环塔里木西侧盐渍土分布特征的比较研究及其成因分析

2022-09-06璩继立帕坦木汗阿卜力米提刘红梅宁作君

喀什大学学报 2022年3期

璩继立，帕坦木汗·阿卜力米提，刘红梅,宁作君

（喀什大学土木工程学院，新疆喀什 844000）

0 引言

盐渍土最大的工程危害性来自其盐胀和融陷特性，随着“一带一路”建设的推进，南疆环塔里木西缘，尤其是作为西部经济特区的喀什地区大规模的基础设施建设，盐渍土的工程危害性越来越不能忽视.南疆位于我国新疆维吾尔自治区南部，三面环山，一面朝向盆地.南边为喀喇昆仑山，西边为帕米尔高原，北边为天山南麓，东边为广袤的塔克拉玛干沙漠.特殊的地理位置造就了喀什地区特有的广泛盐渍土分布.该地区气候炎热、干旱、少雨，但地下水和地表水比较丰富，其补给来源主要靠附近高山上的积雪融化.雪融水穿过岩石裂隙带走矿化离子使流水的矿化度增加.在山前冲洪积扇的地下水溢出带以上主要为地下水补给河水，进入平原地区则主要为河水补给地下水.此外，长期的人类经济活动如农业灌溉、畜牧业、大规模垦荒也对该地区土壤的含盐量产生重要的影响.环塔里木边缘冲积平原由第四纪以来的河流冲积以及洪积物组成，随高程由高到低其颗粒大小从粗、中、细到粉的过度.在垂直分布上，表层0～0.5 m为强氯盐渍土，中部为硫酸盐或亚硫酸盐盐渍土，4 m 以下为中到弱亚氯盐渍土[1].但是在不同的地区其含盐量也有所不同.其原因就在于其所处的地理位置和环境.杨保存等[1]研究了南疆阿克苏、图木舒克以及库尔勒地区盐渍土的工程性质，认为南疆盐渍土分布具有较明显的区域分异性，盐分组成及含盐量具有很大的差异.高建平等[2]研究了新疆喀什疏勒县林场0.2～20 m 深度范围内的盐渍土的特征，认为其上部主要分布的是强氯盐渍土.张晓宇[3]研究了喀什至和田铁路盐渍土的类型及成因，认为该地区主要以中、强硫酸盐为主，其成因不仅与地形、气候、岩性和水文地质条件有关，还与绿洲农田区大量灌溉有关.柴学平等[4]对南疆塔里木盆地西侧阿克苏、克孜勒苏克尔克孜自治州、喀什、和田四个地区的盐渍土成分进行分析，认为塔里木盆地的盐渍土组分分布在数百公里的范围内具有较高的一致性，阴离子以Cl-为主，阳离子以Na+和K+为主.此外，木合塔尔·吐尔洪等[5]、谢蕴华[6]、田秋林[7]、包卫星[8]、张宇[9]、塔吉姑丽[10]等人也对南疆塔里木盆地西侧盐渍土进行了多方面的特征分析.这些研究虽然对南疆地区盐渍土的空间分布、垂直分布、组成、类型、迁移等规律进行了研究，但对不同地区盐渍土分布特征的成因分析略显不足.本文试图从水文地质和人类活动两个方面对南疆地区盐渍土分布的差异性进行探索.本研究对该地区基础设施建设项目的选址、勘察、设计和施工将具有重要意义.

1 研究数据来源及处理

本文所用研究数据来自公开发表的十多篇论文及其所载数据.其中主要数据来源于文献[1-5].在阅读了大量的相关文献基础上，对获得数据进行处理，包括平均、统计、内插、化学计量数据换算、拟合、结合实际的数学预测与推测、水文地质计算、地质地形推测与计算、降雨量特征、河水与湖泊的含盐量分布与迁移、人工灌溉与抽排水影响等.对于重复的数据只用其中一个，对于缺失的数据，要么直接空缺，要么在合理的范围内进行推测，若只有平均值则取平均值，若既有平均值又有标准值的取标准值，对于用不到的数据直接舍弃.如有些文献只提供了Cl-、SO42-、Na+、K+等离子的含量，并未提供含盐量，这时可用摩尔与质量相互关系及Cl-与Na+的结合比，推算出近似的含盐量等.由于本文只统计0～20 cm 深度的指标，对于只有0～1 m 深度的指标，采用加权平均计算等.盐渍土类型与含盐量的分析与确定依据是《公路路基设计规范JTG D30-2015》.所用地形图及河流走向为我国公开发行的文献.

