眼，组合井614眼，加上原有机电井443眼，共计1 079眼地下潜水开采井，井深为20～80 m，井灌面积0.58万hm2，占总面积的23%。且由于井灌运行成本低，加之运行方便，灌溉适时，使原有引黄灌区逐渐变为井渠双灌区，但由此带来的地下水埋深及水质变化是否会造成新的生态失衡还未有定论。虽然前人对灌区的水资源平衡进行了较深入的分析或评估[1-3]，或是基于该问题建立了地表水与地下水联合调度的水资源配置模型进行了较为理想的模型模拟[4]，但是对于井渠结合后会导致各方面如何变化的研究较少[5]，而基于水盐平衡下的水资源优化配置研究则几乎没有[6]。因此，研究三湖河灌域井渠双灌下的地下水位及水质变化对于该灌域的可持续发展具有非常现实的意义。

1 基本情况

1.1 地理情况

乌拉特灌域位于河套灌区最东部，西起总干渠四闸，东至包头郊区，西临黄河，北接义长灌域，总土地面积13.54万hm2，规划灌域面积10.86万hm2，现灌溉面积7.9万hm2。年引黄水量约4.75亿m3，年排水量约0.8亿m3，按地理位置及水文地质特征又划分为套内、三湖河2个分灌域。其中，三湖河灌域位于乌拉特灌域东南方向，西起西山阻的乌梁素海泄水渠，东至包头市郊区，北至乌拉山洪积扇，南以黄河为邻，系介于黄河及乌拉山之间的一东西狭长地带，其中南北宽5～10 km，东西长70 km，三湖河纵贯全境。

1.2 气候及水文地质条件

三湖河灌域气候条件与河套灌区基本一致，冬季严寒少雪，夏季高温干旱，无霜期短而封冻期长，为典型的大陆性气候。多年平均降雨量200 mm左右，且时空分布不均，70%集中在7-9月，多为暴雨，有效降雨量少，多年平均蒸发量达2 100 mm以上。地势条件为西北向东南倾斜，地面坡降1/7 000左右，地下水补给源主要是引黄灌溉、降水入渗及黄河侧渗，年补给量1.435亿m3，也有部分乌拉山侧向径流山洪水及裂隙水补给。乌拉山前地下水侧向补给是山前地带地下水主要补给来源，因山前冲积扇缘地下水埋深小，表层土壤颗粒粗，潜水蒸发强烈，加之三湖截渗，所以山前补给范围主要在三湖河以北，以南地区补给少，三湖河灌区南部离黄河较远，水力坡降低，黄河侧渗补给范围很小。

1.3 井渠结合基本情况

三湖河灌域总控制土地面积为 5.42 万hm2，其主河道三湖河干渠位于河套灌区总干渠的末梢，由总干渠第6节制闸取水，引黄灌溉。原引黄灌溉面积3万hm2，年用水量2.6亿m3。近年来，在灌域内先后出现了井灌及井渠双灌等多种灌水形式，致使引黄灌溉面积逐年减少至现在的 1.43万hm2，占原引黄灌溉总面积的 47.7%，引黄水量下降至1.25亿m3，而井渠双灌面积则逐年增加至0.47万hm2，占原引黄灌溉总面积的 15.7%，地下水开采量达到了352.5万m3。

此外，三湖河灌域地处乌拉山南麓的亚富水区，地下水除公庙子镇以西三应河头、兰虎圪堵一带为矿化度3～10 g/L的半咸水、咸水外，地下水大多为微咸水，大部分以小于3 g/L的CIHCO3-Na水为主，适宜灌溉，含水层由南向北增厚，但总的厚度较薄，由南部10～30 m，向北变为50～60 m，含水层底板除北部略深外，一般南部由于含水层薄，水量较小，单位涌水量多在6～10 m3/(h·m)，局部可达10～15 m3/(h·m)，北部单井出水量一般在30～60 m3/(h·m)。可采面积达2.8万hm2，年可采水量达1 600 万m3。由于含水层较薄，可采水量较低，故适宜采取“井渠双灌”。近年由于黄河来水量及分配水量较少，导致当地农民越来越多的采取打机井灌溉，使井渠结合灌溉逐渐盛行起来，这也有效地缓解了当地的用水矛盾。

