交口灌区排水与渭河相互影响分析

2022-04-20张佳扬

陕西水利 2022年2期

张佳扬

（陕西省水力电力勘测设计研究院,陕西西安 710001）

不断增长的人口引发的粮食危机已经成为当今社会最为严峻的问题之一,因此必须投入耕地以满足食物的需求。据预测,世界人口将从今天64.5 亿增加到2025 年的78.5 亿,灌溉是最简洁的提高粮食产量的方法,到2025 年灌溉面积必须增加20%～30%才能满足人口的增长[1]。在灌溉过程中,农田中的土壤颗粒、化肥、农药等污染物随地表径流、农田排水、土壤渗透等进入水体,对地表水和地下水造成污染。目前,灌区排水引起的污染问题在全球十分普遍。

Bengtson等人研究表明：在密西西比河岸地区,设置排水设备是增长庄稼收成的一项根本措施,通过设置地下排水系统可以有效减少35%的平均地表径流、31%的土壤流失量、17%的N损失、31%的磷损失以及27%的钾损失[2]。Kanwar等人的研究表明：大湖区和美国考恩贝特地区承载着美国农业生产总值的80%,当设置排水设施时土壤会非常有生产力；而农田排水对这一地区的水质影响并主要表现在NO3--N和TP[3]。DL Thomas等人的研究也表明,灌溉区设置排水设施可以减少有机氮、有机磷在土壤中的损失,其中磷的损失可以通过低速灌溉、高速排水等措施降低[4]。

近年来,陕西省为了有效控制农业非点源污染,加大了植树造林工作并对农牧业进行了产业调整,但是以渭河为首水体污染并没有得到遏制,农业非点源污染仍是困扰可持续发展的难题。渭河横贯关中地区,是关中地区生产生活的水源地,交口抽渭灌区是陕西省大型粮食生产地,目前全灌区年均粮食总产45 万t,农业总产值14.4 亿元,交口灌区的水源取自于渭河,排水最终又排入渭河。据多年的监测资料显示,渭河的水质一直保持为V类和劣V类,这表明渭河已经丧失其原有水源功能,这种灌溉水质条件极大地影响了灌区农作物的生产,并且灌区作物生长所必须的农药、化肥等残留物也将会汇入排水渠道中流回渭河,对渭河水质又造成了影响。

因此,本文以渭河交口段为研究水体,对交口灌区的农业排水对渭河的水体水质的影响以及渭河水质对交口灌溉区灌溉用水水质影响进行调查分析,以期了解灌溉用水、农田排水以及受纳水体的相互影响规律。

1 灌区概况

1.1 地理位置

交口灌区位于渭河下游关中平原东部,是大型多级高扬程电力抽水灌溉工程,西起临潼石川河,东至大荔沙苑,南临渭河,北依蒲城卤泊滩,东西长48.6 km,南北宽31.9 km,灌溉着临渭、临潼、蒲城、富平、闫良、大荔六县（区）的7.98万hm2农田。地势北高南低,中部有较大的洼地固市[5]。

1.2 排水现状

交口灌区共布设总干渠1条,干渠4 条,共长93.46 km,渠首抽水流量37.0 m3/s～41.0 m3/s。同时建有排水干沟4条,长87.32 km,支沟55条,长324.36 km,分、毛沟529条,长660.65 km,形成直排、相排、西排、南排、东排、孝排六大排水系统,抽排流量31 m3/s,主体工程控制排水面积7.85×104hm2,分、毛沟配套面积4.81×104hm2,主要完成地下水埋深5 m以内的排水干支沟及排水站工程。其中具有代表性的并且常年排水的干沟为西排干沟和任排干沟。

