石津灌区灌溉对地下水影响试验研究

申佩佩，王龙强

（1.河北省水利科学研究院，石家庄 050057；2.河北省水利水电第二勘测设计研究院，石家庄 050021）

研究灌区灌溉水对地下水位及水质的影响，对于地下水资源的监测研究具有重要意义。 王树芳等［1］以北京南部灌区为例，选取了一眼主要受灌溉影响的观测井，通过对比分析地下水位的变化，得出了地下水位与冬小麦灌溉之间的密切关系； 王仕琴等［2］利用自动监测设备对华北平原39处浅层地下水位进行监测，叠加区域影响地下水宏观动态类型的各种因素，得到地下水动态影响因素综合分区图，阐明了大区域范围内不同类型地下水水位年内及多年动态变化的特点，比较了不同类型区地下水动态所受影响因素的不同；唐莉华等［3］采取点面结合方式对位山引黄灌区农业活动对地下水的污染情况进行研究分析，指出地下水中氮素逐年累积的主要原因可能是灌溉渗漏和排水进入地下水的农业施肥。

本文以石津灌区为例，分析了灌区在一次灌水前后连续过程中地下水位及地下水中的氮元素的变化，并提出措施来改善灌区的地下水环境。

1 试验研究

1.1 试验区概况及布置

石津灌区位于河北平原中南部，灌区耕地面积26.67万hm2，有效灌溉面积达16.67万hm2，灌区年平均降水量488mm，年平均蒸发量1100mm，属温带半干旱、半湿润季风气候，农作物主要种植玉米、小麦、棉花等。试验所研究区域位于石家庄，土壤质地为壤土。 试验追踪冬小麦灌水期间对地下水位及水质的影响。试验区小麦施肥次数为一年2次，分别为4月份和11月份，灌溉方式为畦灌。 试验选择其中一条斗渠，在斗渠的上、中、下游分别设有一眼观测井，观测井编号分别为1，2，3，追踪灌水前后连续一个月左右的地下水位、水质情况。

1.2 试验方法

地下水位水质观测于灌区灌水前3d开始进行，地下水位以相对高程进行分析，每天观测1次，在测量地下水位的同时取适量的地下水于事先准备好的矿泉水瓶中 （矿泉水瓶在试验室提前用蒸馏水冲洗并晾干），贴好标签，并进行密封、冷藏。 将取好的水送回试验室，并及时对地下水中的进行试验测量，分析灌区灌溉对地下水位及地下水质的影响［4］。

1.3 试验数据

灌区地下水的补给主要来自降水和农业灌溉，其中降水为不可控制因素，在灌区灌水期间，试验组对地下水位水质进行连续30d跟踪观测试验，其中灌水前后5d为每天连续观测，之后每隔5d进行1次观测，分析灌溉水对地下水位水质的影响情况。

观测数据为灌区3月份灌水期间的观测数据，为期34d，其中前5次观测数据为连续5d观测数据，第6次至第11次为每隔5d观测1次数据，地下水位随灌水前后的变化如图1。

图1 地下水位随灌水前后的变化

由图1 可看出，在灌水前后连续5d 内地下水位一直呈上升趋势，说明灌溉水中的部分水已经逐渐的渗透到地下水中，从而引起地下水位的上升；而第6 次地下水位出现了下降，这是由于观测井附近的地下水取用的原因，之后的地下水位呈上升变化趋势并逐渐趋于平缓。 相应的地下水质的变化情况如图2。

图2 地下水质随灌水前后的变化

在图2中，硝态氮的浓度随着灌溉水的上升先出现了下降情况，在之后观测中，由于灌溉水携带田间氮元素下渗，导致地下水位中的硝态氮浓度上升，之后由于地下水的取用等原因，硝态氮浓度又出现下降趋势并逐渐趋于平缓。

由图1，图2可看出，地下水位随着田间灌水前后受到相应变化，地下水质也产生了相应变化，大量文献资料表明： 田间灌水量的多少及施肥量的情况必然对地下水水位水质产生影响，虽然在田间试验中，试验数据显示硝态氮的浓度在灌水一段时间后，由于地下水的取用、补给等原因呈现出下降趋势，对地下水质并没有产生很大威胁，但长此以往，淋溶渗透到地下水中的硝态氮日积月累，必然会造成地下水中氮元素超标，引起地下水污染，而地下水位上升又会引起盐碱地的发生。

通过灌区的试验区布置，观测在一次灌水期间灌溉水对地下水位及水质的影响，地下水位及地下水质在一次灌水期间连续30d时间内呈现一定变化，地下水位出现逐渐上升趋势，由于地下水的取用出现下降之后逐渐趋于平缓，而相对应地下水中的硝态氮由于地下水补给浓度出现先下降后逐渐上升趋势，最后趋于平缓，虽然所测地下水中的硝态氮浓度并没有达到威胁地下水环境的程度，但地下水中的硝态氮浓度长期积累必然会引起水环境问题，灌区应通过建立优化灌溉制度等措施来减少硝态氮的淋溶损失。

2 结语

（1）灌区地下水中的硝态氮主要来源于氮肥的淋溶损失，硝态氮的淋溶损失严重威胁着灌区的水环境及灌区日常生活饮水安全。大面积地下水的硝酸盐污染去除主要是靠其自净能力，而对于局部地下水中的硝酸盐，可以借助工程措施进行去除。 近年来，浙江农林大学通过渗透反应墙（PRB）技术对地下水进行了修复试验［5］，沈阳大学对硅藻土负载纳米铁去除地下水中的硝酸盐氮污染进行了试验研究［6］，试验结果表明对地下水中硝态氮去除具有很好的效果。

（2）硝态氮的吸收、运移和淋溶均是溶解在水中进行的，而氮肥淋溶损失量的多少很大程度上受灌区灌水量和施肥量的影响，除了工程措施外，灌区可建立灌溉与施肥的优化体系，在灌水量与施肥量能够满足农作物的正常需求下，提高灌溉水有效利用系数，有效地减小地下水中硝态氮的淋溶损失量。对不同农作物的化肥、农药和有机肥的施用种类、施用量、施用时间和施用方法进行制度化管理，政府可鼓励生产和使用能够减少环境污染的化肥和有机肥，加强技术、政策和管理方面的制度和措施。