渠道衬砌对农田水土环境的影响研究以隆胜节水示范区为例----

马璐瑶，丁雪华，杨树青，马金慧，韩文光(.内蒙古农业大学，呼和浩特 0008；.内蒙古民族大学，内蒙古 通辽 08000；.永济灌域管理局试验站，内蒙古 巴彦淖尔 05000)

随着黄河水资源的日益紧缺和沿黄各地用水量的逐年增加，灌区灌溉引水的严重不足已成为灌区农业进一步发展的最大潜在威胁。严峻的水资源形势和灌区发展的需要使节水灌溉成为河套现代农业发展的关键，走节水灌溉的路子是内蒙古河套农业再造辉煌的历史选择和希望所在。自20世纪90 年代以来，各灌区大力推行渠道衬砌工程，1998 年自治区推荐水利部将内蒙古河套灌区列入大型灌区节水改造项目，并确立了隆胜节水示范工程建设项目[1]。

1 研究区概况及研究方法

1.1 试验区概况

隆胜节水示范区位于河套灌区中部的临河市隆胜乡永刚分干渠灌域，地处东经107°27′～107°32′，北纬 40°49′～40°54′，包括西济支渠和东济支渠2个支渠流域，控制面积6 333 hm2，规划设计灌溉面积4 867 hm2，其中西济灌域2867 hm2，东济灌域 2 000 hm2。隆胜节水示范工程于1998年12月开工，至2002年7月底完成了全部建设任务，共衬砌支斗农渠119条，建设井灌区73.33 hm2，打机电井14眼，埋设低压管道3.5 km。工程总计完成投资2 580 万元[2,3](见图1)。

图1 示范区观测井和土壤取样点布置图

1.2 试验内容与方法

本论文以西济支渠为典型渠，对节水改造前1999-2002年及节水改造后2003-2005年监测数据的分析，分析渠道衬砌前后地下水埋深、灌溉水量、土壤盐分、灌溉水利用系数的变化情况，探讨各指标对农田水土环境的影响，为制定农田水土环境可持续发展的节水改造措施提供理论基础[4,5]。

2 结果分析

2.1 渠道衬砌对地下水埋深的影响

本次分析选取有长系列观测资料的1～8号井对地下水埋深动态变化进行分析，表1为1～8号井年平均地下水埋深。将支渠控制灌域按上、中、下游划分成3个片区，即3、4号为上游地下水观测井，2、5、8号为中游地下水观测井，1、6、7号为下游地下水观测井，不同片区地下水埋深见图2。从图2可以看出，2002年以前地下水埋深持续上升，其中上游上升0.4 m、中游上升0.64 m、下游上升0.57 m。渠道衬砌后(2002年后)，从变化趋势看，不同片区地下水埋深相差幅度增大，至2005年，上游地下水下降0.04 m、中游下降0.37 m、下游下降0.56 m，上下游地下水埋深差距在0.76 m。从分析结果可以看出，渠道衬砌对区域内地下水埋深有一定影响。

表1 历年灌区地下水埋深 m

图2 灌区不同片区地下水埋深变化

图3为渠道衬砌前和衬砌后不同片区地下水埋深年内平均变化情况，从图3可以看出，地下水埋深年内变化幅度较大，总体变化可分为9月中旬秋浇补给地下水，地下水埋深上升，10月下旬气温下降，土壤冻结，地下水埋深下降，3月中旬土壤冻结层解冻，土壤水补给地下水，地下水埋深回升，5月至9月上旬作物生长，在灌溉和作物需水情况下，地下水埋深波动变化，总体呈下降趋势。综上所述，区域内地下水埋深总体变化不大，但地下水埋深分布发生变化，原因是渠道衬砌后，提高了渠系水利用系数，减少了渠道渗漏损失，但灌区引水量并未随之减少，而是依据来水量丰增枯减。渠道衬砌前后，中游无明显变化；上游亩均灌水定额不减反增，灌溉管理制度尚需优化；下游地下水埋深下降显著。

图3 灌区节水改造前后地下水埋深年内变化

图4为下游片区节水改造后地下水埋深变化图，由图4可看出，节水改造后下游地下水埋深下降明显，生育期内渠道衬砌后地下水埋深下降了0.32 m。主要原因一方面是渠道衬砌减少了渠道渗漏损失，另一方面是下游灌水不充足，不能满足灌溉需求。