2 灌区水质分析

2.1 监测结果

表1 水质监测数据单位：mg/L

2.2 监测结果分析

2.2.1 水质时空变化

在3月29日的采样中,灌区处于灌溉期,渭河在接受了任排干沟排水后表现为：矿化度、SS、COD、TN、NO3--N五项指标出现峰值后恢复到初始值附近,各指标在接受了西排干沟排水后无明显变化,这表明任排干沟排水对渭河水质造成了不利的影响,使得渭河任排干沟下游河段出现更加严重的有机物污染、溶解氧降低水体自净能力进一步减弱,但是各项指标在较短的距离内又恢复到渭河原有水平,任排干沟排水未超过渭河的水环境容量,而西排干沟对渭河影响较小；渭河河水在经过泵站、灌溉渠道、进入农田、渗入地下水、进入西排干沟最终排入渭河这一变化过程中矿化度、COD、TN、NO3--N均在西排干沟中出现峰值,经过调查发现其原因是西排干沟上游土地盐碱化程度较高并且固市镇大什村部分居民和企业向西排干沟排放污水；渭河河水在经过泵站、灌溉渠道、进入农田、渗入地下水、进入东二支沟（或者以明水为最终表现形式）、进入任排干沟最终排入渭河这一变化过程中矿化度、COD、TN、NO3--N、SS均在东二支沟或者任排干沟附近出现峰值,经过调查发现其原因是东二支沟附近土地地势较低地下水位较高,盐碱化灾害很重,排水干沟护坡多处破损水土流失情况严重,并且东二支沟有企业在偷排工业废水。

在灌溉期4月15日另一次取样分析中,渭河在接受了西排干沟以及任排干沟排水后水质变化情况基本与3月28日的相同,不同之处为渭河在接受了任排干沟排水后矿化度、SS、COD、TN、NO3--N五项指标均出现不同程度的降低,经过调查发现,渭河交口灌区上游部分工业企业在周末存在偷排现象而使得渭河水质变差,任排干沟排水使得污染稀释；渭河河水经过泵站最终被西排干沟和任排干沟排出的过程水质变化规律与3月28日的基本相同。

在5月17日的采样中,灌区处于非灌溉期,未从渭河进行抽水,渭河在接受了任排干沟排水后表现与3月29日变化规律基本相同。渭河在接受了西排干沟排水后表现为：矿化度、COD、TN三项指标均表现为先出现回落后恢复到正常；SS出现峰值后恢复到正常；NO3--N逐渐升高；而TP与DP这两项指标在接受西排干沟与任排干沟排水后无明显变化,这表明任排干沟排水对渭河水质造成了一定的影响,使得渭河污染得到一定的稀释与中和,经过调查发现原因为在西排干沟排污的企业排出的工业废水与渭河原有污染物发生生化反应。

2.2.2 每个监测点在灌溉期与非灌溉期的水质变化

在西排干沟的两个监测点表现为矿化度、TN、NO3--N、DP和TP五项指标在灌溉期明显高于非灌溉期,而COD和SS这两项指标在灌溉期低于非灌溉期,说明在灌溉期的灌溉过程导致土壤中的盐类大量进入地下水而地下水位较高的地区便会将地下水排入西排干沟导致矿化度、TN、NO3--N、DP和TP五项指标增高,而COD与SS这两项指标则由于这部分增加地下水的排入而得到稀释因此比非灌溉期所表现的低。

任排干沟的几个监测点在灌溉期与非灌溉期各项指标所表现的情况与西排干沟的基本一致,也表现为矿化度、TN、NO3--N、DP和TP五项指标在灌溉期明显高于非灌溉期,但COD与SS这两项指标在灌溉期与非灌溉期无明显差距,这是由于任排干沟主要流经交口灌区的低洼地带,这部分地区的地下水水质盐碱化程度较高但是受有机物污染程度不高,而在任排干沟排水中,这部分地区的排水占主要地位。

而对比渭河上的几个监测点在灌溉期与非灌溉期的各项指标,并没有表现出明显的规律性,这表明了无论交口灌区处于灌溉期还是非灌溉期,决定渭河水质的主要影响因子并不是灌区排水,而是渭河上游河段的本底值。