【灌溉排水】
崔淑芳1，孙战勇1，徐爱国2，江恩慧3
（1.滨州市韩墩引黄灌溉管理局，山东滨州256621；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081；3.黄河水利科学研究院，河南郑州450003）
摘 要：针对韩墩引黄灌区实施浑水灌溉后大量泥沙入田的现实情况，为了预控土壤沙化，实现田间科学利用泥沙，精准改良土壤，研究提出了沙化参数的概念，以表征引黄灌区浑水灌溉可能造成土壤沙化的程度；提出了测土配沙改良土壤运行模式及科学配沙工程技术措施。其中，科学配沙工程技术措施包括两种：一是为改良砂质土壤，增加砂质土壤的保水性，利用泥沙沿垂线下粗上细的分布规律，设计了分层取水取沙的工程技术措施；二是为有效改善黏质土壤的透气性能，提出了导沙技术措施。
关键词：浑水灌溉；测土配沙；土壤沙化；沙化参数；韩墩灌区
韩墩引黄灌区位于黄河尾闾左岸黄河三角洲腹地。灌区自1959年起已开灌50余a，累计引水近120亿m3，累计引沙6 763万m3［1］。引黄供水为灌区工农业生产、群众生活及城乡生态用水提供可靠保障的同时，也曾造成灌区严重的生态环境问题。一是韩墩灌区为滩内引水灌区，在1984年渠首拦沙闸兴建之前，引渠产生严重淤积，造成土地沙化；二是受地理条件所限，韩墩灌区一直没有设置沉沙池［2］，1990年以前以总干渠作为沉沙条渠以挖代沉，两岸清淤弃土形成了较严重的沙化环境。1990年韩墩灌区实施远距离输沙节水技术改造，总干渠两岸的沙化现象才得以遏制。自此灌区采用远距离输沙并分散于田间的泥沙配置模式，输送至田间的泥沙大幅增加（见表1）［3－4］。
为顺应韩墩生态灌区建设要求，汲取灌区曾遭受泥沙危害的历史教训［5］，将黄河泥沙资源利用推进到田间，韩墩灌区组织开展了科学利用泥沙改良土壤相关研究，以期实现灌区引进泥沙的科学利用和土壤改良，提高灌区土壤承载能力，推进生态灌区建设，促进引黄灌区可持续发展。
1.1 测土配沙的含义
测土配沙是本研究提出的实现浑水灌溉土壤改良及沙化预控的方法。对土壤进行沙化预控并改良，需要对土壤的现状类型进行监测，了解土壤的砂黏性，是为测土，这是进行科学配沙的基础。砂粒含量偏高的砂质土壤保水保肥性能差，而黏质土壤透气性差，都对作物生长有不利的影响，只有壤质土壤是保水保肥及透气性均佳的优质土壤。本研究的目标就是促进灌区土壤向壤土方向优化，并在测土的基础上实现科学配沙，是为测土配沙。通过砂质土壤配细沙、黏质土壤配粗沙的测土配沙方法，实现浑水灌溉土壤沙化预控及改良，对于不同的土壤质地，需要不同的技术措施来实现科学配沙。
表1 韩墩灌区引进泥沙量及其分布
时段引进沙量／万m3总干渠沙量／万m3占比／%干渠及以下渠道沙量／万m3占比／%田间沙量／万m3占比／%水库及尾水淤沙沙量／万m3占比／%平均引水含沙量／（kg·m－3）1959—1991 3 599 1 350 37.5 1 062 29.5 828 23.0 360 10.0 12.57 1992—2000 1 974 148 7.5 839 42.5 829 42.0 158 8.0 9.41 2001—2015 1 189 59 5.0 490 41.2 571 48.0 69 5.8 3.84 1959—2015 6 763 1 557 23.0 2 391 35.4 2 228 32.9 587 8.7 8.39
1.2 土壤沙化概念及土壤沙化参数
一直以来，土壤沙化的概念过于笼统，对于土壤及泥沙的颗粒级配没有一个合适的指标要求，土壤改良的目标不明确，也就难以实现科学配沙。为便于土壤改良及沙化量化控制，有必要对灌区土壤沙化的概念进行界定，选定一个符合生态文明及生态灌区建设要求的土壤沙化量化参数，使土壤改良有明确的目标。
为此，笔者以土壤砂粒含量与土壤黏粒和粉粒含量之和的比值作为衡量土壤沙化的参数，称之为沙化参数：
沙化参数＝土壤砂粒含量／（土壤粉粒含量＋土壤黏粒含量）
2016年10月9—10日，研究人员从韩墩灌区总干渠左岸的二分干渠、三分干渠、五分干渠和过徒干渠所控制的浑水灌溉区域的27个点位进行土壤采样监测，结果发现这些点位耕层（0～20 cm）土壤质地均为砂质壤土，砂粒含量均在60%以上。根据沙化参数计算公式计算的沙化参数见表2。
表2 与干渠不同距离土样的颗粒组成及沙化参数
注：27个点位耕层土样中，有2个土样距干渠过近，取自沙坝清淤弃沙，分析时予以去除
