灌区暗管排水改良盐碱地效果监测

孟 奇

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 石河子 836800）

1 试验区域概况与试验方案[1-4]

1.1 试验区自然概况与水文气象条件

1.1.1 试验区自然概况

新疆某暗管排水工程位于新疆内陆地区， 暗管工程未实施前，主要排水干管水位相对较高，且研究区域内的细沙土和壤土含量大，沟道坍坡严重，从而使得沟道淤积。 随着时间的推移，淤积量逐渐增大，沟底逐渐抬高，沟道断面逐渐缩小，导致排水效果较差，地下水位不断上升，水位上升后的土壤盐化逐渐加重。 通过铺设暗管，可有效降低地下水位，减少沟道淤积，提高排水效率，解决区域盐减化问题，改善当地土壤状况。

1.1.2 水文气象条件

该水利项目位于温带干旱气候区域， 气候特点为干旱少雨，蒸发量较大。根据相关水文水资源数据统计，地区年降水量约282.4mm，蒸发量1184.8mm，蒸发量是降雨量的6倍，夏短寒长，年平均气温9℃。光照资源较为丰富，利于农作物生产，属于典型的灌溉农业区。

1.2 监测试验方案

1.2.1 试验设计

选择新疆某水利工程的暗管排水项目进行检测试验点的布置。检测点主要对地下水埋深、土壤含水率、全盐量、地下矿物质进行有效监测。 在得到检测数据后，对数据进行分析，得到各监测量在铺设暗管后的变化规律， 进而分析暗管排水对盐碱地的治理效果。

1.2.2 试验设施

本次试验时间选择2021年7月—2021年11月，每半个月进行1次实地检测与水取样试验。在试验范围区域选择上， 范围主要选在一级暗管自拍区域与二级暗管强排区域。在试验区域范围内，将暗管的埋设深度控制在1.5～1.8m，暗管间距为80m，在本次试验过程中，共计布置12个观察孔，孔深2m，具体布置如图1。 其中1#～9#共计9个观察孔主要是进行地下水位的观测，9个观察孔在布置形式上主要采用三角布置形式，尺寸大小为50mm，功能主要是进行地下水埋设深度的监测。 10#，12#，13#主要是用于监测土壤的导电率与含水率。1#，2#，3#，10#4个观察孔为A区域观察孔，4#，5#，11#3个观察孔为B区域观察孔、6#，7#，8#，12#4个观察孔为C区域的观察孔。 在区域划分上：A区与B区两个区域域主要是由泵站来进行暗管强排区，C区域为暗管自排区。 同时9#观察孔位于沟道的边坡上。 试验区域内原土状理化性状如表1。

图1 观察井布置示意图

表1 试验区域内原土状理化性状

1.2.3 主要的监测内容与方法

（1）地下数位埋深与地下水矿化度。 采用SWJ-1010电子水位计进行地下水埋深测量， 观测精度误差范围为-0.5～0.5mm之间， 水质矿化度的测量主要通过取地下水进行理化试验而得到。

（2）土壤含水率。 采用TDR进行不同土壤深度下的体积含水率的测定，测得土壤体积含水率后，除以实测土的平均容重，便可得到土壤质量含水量。

（3）土壤全盐测量。 使用TDR进行地表下个层土壤深度的电导率进行测试，并根据下式进行土壤全盐量的计算。

式中 St为电导度。

图2为地下水位埋深变化曲线，从图2可知，在布置暗管后， 试验区在灌溉期的地下水位埋深降至1.06～1.77m，非灌溉区域下降至1.27～1.75m，从两者下降的数据来看， 地下暗管在控制地下水位的作用十分明显，可以达到降低地下水埋设深度的效果。并且，暗管自排与强制泵站抽排相比，其可随时控制地下水位深度。 在强降雨后，可有效地降低地下水位。所以在7—9月的强降雨期间， 自排区地下水位埋深上升到1.45～1.56m，二级强制排水为1.14～1.44m。 在10月份，由于灌溉的结束及降水量的减少，地下水位下降至1.47～1.75m。 由于9#位于观察孔的边坡上，其地下水位不受排水沟承泄地下水的影响， 其水深变化不受影响。

