孟 奇

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 石河子 836800）

1 試驗(yàn)區(qū)域概況與試驗(yàn)方案[1-4]

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況與水文氣象條件

1.1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

新疆某暗管排水工程位于新疆內(nèi)陸地區(qū)， 暗管工程未實(shí)施前，主要排水干管水位相對(duì)較高，且研究區(qū)域內(nèi)的細(xì)沙土和壤土含量大，溝道坍坡嚴(yán)重，從而使得溝道淤積。 隨著時(shí)間的推移，淤積量逐漸增大，溝底逐漸抬高，溝道斷面逐漸縮小，導(dǎo)致排水效果較差，地下水位不斷上升，水位上升后的土壤鹽化逐漸加重。 通過鋪設(shè)暗管，可有效降低地下水位，減少溝道淤積，提高排水效率，解決區(qū)域鹽減化問題，改善當(dāng)?shù)赝寥罓顩r。

1.1.2 水文氣象條件

該水利項(xiàng)目位于溫帶干旱氣候區(qū)域， 氣候特點(diǎn)為干旱少雨，蒸發(fā)量較大。根據(jù)相關(guān)水文水資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，地區(qū)年降水量約282.4mm，蒸發(fā)量1184.8mm，蒸發(fā)量是降雨量的6倍，夏短寒長，年平均氣溫9℃。光照資源較為豐富，利于農(nóng)作物生產(chǎn)，屬于典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 監(jiān)測(cè)試驗(yàn)方案

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇新疆某水利工程的暗管排水項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)點(diǎn)的布置。檢測(cè)點(diǎn)主要對(duì)地下水埋深、土壤含水率、全鹽量、地下礦物質(zhì)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。 在得到檢測(cè)數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到各監(jiān)測(cè)量在鋪設(shè)暗管后的變化規(guī)律， 進(jìn)而分析暗管排水對(duì)鹽堿地的治理效果。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)施

本次試驗(yàn)時(shí)間選擇2021年7月—2021年11月，每半個(gè)月進(jìn)行1次實(shí)地檢測(cè)與水取樣試驗(yàn)。在試驗(yàn)范圍區(qū)域選擇上， 范圍主要選在一級(jí)暗管自拍區(qū)域與二級(jí)暗管強(qiáng)排區(qū)域。在試驗(yàn)區(qū)域范圍內(nèi)，將暗管的埋設(shè)深度控制在1.5～1.8m，暗管間距為80m，在本次試驗(yàn)過程中，共計(jì)布置12個(gè)觀察孔，孔深2m，具體布置如圖1。 其中1#～9#共計(jì)9個(gè)觀察孔主要是進(jìn)行地下水位的觀測(cè)，9個(gè)觀察孔在布置形式上主要采用三角布置形式，尺寸大小為50mm，功能主要是進(jìn)行地下水埋設(shè)深度的監(jiān)測(cè)。 10#，12#，13#主要是用于監(jiān)測(cè)土壤的導(dǎo)電率與含水率。1#，2#，3#，10#4個(gè)觀察孔為A區(qū)域觀察孔，4#，5#，11#3個(gè)觀察孔為B區(qū)域觀察孔、6#，7#，8#，12#4個(gè)觀察孔為C區(qū)域的觀察孔。 在區(qū)域劃分上：A區(qū)與B區(qū)兩個(gè)區(qū)域域主要是由泵站來進(jìn)行暗管強(qiáng)排區(qū)，C區(qū)域?yàn)榘倒茏耘艆^(qū)。 同時(shí)9#觀察孔位于溝道的邊坡上。 試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)原土狀理化性狀如表1。

圖1 觀察井布置示意圖

表1 試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)原土狀理化性狀

1.2.3 主要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法

（1）地下數(shù)位埋深與地下水礦化度。 采用SWJ-1010電子水位計(jì)進(jìn)行地下水埋深測(cè)量， 觀測(cè)精度誤差范圍為-0.5～0.5mm之間， 水質(zhì)礦化度的測(cè)量主要通過取地下水進(jìn)行理化試驗(yàn)而得到。

（2）土壤含水率。 采用TDR進(jìn)行不同土壤深度下的體積含水率的測(cè)定，測(cè)得土壤體積含水率后，除以實(shí)測(cè)土的平均容重，便可得到土壤質(zhì)量含水量。

（3）土壤全鹽測(cè)量。 使用TDR進(jìn)行地表下個(gè)層土壤深度的電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)下式進(jìn)行土壤全鹽量的計(jì)算。

式中 St為電導(dǎo)度。

圖2為地下水位埋深變化曲線，從圖2可知，在布置暗管后， 試驗(yàn)區(qū)在灌溉期的地下水位埋深降至1.06～1.77m，非灌溉區(qū)域下降至1.27～1.75m，從兩者下降的數(shù)據(jù)來看， 地下暗管在控制地下水位的作用十分明顯，可以達(dá)到降低地下水埋設(shè)深度的效果。并且，暗管自排與強(qiáng)制泵站抽排相比，其可隨時(shí)控制地下水位深度。 在強(qiáng)降雨后，可有效地降低地下水位。所以在7—9月的強(qiáng)降雨期間， 自排區(qū)地下水位埋深上升到1.45～1.56m，二級(jí)強(qiáng)制排水為1.14～1.44m。 在10月份，由于灌溉的結(jié)束及降水量的減少，地下水位下降至1.47～1.75m。 由于9#位于觀察孔的邊坡上，其地下水位不受排水溝承泄地下水的影響， 其水深變化不受影響。