灌区（灌溉时限）与干渠垂直距离／m样本数砂粒含量／%粉粒含量／%黏粒含量／%质地沙化参数3个分干渠（浑水灌溉40 a）＜200 7 75.12 21.76 3.12砂质壤土3.02＞300 10 68.14 27.75 4.11砂质壤土2.14过徒干渠（浑水灌溉20 a）＜200 4 68.21 27.91 3.88砂质壤土2.15＞300 4 64.78 31.18 4.04砂质壤土1.84
从表2可看出，用沙化参数能更灵敏、直观地表达土壤沙化的程度。当土壤砂粒含量为50%时，沙化参数为1，按照国际土壤分类标准，此时土壤质地为最利于作物生长的保水保肥、透气性能好的壤土。因此，笔者以沙化参数为1的壤土作为土壤改良的目标。按该标准衡量，表2中的采样点土壤均属于沙化土壤，可根据沙化参数的大小划分为轻度、中度和重度沙化土壤，以此界定土壤沙化程度。其中，沙化参数为1～3时为轻度沙化土壤，为3～6时为中度沙化土壤，大于6时为重度沙化土壤。由此可见，引入了沙化参数这一概念，通过土样监测就很容易将沙化土壤划分出来，便于有针对性地预控土壤沙化及改良土壤。
1.3 韩墩灌区测土配沙改良土壤运行模式
一是通过灌区典型调查和土壤采样监测，了解韩墩灌区现状土壤质地及其分布情况。研究人员于2016年10月9—10日和2017年3月24—25日对韩墩灌区土壤进行了两次采样，采样点基本覆盖全灌区。根据监测结果及分析情况，进行必要的加测和补测，掌握灌区现状土壤质地及其分布情况，为科学配沙提供依据。
二是进行灌水水沙监测，了解灌水含沙量及引进泥沙的颗粒级配情况。利用引进泥沙改良土壤，除对土壤进行监测外，还必须加强对灌区引进泥沙的监测。韩墩灌区有部分泥沙监测历史资料，开展该课题研究需进一步加强水沙监测，进行不同时空灌水含沙量和泥沙级配监测，分析不同季节来沙对不同质地土壤改良的利用价值。近年来，非汛期和非调水调沙期，韩墩灌区引水含沙量小，可加密汛期和调水调沙期的水沙监测，考虑汛期和调水调沙期来沙的利用价值。
三是试验模拟和推广应用。利用实地采集的土样做成土柱，配以相应不同含沙量及泥沙颗粒级配组合的浑水进行灌水试验，监测分析土壤质地性状的变化。在测土壤、测水沙和模拟试验取得数据的基础上，进行实地示范推广，适时适地实施科学配沙改良土壤。
2.1 分层取水取沙改良砂质土壤的工程技术
目前灌溉分水闸靠单一闸门控制分水流量，一般将表层水沙阻挡在外，将底层粗沙引入下级渠道或农田，有造成土壤沙化的趋向。为了克服单一闸门引底沙、阻挡表沙的缺点，设计了高、低闸门联合运用的灌溉分水闸（见图1），这是根据泥沙沿垂线方向下粗上细的分布规律设计、可实现分层取水取沙的分水闸。
图1 高、低闸门联合运用的灌溉分水闸示意
该分水闸包括位于前端的高闸门1、位于后端的低闸门组2以及用于控制高闸门1和低闸门组2的启闭设备3。前端是指靠近上游4的位置，后端是指靠近下游5的位置。启闭设备3能够独立对高闸门1或低闸门组2的每一块闸板灵活启闭。在非灌溉期，低闸门组2处于非工作状态。灌溉时，低闸门组2与高闸门1联合运用实现分层取水取沙：先提起高闸门1，一般将高闸门1提至水面以上，然后选择低闸门组2中的一块闸板拦挡下部水层泥沙，将低闸门组2中的其他闸板提起至水面以上。选择低闸门组2中的哪一块闸板落下挡底层水沙，要根据灌溉地块土壤质地和灌水泥沙沿垂线的级配监测结果计算应取水沙的水层高度决定。该工程技术主要用于改良砂质土壤，砂质土壤的沙化参数大于1，应取沙化参数小于1的泥沙所在的水层进行灌溉。
2.2 利用底沙改良黏性土壤的工程技术
不论何种质地的土壤，都是朝着沙化参数为1的方向实施改良。对于沙化参数小于1的黏性土壤，需要配送沙化参数大于1的泥沙来改良。具体可根据土壤的沙化参数或黏重程度，配送过水断面偏底部水层的泥沙至拟改良的土壤中。配送偏底部水层的泥沙，可采用传统的单一闸门控制，实现引偏底层水沙；如果需要配送最底部推移质泥沙，可采用建导沙坎的工程技术措施，导上级渠道底沙至下级渠道中。导沙坎的设计高度和角度应根据上下级渠道的实际设计情况而定。
为实现对引黄灌区浑水灌溉土壤的精准改良，提出了测土配沙改良土壤运行模式，并在韩墩灌区实施。测土配沙改良土壤运行模式即在对灌区土壤质地和灌水水沙监测的基础上，通过相应工程技术措施实现灌水泥沙的科学配送，使土壤朝着沙化参数为1的壤土方向精准改良。本研究界定了引黄灌区土壤沙化及沙化参数的概念，设计了可实现分层取水取沙的高、低闸门联合运用的灌溉分水闸，提出了可实现输送最底部推移质粗沙的导沙工程技术。
参考文献：
［1］ 亓麟，王延贵.黄河下游引黄灌区泥沙分布评价与配置模式［J］.人民黄河，2011，33（3）：64－67.
