疏勒河灌区盐渍土分布及影响研究

张发荣，惠 磊

(1.甘肃省疏勒河流域水资源利用中心，甘肃 玉门 735211；2.酒泉市党河流域水资源管理局，甘肃 敦煌 736200)

1 研究区概况

疏勒河灌区位于甘肃省河西走廊西端，疏勒河中下游地区，为一狭长地形。灌区由昌马、双塔和花海3个子灌区组成，供水服务范围包括酒泉市下辖22个乡镇和6个国营农场，总灌溉面积156.7万亩[1]。灌区气候类型为典型的内陆干旱性气候，降雨稀少，蒸发量大，冬冷夏热，昼夜温差大。多年平均降水量约60mm，年蒸发量在2500mm以上。灌区地表水资源总量为10.66亿m3，与地表水不重复的地下水资源量为0.73亿m3，水资源总量为11.39亿m3，单位面积水资源量仅为全国平均水平的1/12，水资源量稀少而弥足珍贵。一直以来，疏勒河是滋养玉门、瓜州和敦煌绿洲的唯一水源，十分珍贵的水资源是区域内人民生产生活、经济社会发展、生态环境建设无法替代的根本保障。

昌马灌区位于河西走廊西端的疏勒河中游，总体地势南高北低，东高西低，海拔高程1300～1400m。灌区为一完整的盆地，灌溉面积79.11万亩。盆地内地形开阔、平坦，昌马洪积扇戈壁砾石平原坡降为10‰～15‰，细土平原坡降3‰～5‰，疏勒河沿砾石倾斜平原东部边缘自南而北流入细土平原，在饮马农场西北侧折向西流入双塔水库。

双塔灌区位于疏勒河下游的瓜州盆地，为一东窄西宽的楔形冲湖积平原。整个地势东高西低，南高北低，海拔高程1100～1250m，灌溉面积57.46万亩。区域地貌可分为低山丘陵区及盆地平原区，灌区所属的干渠、支渠等建筑物均处在瓜州盆地平原区中的冲洪积微倾斜平原与冲湖积细土平原区内。

花海灌区位于石油河下游的花海盆地，灌溉面积20.13万亩。花海盆地地属河西走廊北盆地系列的花海鼎新盆地，其南北两侧为低山丘陵。盆地内地势南高北低，西高东低，海拨高程在1425～1210m之间。

疏勒河干流发源于祁连山西段的讨勒南山与疏勒南山之间，河流自东南流向西北，通过高山积雪、冰川融水及山区降水的汇入形成昌马河。过昌马峡后进入走廊平地，河道呈放射状，水流大量渗漏成为潜流，至冲积扇前缘出露形成(头道沟～十道沟)10道沟泉水河，诸河北流至布隆吉汇合为疏勒河。疏勒河花儿地以上流域面积6415km2，是该河流径流的主要补给区，而昌马堡下游大量河水被用于农业灌溉成为河水主耗区。

2 灌区土壤盐渍化程度及分布

2.1 灌区盐渍土的类型及盐渍化程度

根据盐渍土的分类标准和类型[2- 3]，盐渍土分类及类型划分标准见表1—2。

表1 盐渍土分类

表2 盐渍土类型

2.2 盐渍化土壤的分布

根据以往研究资料，盐渍土的类型及盐渍化程度以植物根系主要活动层或耕植层(一般0～20cm或30cm)的含盐量为准[4- 5]。通过对研究区域内不同渠道实地取样研究，得出不同地点盐渍土相关指标见表3。

表3 盐渍土相关指标

由表可知，研究区域内盐渍土含钠盐、钾盐、氯盐、硫酸盐等物质。不同渠道钠盐和钾盐总含量均小于氯盐，同时大部分渠道钠盐和钾盐总含量小于硫酸盐含量，说明研究区域内盐渍土以氯盐渍土和硫酸盐渍土为主，其中西干六支渠和北干四支渠盐渍化程度最严重。

2.3 盐分在垂向剖面上的分布

根据土样易溶盐分析试验结果，研究区内盐渍土盐分在垂直剖面上的变化规律如下。

研究区域内，绝大部分含盐量呈现为上部土层含盐量大于下部土层含盐量数倍，盐分主要聚集于地面向下30cm范围内且积盐较重，在地面向下60cm的范围内，通常含盐量均高于1%，而少部分地表微积盐。由此可知，土壤盐分在剖面上的分布，主要呈现为表层30cm范围内积聚现象，土壤表层盐分远大于下部盐分，60cm以下盐分较小，且趋于一定值。

2.4 盐渍土的

盐渍土变化的研究发现，玉踏盆地从20世纪70年代到90年代盐渍土面积呈逐年增大的状态，主要体现为湿地萎缩转化为盐渍土地、灌区农田大面积盐渍化以及大片盐渍地转化为盐渍沙地等。