图2 为地下水位埋深变化曲线

2 实验结果分析

2.1 土壤含水率变化特征分析

图3与图4为土壤质量含水率剖面变化与不同深度各观测孔含水率变化曲线，由图可知，土壤含水率随着土壤深度的增加而增加， 当土壤的渗透性较差时，降雨量下渗受阻。 在7—9月强降雨期间，土壤的含水率随着土层深度的增加而减少， 上层含水率达27%，一级自排区在6.4%～28.3%范围内变化，二级强排区在15.9%～29.5%的范围内变化，两者变化趋势保持一致。一级暗管自排区不受泵站抽排的影响，其含水率明显低于强排区。 0～50cm耕作区域的含水率处于稳定状态，这是因为在降雨后，耕作区的含水率增加，在暗渠的影响下，水分渗入下层土壤，随着暗渠排除。80～100cm受到地下水位与暗管的双重影响，含水率变化幅度相对较小，在23.4%～28.1%之间。

图3 土壤质量含水率剖面变化曲线

图4 含水率变化曲线

2.2 土壤全盐量与地下水矿化度分析

图5、图6为观测井土填全盐量剖面变化曲线，可以看出，在布置暗管后，土壤含盐量整体呈现出下降趋势，且随着土层深度的不断加深，土壤全盐量在逐渐减小。 在试验的时间范围内，7—9月为强降雨时期， 在强降雨天气的影响下， 该地区的地下水位变浅，且该段时间日照条件较为充足，表层雨水大量蒸发，导致表层土壤中的含盐量在不断增高。 在强降雨天气过后，水位逐步恢复到之前的稳定状态，土壤中的含盐量又逐渐下降。 根据试验数据统计，二级强排区土壤表层的含盐量在1～2g/kg的范围之内， 下层土壤的含盐量约1g/kg，观察井的含盐量整体低于1g/kg，且在自排区域内， 铺设暗管后含盐量总体已下降至1g/kg以下。 在分类上，已经属于非盐渍土壤。 在冬灌前，由于降雨量少，表层的水分被大量蒸发，导致表层盐分层聚集，含盐量在持续增高，甚至超过了4g/kg。

图5 观测井土填全盐量剖面变化曲线

图6 土壤全盐量剖面变化曲线

试验检测周期内， 分别对10#，11#，12#进行水取样，在试验室内进行地下水矿化度的检测工作，试验结果如图7。可以看出，从变化趋势上来看，地下水的矿化度与全盐量整体变化基本相同， 均呈现下降趋势。 从下降幅度来看， 一级暗管的下降幅度最为明显。 在7—9月的降雨期，由于强降雨等的影响。 地下水位变浅、同时在7—9月日照条件较为充足，蒸发量较大，地下水矿化度的变化趋势呈现先减小后增大。

图7 各区域地下水矿化度变化曲线

采用DSP软件进行地下水矿化度及含盐量的进行线性回归，拟合曲线如图8。通过啮合，得到的回归方程为y=1.5228x+1.011，其中R2=0.776，P=2.36×10-7，由于P的值较小，因此相关性较高。 通过对土壤全盐量和地下水矿化量回归分析，可以看出，观测值与拟合值的误差范围维持在-1.29～0.49之间，整体误差相对较小。 拟合曲线的截距a=1.011， 检验P值为2.19×10-10，斜率回归系数为1.5228，检测P的值为2.33×10-7，截距与斜率的相关性较好。 回顾方程的拟合曲线是在充分考虑试验地区的试验条件与环境条件等因素下得到，因此，本试验得到的线性回归方程只能在相似地区进行相关研究。

图8 地下水矿化度和土壤全盐量的关系

表2 土壤全盐量和地下水矿化量回归分析

3 结语

选择新疆某水利工程暗管排水项目改良盐碱地进行效果监测，从试验数据来看，可有效降低地下水位，铺设暗管后的土壤全盐量整体呈现出下降趋势，并随着土壤深度的增加全盐量逐渐减小， 对地下水矿化度及含盐量进行线性回归分析后， 地下水矿化度和土壤全盐量呈现出正相关。通过本文分析，对推动灌溉农业的持续发展、 土壤生态环境的持续改善等具有重要的工程意义。