圖2 為地下水位埋深變化曲線

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 土壤含水率變化特征分析

圖3與圖4為土壤質(zhì)量含水率剖面變化與不同深度各觀測(cè)孔含水率變化曲線，由圖可知，土壤含水率隨著土壤深度的增加而增加， 當(dāng)土壤的滲透性較差時(shí)，降雨量下滲受阻。 在7—9月強(qiáng)降雨期間，土壤的含水率隨著土層深度的增加而減少， 上層含水率達(dá)27%，一級(jí)自排區(qū)在6.4%～28.3%范圍內(nèi)變化，二級(jí)強(qiáng)排區(qū)在15.9%～29.5%的范圍內(nèi)變化，兩者變化趨勢(shì)保持一致。一級(jí)暗管自排區(qū)不受泵站抽排的影響，其含水率明顯低于強(qiáng)排區(qū)。 0～50cm耕作區(qū)域的含水率處于穩(wěn)定狀態(tài)，這是因?yàn)樵诮涤旰螅鲄^(qū)的含水率增加，在暗渠的影響下，水分滲入下層土壤，隨著暗渠排除。80～100cm受到地下水位與暗管的雙重影響，含水率變化幅度相對(duì)較小，在23.4%～28.1%之間。

圖3 土壤質(zhì)量含水率剖面變化曲線

圖4 含水率變化曲線

2.2 土壤全鹽量與地下水礦化度分析

圖5、圖6為觀測(cè)井土填全鹽量剖面變化曲線，可以看出，在布置暗管后，土壤含鹽量整體呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，且隨著土層深度的不斷加深，土壤全鹽量在逐漸減小。 在試驗(yàn)的時(shí)間范圍內(nèi)，7—9月為強(qiáng)降雨時(shí)期， 在強(qiáng)降雨天氣的影響下， 該地區(qū)的地下水位變淺，且該段時(shí)間日照條件較為充足，表層雨水大量蒸發(fā)，導(dǎo)致表層土壤中的含鹽量在不斷增高。 在強(qiáng)降雨天氣過后，水位逐步恢復(fù)到之前的穩(wěn)定狀態(tài)，土壤中的含鹽量又逐漸下降。 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，二級(jí)強(qiáng)排區(qū)土壤表層的含鹽量在1～2g/kg的范圍之內(nèi)， 下層土壤的含鹽量約1g/kg，觀察井的含鹽量整體低于1g/kg，且在自排區(qū)域內(nèi)， 鋪設(shè)暗管后含鹽量總體已下降至1g/kg以下。 在分類上，已經(jīng)屬于非鹽漬土壤。 在冬灌前，由于降雨量少，表層的水分被大量蒸發(fā)，導(dǎo)致表層鹽分層聚集，含鹽量在持續(xù)增高，甚至超過了4g/kg。

圖5 觀測(cè)井土填全鹽量剖面變化曲線

圖6 土壤全鹽量剖面變化曲線

試驗(yàn)檢測(cè)周期內(nèi)， 分別對(duì)10#，11#，12#進(jìn)行水取樣，在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行地下水礦化度的檢測(cè)工作，試驗(yàn)結(jié)果如圖7。可以看出，從變化趨勢(shì)上來看，地下水的礦化度與全鹽量整體變化基本相同， 均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。 從下降幅度來看， 一級(jí)暗管的下降幅度最為明顯。 在7—9月的降雨期，由于強(qiáng)降雨等的影響。 地下水位變淺、同時(shí)在7—9月日照條件較為充足，蒸發(fā)量較大，地下水礦化度的變化趨勢(shì)呈現(xiàn)先減小后增大。

圖7 各區(qū)域地下水礦化度變化曲線

采用DSP軟件進(jìn)行地下水礦化度及含鹽量的進(jìn)行線性回歸，擬合曲線如圖8。通過嚙合，得到的回歸方程為y=1.5228x+1.011，其中R2=0.776，P=2.36×10-7，由于P的值較小，因此相關(guān)性較高。 通過對(duì)土壤全鹽量和地下水礦化量回歸分析，可以看出，觀測(cè)值與擬合值的誤差范圍維持在-1.29～0.49之間，整體誤差相對(duì)較小。 擬合曲線的截距a=1.011， 檢驗(yàn)P值為2.19×10-10，斜率回歸系數(shù)為1.5228，檢測(cè)P的值為2.33×10-7，截距與斜率的相關(guān)性較好。 回顧方程的擬合曲線是在充分考慮試驗(yàn)地區(qū)的試驗(yàn)條件與環(huán)境條件等因素下得到，因此，本試驗(yàn)得到的線性回歸方程只能在相似地區(qū)進(jìn)行相關(guān)研究。

圖8 地下水礦化度和土壤全鹽量的關(guān)系

表2 土壤全鹽量和地下水礦化量回歸分析

3 結(jié)語

選擇新疆某水利工程暗管排水項(xiàng)目改良鹽堿地進(jìn)行效果監(jiān)測(cè)，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，可有效降低地下水位，鋪設(shè)暗管后的土壤全鹽量整體呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，并隨著土壤深度的增加全鹽量逐漸減小， 對(duì)地下水礦化度及含鹽量進(jìn)行線性回歸分析后， 地下水礦化度和土壤全鹽量呈現(xiàn)出正相關(guān)。通過本文分析，對(duì)推動(dòng)灌溉農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展、 土壤生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善等具有重要的工程意義。