2 三湖河灌域井渠结合后地下水埋深和水质变化

2.1 井渠双灌前后地下水埋深变化

灌域2010年前一直都是引黄灌溉，自从2010年开展井渠双灌后，井灌面积逐年增加，特别是2013年由于黄河来水量小，致使灌区大面积采取井灌，导致地下水位下降明显。以三湖河灌域公庙子镇巴287-1号和先锋乡巴311号地下水位观测井2010-2014年数据为例(见表1、表2)，分析井渠双灌前后地下水位动态变化。

表1 巴287-1号井地下水埋深 mTab.1 The groundwater depth of No. Ba 287-1 well

表2 巴311号井地下水埋深 mTab.2 The groundwater depth of No. Ba 311 well

注：2010年该井出现部分干井现象。

从表1可见，井渠双灌后的3 a内地下水位变化不大，直到2013年灌区大面积实施井灌后，地下水位下降非常显著，其中年均埋深较前3 a均值下降了32.69%，最大埋深下降了0.42 m，最小埋深下降了1.13 m，特别是将封冻前的地下水埋深降到了1.70 m以下，且从2014年数据可以看出，地下水埋深还呈下降趋势，这对抑制翌年春季返盐效果十分明显。由表2可知，巴311号井从井灌开始的当年就使地下水最大埋深达3.88 m，第2年达4.13m，分别较前2 a的均值增加了1和1.25 m，下降幅度分别达到了前2 a均值的34.72%和43.40%，但最小埋深、冰冻前埋深与年均埋深下降幅度分别仅为16.46%、-0.29%和6.39%，这是由于该井所处位置在实施井灌前地下水位就较低，导致采取井灌后总体波动不大所致。

从上述2表还可得知，在由黄灌到井渠双灌再到完全采取井灌的过程中，出现了地下水最大埋深均在出现在作物生长期的7月份的现象，而这会使作物根系层土壤在作物生长耗水期得不到地下水的有效补充，只有等待下一轮的灌水，从而使农作物处于一种“长期饥渴”后又“突然饱胀”的不均匀生长环境中，势必影响农作物的正常生长发育，进而影响其产量和品质。另外，由表1、表2可知，在由黄灌到井渠双灌再到完全采取井灌的过程中各井最大埋深与最小埋深均出现快速下降，出现了形成地下漏斗的前兆，其中巴287-1号井2014年的最大埋深与最小埋深分别较2011年增加了237.50%和25.86%，巴311号井2014年的最大埋深与最小埋深分别较2011年增加了36.75%和25.86%，因此，如果大量长期的使用和发展井灌，不进行引黄灌溉，地下水资源得不到有效补充，或者是开采多补充少，地下水资源的平衡关系势必被打破，形成降落漏斗，不但农作物受害，严重威胁当地居民的生产生活，进而危及该地区的生态环境。可见，虽然地下水位的下降有利于降低盐渍化危害成度，但粮食和生态的安全也不容忽视。

2.2 井渠双灌前后地下水水质变化

对于盐渍化灌区，地下水水质的好坏直接决定了引黄灌区能否改为井渠双灌区的问题。为此，仍以三湖河灌域公庙子镇巴287-1号和先锋乡巴311号井为例(见图1、图2)，分析黄灌区改为井灌区后的地下水水质变化。

图1 巴287-1号井2011-2014年地下水矿化度Fig.1 The groundwater mineralization of No. Ba 287-1 well in the years 2011-2014

图2 巴311号井2011-2014年地下水矿化度Fig.2 The groundwater mineralization of No. Ba 311 well in the years 2011-2014

由图1、图2可见，较实施井渠双灌的2011-2012年，实施井灌的2013年和2014年年均地下水矿化度较井渠双灌时分别下降了8.70%～19.09%和14.56%～32.48%，较引黄灌溉时三湖河灌域的平均地下水矿化度2.62 g/L下降了39.31%～49.62%，也就是说在实施井灌及井渠双灌过程中降低了地下水位，同时也降低了地下水的矿化度。另外，图1、图2中还显示了一个特点，实施井灌前地下水矿化度是灌溉期高于封冻期，井灌后的情况正好相反，表现出封冻期高于灌溉期。这是因为：一是黄灌用水量(975 m3/hm2)大于井灌用水量(750 m3/hm2)20%以上，其中一部分水满足作物需求，另一部分用于淋洗土壤盐分，带着土壤可溶盐分渗漏补给了地下水，抬升了地下水位，增加了地下水中的含盐量，这一过程使根系层土壤脱盐，地下水中积盐，这对作物生长是有利的；二是井灌抽取地下水将部分盐分带至地表储蓄土壤中，而井灌灌水定额小没有多余的水淋洗盐份，或者很少，它在灌水过程中形成了根系层土壤积盐，地下水中含盐较稳定的相反情况，而这对土壤及农作物生长是有害的。