［2］ 周宗军，王延贵.引黄灌区泥沙分布评价［J］.泥沙研究，2009（1）：68－73.
［3］ 崔淑芳，孙战勇，舒同庆，等.韩墩生态灌区建设初步研究［J］.中国水利，2015（15）：53－54.
［4］ 崔淑芳，王方园，刘长永，等.韩墩引黄灌区泥沙研究与治理措施综述［J］.水利发展研究，2013，13（6）：47－50.
［5］ 崔淑芳.韩墩引黄灌区志［M］.北京：中国水利水电出版社，2014：1－9.
【责任编辑 许立新】
M ode and M easures to Improve Soil Through the M ethod of Sediment Allocation on Soil Testing in Handun Irrigation Area
CUIShufang1，SUN Zhanyong1，XU Aiguo2，JIANG Enhui3
（1.Binzhou Yellow River Diversion Irrigation Administration，Binzhou 256621，China；2.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS，Beijing 100081，China；3.Yellow River Institute of Hydraulic Research，Zhengzhou 450003，China）
Abstract：As to themode ofmuddy irrigation transporting sediment to farm land in Handun irrigation area，for early warning and controlling soil desertification，and then scientifically applying sediment to improve the soil of the irrigation area，the desertification parameterswas sug⁃gested，which could describe the extentof the desertification.A new sedimentallocationmode and an engineering technology were suggested.The engineering technology of sedimentallocation consisted of two parts.Onewas an engineering installation which divertingwater from differ⁃ent heights，in order to improvewater retaining capacity of sand soil.This engineeringwas based on the rule that the particle size of sediment below the river was larger than that of sediment in upper water.The other technicalmeasure was diverting sediment to improve the porosity and permeability of clay soil.
Key words：muddy irrigation；sediment allocation on soil testing；soil desertification；desertification parameters；Handun irrigation area
中图分类号：TV93；S156
文献标志码：A
doi：10.3969／j.issn.1000－1379.2017.09.030
收稿日期：2017－05－26
作者简介：崔淑芳（1964—），女，山东滨州人，高级工程师，主要从事引黄灌区泥沙与生态灌区建设方面的研究工作。
通信作者：江恩慧（1963—），女，河南新安人，高级工程师（教授级），博士生导师，研究方向为黄河泥沙治理。
E⁃mail：ehjiang＠yrihr.com.cn
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