图4 灌区节水改造前后下游地下水埋深年内变化

图5为灌区平均地下水埋深与引水量的关系图，由图5显示，地下水埋深与灌溉引水量呈正相关，呈y=1.789×10-6X2+0.005X-3.169(R2=0.988)关系曲线，由函数关系分析计算，在灌溉引水量为1 645 万m3时，研究区地下水埋深为1.68 m[6]。

图5 灌溉引水量与地下水埋深关系图

2.2 渠道衬砌对土壤盐分的影响

图6为渠道衬砌前后土壤盐分变化情况，从图6可以看出，渠道衬砌后土壤盐分总体有所下降，但未呈现明显变化趋势，而土壤盐分与地下水埋深呈现规律性变化，地下水埋深在1.6～1.8 m时，土壤盐分较小，大于或小于此值，土壤盐分均增加。

图7为衬砌后土壤盐分随时间及空间变化，地面下20 cm土壤盐分较大，且变化幅度较大，总体来看，夏灌中的土壤盐分较高，秋浇后土壤盐分较小，秋浇对蓄水保墒、洗盐、防治病虫害、调节次年春灌压力，消灭虫蛹，改善土壤结构，提高农作物产量有明显的作用[7]。

图6 夏灌前和封冻前土壤盐分

图7 渠道衬砌后土壤盐分变化情况

从片区来看，上游和下游土壤含盐量较高，中游含盐量较低，分析其形成原因，上游地下水埋深浅，蒸发强烈，水走盐留，下游由于灌溉季节来水水量不足或不及时，加之地势较低，含盐量较高。节水改造后表层土壤盐分总体有上升趋势，表层40 cm以下土壤盐分变化不明显。

2.3 渠道衬砌对农田灌溉水利用系数的影响

农田灌溉水利用系数是综合反映灌区灌溉用水有效利用程度的一个重要指标，可综合反映灌区灌溉工程状况、用水管理水平、灌溉技术水平。表2为灌区灌溉水利用系数变化情况，从表可以看出，渠道衬砌后支渠灌溉水利用系数提高了13.25%、斗渠提高了11.85%、农渠提高了7.26%，灌区灌溉水利用系数提高了28.6%，渠道衬砌随渠道级别变化，支渠最明显，农渠增幅最小，按渠道衬砌前引水量计算，渠道衬砌后具有535 万m3的节水潜力，亩均灌溉水量由435 m3减少为310 m3，用水量的减少，有效控制地下水位上升，对防治土壤盐碱化具有重要作用，但目前虽然渠道衬砌后，渠系水利用系数提高，但田间管理措施不足，田间水利用系数还有待提高。

表2 灌区灌溉水利用系数变化

3 结 语

通过对历史数据分析，渠道衬砌后，节水效益不显著，主要因为灌区配水制度及灌溉制度未变化，灌区地下水位与灌区引水量呈正相关，为保证作物生长及防止土壤盐碱化，灌溉季节应控制在1.6～1.8 m之间。因此控制永济干渠西济支渠灌区引水量为1 645～1 850 万m3。渠道衬砌后，灌溉水利用系数由0.482提高到了0.676，具有535 万m3的节水潜力。为灌区持续发展，在灌区上游及下游适宜开展井区结合灌溉，控制地下水位。

[1] 杨玉成,赵贵成.河套灌区隆胜节水示范工程建设总结[J].内蒙古水利，2001,83(2):19-21.

[2] 夏玉红,赵培清,陈智渊. 内蒙古河套灌区隆胜节水农业示范区水盐动态分析[J].中国农村水利水电，2011,(5):95-100.

[3] 赵培清,赵贵成,敖 静,等.隆胜节水示范区工程改造后对环境变化的初步探析[J].内蒙古水利，2001,83(2):26-28.

[4] 马金慧,杨树青,张武军,等.河套灌区节水改造对地下水环境的影响[J].人民黄河，2011,33(1):68-69.

[5] 张志杰,杨树青,史海滨,等.内蒙古河套灌区灌溉入渗对地下水的补给规律及补给系数[J].农业工程学报，2011,27(3):61-66.

[6] 郝芳华，孙铭泽，张 璇,等.河套灌区土壤水和地下水动态变化及水平衡研究[J].环境科学学报，2013,(3):21-25.

[7] 管孝艳,高占义,王少丽,等.河套灌区秋浇定额对农田土壤盐分淋失的影响[C]∥ 现代节水高效农业与生态灌区建设，2010:463-469.