近年来，由于气候变化造成流域水资源极度匮乏，引水灌溉面积不断扩大，土壤盐碱化持续加重，同时人类活动和水利工程的建设改变了原有流域下垫面状态，引起较大的环境结构变化，进一步加重土壤盐渍化程度，使盐渍土地面积逐年扩大，因此不利于生态环境持续向好发展。

3 盐渍土对水利工程设施的影响

3.1 盐胀的影响

盐渍土中大量的硫酸盐是引起盐胀病害的主要原因[7]。通过前面分析可知荒地系统盐渍土类型主要为亚硫酸盐渍土，当温度发生变化时，土中所含的硫酸钠会形成结晶，使土壤体积增大，造成土体膨胀，从而使混凝土局部不平鼓起开裂；同时在地形地势的影响下，疏勒河流域昼夜温差大，这又使得盐胀作用反复进行，从而破坏了土体完整性，造成混凝土地基表层疏松多孔，加剧水利工程设施风蚀破坏，输水渠破坏如图1所示。

图1 盐胀破坏

3.2 冻胀的影响

一般标准冻土深度以上土层在冬季发生冻结，当下部水分到达临界冻结深度时发生冻结，土层体积增大，反复作用形成冰冻层，上部土层和混凝土结构在下部冰冻层的影响下产生破坏，即冻胀[8- 10]。河西地区冬季寒冷多风，地表相对干燥，这个季节是发生混凝土冻胀病害最严重的季节。研究区域内发生冻胀病害的主要原因分2种，一是地下水位埋深浅，地基土常年处于饱和状态，含水量大于25%，冻胀等级为Ⅳ级强冻胀，主要涉及渠道为西干五分干渠、北干一分干渠、北干渠四支渠及北干渠五支渠共4条渠道；其二是渠水外渗引起的冻胀，主要涉及除上述四条渠道外的其他渠道。一般情况下，渠道阴坡面较阳坡面冻胀严重，局部渠段阳坡面也有冻胀破坏，渠底较渠坡的冻胀破坏严重，如图2所示为地下水位浅引起的冻胀破坏。

图2 冻胀破坏

3.3 翻浆的影响

翻浆破坏的发生主要在春季。随着气温上升，表层逐渐解冻，渠道等水利设施表层首先融化，而下部土体融化速度慢，表层中冻结的水分熔化后不能迅速下渗，从而使表层含水量超过液限，在过水等振动荷载的作用下，渠道破损处就出现翻浆现象[11]。同时春季解冻时盐渍土体中受部分盐分的影响，水分蒸发缓慢而土土体长期处于潮湿饱和状态，进一步加重了翻浆破坏的发生，如图3所示为渠道翻浆破坏。

图3 翻浆破坏

3.4 腐蚀的影响

盐渍土对水利工程常用的钢筋混凝土和石料等建筑材料均具有不同程度的侵蚀和腐蚀作用[12]。盐渍土中硫酸盐主要与混凝土中的水化产物发生化学反应生成石膏和钙钒石，使混凝土体积膨胀开裂，过饱和的硫酸盐溶液结晶还会产生一定的破坏应力。氯盐对水利设施的破坏主要是腐蚀，在与铁元素发生反应后生成氯化亚铁，这种氯离子与铁离子的结合物极不稳定，在有氧的条件下铁离子与氧结合形成氧化物(铁锈)，而氯离子重新离解出来再度参与反应，这样使铁的腐蚀速度加快。当盐渍土中同时含有以上2种盐时，腐蚀破坏程度加剧，如图4所示为水利工程腐蚀破坏。

图4 腐蚀破坏

3.5 淤积的影响

淤积物的来源主要有渠水带来的泥沙、挖方段两侧边坡雨水冲刷导致松动土体入渠、渠道清淤后将淤积物在渠道两侧近距离且陡坡度堆积，导致淤积物重新入渠；穿村庄段生活及建筑垃圾入渠。淤积问题一般在分干渠、支渠渠道较严重，旧总干渠、西干渠较轻微，如图5所示为淤积破坏。

图5 淤积破坏

4 结语

西北干旱少雨，降雨时空分布极不均匀的现状使农业发展以灌溉为主。受灌溉方式、水质等因素的影响，灌区盐渍化日益凸显，对灌区水利工程设施的长期安全运行造成严重影响。疏勒河灌区承担着所辖区域内水资源的供应，而盐渍土对供水渠道等水利设施的破坏严重影响区域内农产品的增产增收和发展。灌区内盐渍土以亚氯酸和亚硫酸为主而碳酸含量较少，可能与供水水质、土壤自身特性以及地理位置有关[13]。本文研究了盐渍土的分布规律和破坏影响，但未进一步深入探讨解决措施。因此，加强盐渍土变化研究，探索应对措施，是今后水利工程健康运行研究的重点。