另外，即使井灌所采水源为淡水，其含盐量也远大于黄河水含盐量(井水含盐量约为2 600 mg/L，黄河水含盐量约为500 mg/L)，土壤积盐、硬化、板结的风险依然很大。

3 讨论与结论

井灌有其优点。首先，可以缓减黄河来水时空分布不均的缺点，在灌溉期引黄水量不足时进行补充，缓解用水矛盾。其次可以降低地下水位，避免春季潮塌返盐。另外井渠结合，有利于有效控制地下水位，以井代排，起到防治盐碱化发生和发展的作用。

但井灌也有缺陷。首先，井灌会使根系层土壤积盐加重。其次，大量开采地下水，会导致地下水位下降过大(埋深超过4 m)，对农作物生长不利。再则超采地下水而又得不到及时足量的补充，会破坏地下水资源的平衡关系，最终导致水资源枯竭危及地区生态环境。

因此，我们可以总结出如下主要结论。

(1)发展井渠双灌一定要经科学论证，合理规划。绝不能盲目扩大范围，增加机井数量，以免造成地下水开采过多而形成地下漏斗，威胁当地生态与粮食安全。

(2)井灌与黄灌必须紧密配合，互为补充。最好是用水高峰期用井灌，其余时期用黄灌，或者一轮井灌一轮黄灌交替进行。

(3)井渠双灌有利于降低地下水埋深，控制地下水矿化度，改善作物生长环境，但要根据水资源总量科学合理的确定开采总量，避免破坏当地的水资源平衡，以确保当地井渠双灌模式的可持续发展。

4 建 议

尽管引黄灌区下的井渠双灌对水资源的合理配置较为复杂，特别是涉及盐渍化灌区时，还涉及水盐平衡问题，但是通过水盐平衡分析及各类耗用水间的密切关系研究，还是有一定的规律可循，通过分析总结出如下建议。

(1)建立统一的水资源调配体系，统一管理。在实际工作中增强可操作性，不论井灌还是黄灌都要按计划、按比例灌水，不能各自为政。

(2)在灌溉区和井渠双灌区全面推行滴灌。

(3)秋浇储水一定要用黄灌。既要发挥黄灌淋洗盐分的作用，又能及时补充地下水，为来年春播储备适宜墒情。

(4)增加科研投入，加强井灌区的水资源环境、生态环境监测及研究工作，建立健全的地下水动态监测 网，为地下水资源的研究和开发提供长期有效的实时资料。

(5)尽快出台井灌区水费征收标准，对井灌区开征水费。

[1] 雷志栋,苏立宁,杨诗秀,等. 青铜峡灌区水土资源平衡分析的探讨[J]. 水利学报,2002,(6):9-14.

[2] 吉喜斌,康尔泗,赵文智,等. 黑河中游典型灌区水资源供需平衡及其安全评估[J]. 中国农业科学,2005,38(5):974-982.

[3] 张金萍,郭兵托,侯红雨,等. 宁夏引黄灌区水平衡机制研究[J]. 中国农村水利水电,2010,(12):38-41.

[4] 付银环,郭 萍,方世奇,等. 基于两阶段随机规划方法的灌区水资源优化配置[J]. 农业工程学报,2014,30(5):73-81.

[5] 岳伟丽. 河南省引黄灌区井渠结合水资源优化配置研究[J]. 河南科技学院学报(自然科学版),2006,34(2):25-28.

[6] 钟瑞森,杨鹏年,董新光,等. 基于区域水盐平衡的阿瓦提灌区水土资源优化配置研究[J].干旱区资源与环境,2010,24(4):167-173.