2 结果与分析

因各地实验结果中阴离子HCO-,含量相对于Cl-和的含量很低，基本上差一个数量级，且盐渍土定名中并不涉及这些指标，因而本分析中将其忽略不计.阳离子K+,Ca2+,Mg2-的含量相对于阳离子Na+也很低，基本上也是至少低一个数量级，且在盐渍土定名中并不涉及这些指标，故在分析中只考虑主要阴离子Cl-,和主要阳离子Na+（指标换算时使用）.而且根据我国《公路路基设计规范JTG D30-2015》只要知道盐渍土的含盐量和的比值，即可确定盐渍土的强弱和分类.所以本文中数据主要集中于含盐量，的比值.

2.1 盐渍土划分标准

根据我国国标《公路路基设计规范JTGD30-2015》盐渍土可根据含盐性质和盐渍化程度按下列表1 和表2 进行分类.表1[11]中，根据国标《土的工程分类标准GB/T 50145-2007》,细粒土是指粗粒组含量不大于25%的土.而粗粒土是指试样中粗粒组含量大于50%的土.如对于氯盐渍土及亚氯盐渍土,若含盐量为5.0～8.0 之间，则定名为强盐渍土;但是，对于硫酸盐渍土及亚硫酸盐渍土，含盐量仅在2.0～5.0之间时就可定名为强盐渍土.

表2[11]中，按的比值，进行性质划分.如：当的比值大于2时，定名为氯盐渍土;当的比值为1～2时，则定名为亚氯盐渍土.

表2 盐渍土按含盐性质分类标准

2.2 各地盐渍土含盐量

图1 为环塔里木盆地西侧各地盐渍土含盐量测试结果[1-5].喀和铁路A 表示取样位置位于喀和铁路DK11+314-DK15+553 段，喀和铁路B 表示取样位置位于喀和铁路DK84+000-DK888+500 段，阿克苏表示取样位置位于S207 线K78+800-K79+500 段内.其他地名表示取样位置位于该市范围内.该图中数值表示多个样本或多处样本的平均值.纵坐标表示质量含盐量，横坐标表示测点所在地区.从图1中可以看出，除了库尔勒地区以外，其余地区含盐量均在3%以上.根据表1 盐渍化程度划分标准，无论是氯盐或硫酸盐，除库尔勒以外均应划分为中盐渍土以上.其中，喀和铁路B 取样点深度0～20 cm 范围内试样含盐量均值高达13%.而且图中可看出，库尔勒地区盐渍土含盐量明显低于其他地区.

图1 试验地区含盐量柱状图

2.3 各地盐渍土比值

图2 试验地区摩尔比值

2.4 各地盐渍土定名

表3 各地盐渍土依《公路路基设计规范JTG D30-2015》的定名

3 盐渍土分布特征的成因分析

南疆塔里木盆地周围分布大量盐渍土是与多种因素有关的，其中气候因素、地形地貌因素、水文地质特征、人类经济活动可能是最主要的因素.它们相互作用构成了十分特殊的地理和气候环境.从气候因素而言，南疆地区干旱少雨，平均年降雨量仅为65 mm,而年蒸发量则达到3000 mm 以上，白天夜晚温差大，冬天寒冷，夏天炎热，属极端干旱气候.然而，其地表水与地下水却是十分丰富，如喀什地区许多地区地下水埋深只有1.5～2m[7].环塔里木盆地西边为帕米尔高原，南边为喀喇昆仑山，北边则为天山南麓，高原积雪融化及降雨沿着岩石裂隙下渗，汇成小溪汇入平原地区.其沿路所携带的母岩离子成分也一并汇入平原，如Ca2+等.因而各地盐渍土的形成条件极其相似.此外人类活动的影响也越来越大，如灌溉农田、施肥、筑坝、开荒、放牧等等.其自然机制为在温差作用下水分自温度高的地方向低的地方转移，夜晚气温骤降，在毛细作用下地下深部水分向地表移动，到达地表后，水分蒸发，其所携带的盐分留在地表，由于缺乏畅通的排泄通道，久而久之形成盐渍土层.此外人工灌溉施肥中所含某些化学成分也留在土壤中加重了土壤盐渍化[12].

虽然各地盐渍土形成条件相似，但根据图1和表3分析结果，库尔勒地区盐渍土含盐量极少为弱氯盐渍土.这一结果与其他地区相去甚远.尤其与喀和铁路A、喀和铁路B、英吉沙、阿克苏、图木舒克地区的试样.笔者认为，造成这一现象的原因很可能与库尔勒所处特殊的地理位置有关.库尔勒市的东偏北方向不远正是大小博斯腾湖区，库尔勒市正好位于湖区排泄口区.由于博斯腾湖为一淡水湖，位于其排泄去的盐渍土含盐浓度可能会被稀释，因而造成附近盐渍土含盐量下降.

博斯腾湖（博湖）的主要入湖河流为开都河，开都河流域的主要补给区大尤勒都斯盆地和小尤勒都斯盆地，该地区年降水量约250～500 mm，盆地周边山麓海拔为4800 m 以上，分布有冰川，夏季冰川融水通过多条支流补给开都河[12].而位于开都河下游地区的焉耆盆地年降雨量只有60～70 mm.由于受到开都河源源不断的补给，博湖的含盐量长期保持在0.4 g/L.然而大规模的农业开发活动，水资源的过度利用，导致湖水矿化度TDS 升高.目前博湖平均矿化度为1.62 g/L，然而其分布并不均匀，如图3[13]所示.博湖东西长约55 km、南北平均宽度约20 km，平均水深为7.38 m，最大水深为16 m[13].在水位高程为1047 m 时，湖面面积约1 064 km2.博湖西南角小湖区总面积约300 km2，是个芦苇密布的湿地，其中有十几个小湖，湖泊面积约60 km2.开都河从湖的西南角入湖.吾甫尔·托乎提等人（2021）对湖区水环境特征进行了分析，结果如图3.可以看出，湖区西北角的矿化度最高，高达1.84 g/L.而西南角矿化度最低，只有0.26 g/L.而博湖出水口进入孔雀河正好就位于西南角.这为解释库尔勒地区盐渍土含盐量偏低提供了有力的证据.塔里木盆地周边河流一般为上游地下水补给河水，下游河水补给地下水.在博湖出水口一带，很可能由于低矿化度的湖水稀释了原本含盐量较高的盐渍土，使其含盐量下降.而塔里木盆地其他地区并无此特殊的条件，即在其临近上游地区存在一个新疆最大的淡水湖博湖.而且虽然人类活动已使其矿化度大幅上升，然而，其矿化度分布并不均匀，恰巧在其出水口矿化度极低.因而除库尔勒以外的其他地区均为中-强-超（过）盐渍土.

图3 博斯腾湖矿化度空间分布

4 讨论

本文所用数据均来自相关文献.库尔勒地区靠近博湖出口区盐渍土含盐量低，这是由于博湖西南角水域矿化度低，博湖出水补给地下水导致盐渍土含盐量得到稀释，从而使其含盐量低.这是本文的得出的结论.这一结论只是笔者根据对相关文献及塔里木盆地周边及天山南麓地形地理地貌及水文地质条件分析后所做的判断，因而以下一些问题仍需澄清：

（1）关于取样的不均匀性.考虑到南疆盆地周边大规模农业开发及灌溉、放牧等经济活动的影响，局部区域存在盐渍土分布的不均匀性是可以预料的.但是笔者所选文献数据均是多个试验甚至是多达上百个试样的平均值，或者占比最大样本的平均值，而且这些样本本身也都具有一定的代表性，因而这些数据的可信度还是较高的，基本能代表所选地区的盐渍土含盐量平均值或标准值.

（2）本文选数据统一为地表以下0～20 cm深度范围的平均值.但由于有些文献中并无现成的0～20 cm 数据，而是0～0.1 cm，0.1～0.3 cm,0.3～0.5 cm 等[9]，或0～0 m[8]范围等，因而其数据的选取或通过加权平均或通过大致估算获得，比如用0～4 m 或0～1 m 的数据近似代替.由于塔里木盆地总的盐含量分布规律为越靠近地表含盐量越高，因而用更深层的平均值代替更浅层的值，将偏向保守，用此数据划分土类也更可靠，因而所选数据的处理方法也不存在问题.

（3）所得结论仅限于博湖出水口的孔雀河两岸区域.若取样位于较远的地方，则结果可能会有偏差.考虑到长期的大规模农业开发，农田灌溉，施肥等影响，盐渍土的分布可能出现局部的不均匀，因而取样位置的影响可能会更大.所得结论只是一家之言，希望抛砖引玉，获取更多数据，以确认该结论的正确性.