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基于水盐平衡的灌区灌排系统合理性分析

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第28卷第2期2010年3月干旱地区农业研究AgriculturalResearchintheAridAreasV01.28No.2Mar.2010基于水盐平衡的灌区灌排系统合理性分析闰侃1,刘俊民1,李继伟2,刘占宝1(1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西扬凌712100;2.成用市勘察测绘院,陕西成明712000)摘要:灌溉是灌区农业生产持续发展的先决条件,排水则是决定灌区能否可持续发展的保证。本研究在全面考虑影响灌排系统健康发展的众多因素的基础上,以青铜块灌区为例,从土壤盐碱化的防治及水资源合理利用角度,运用水盐平衡原理,判别灌区积、脱盐状态及排水效果,分析灌区灌排系统的合理性。分析结果表明青铜峡灌区灌排系统运行良好。对灌区排盐及盐碱化的防治起着积极的作用。同时也发现灌区存在着排灌比过大,排水能力过剩,排水系统不合理等问题。关键词:灌排系统;水盐平衡;排灌比中国分类号:¥276.3文献标识码:A文章编号:100阻760l(2010)02-0146,04我国是一个农业大国,灌区作为我国粮食安全和增加农民收人的基础保障,在我国经济社会发展过程中占有重要地位。我国以全球6.4%的国土面积和7.2%的耕地,养育了世界上22%的人口,在约占全国耕地40%的灌区面积上,生产了占全国总产量75%的粮食和90%以上的经济作物,农业灌溉事业在其中无疑起了重要的作用…。但长久以来,在我国北方干旱地区,由于多年积习的延续以及灌区现有灌排系统的不配套加之缺乏对灌区水资源及灌区灌溉排水系统的科学管理,灌区仍然采用“大水漫灌、大引大排”等落后的灌溉方式,灌区水土环境安全及用水浪费问题日益突出。一方面,过多的灌溉引水导致灌区地下水位抬高,地下水中的盐分在蒸发作用下积聚土表造成土壤盐碱化;另一方面,灌溉定额增大,加重盐分积累,增加灌区排水及排盐负担,灌区排水过多,影响水资源的合理利用并对下游河道造成污染。李祥福【21、张蔚榛[3l、司志文【4I、苏玉明【5J等许多学者通过多年实验研究和理论分析认为,土壤积盐与土壤盐分、地下水埋深和盐分有密切关系,地下水盐分与土壤盐分通过水分运转转移交换,互相制约。高正夏等【6J通过对青铜峡河西灌区的研究发现,土壤盐分除受蒸发和降雨影响外,还受灌溉制度、灌水方式、排水工程和耕作制度的影响。因此新时期我们应总结过去灌区建设的经验,以科学发展思想和新的治理水土资源理念为指导,调整灌区建设发展理念,探索出一种以灌区生产力和生态环境并重,并以其为核心的灌区建设新模式一生态灌区【川。生态灌区追求的是灌区生态与经济的双赢目标,使经济与生态形成合理、高效的生态一经济良性循环,实现灌区的可持续发展,为人类提供一个良好的生产和生活环境。它是具有比自然生态系统有更高生产力的“水土一生态一社会经济”复合生态系统t灌溉是灌区农业生产的先决条件,排水则是决定灌区能否可持续发展的保证。因此,构建合理配套的灌区灌溉排水系统对灌区水土资源环境安全问题的改善、生态灌区的建设以及灌区农业的可持续发展至关重要。本文考虑水资源合理配置、保障供水安全、水盐平衡与土地盐碱化防治、水资源合理利用、灌区续建配套和新水源工程建设、建立强有力的水管理和多元化的长效投入机制等影响农业灌排系统健康发展的众多因素【9】,以青铜峡灌区为例,从土壤盐碱化的防治及水资源合理利用两方面考虑,在水盐平衡分析计算的基础上,分析灌区灌排系统的合理性。1青铜峡灌区概况青铜峡灌区位于宁夏回族自治区北部银川平原,由河西和河东灌区两部分组成,是我国古老的大型灌区之一,是宁夏工农业生产基地,在该区国民经济发展中具有举足轻重的作用。根据1999年遥感影象分析,青铜峡灌区共有盐荒地面积为5.93万hm:,其中银北(惠农、陶乐、平罗、贺兰及银川)合计为5.46万hm2,占青铜峡灌区盐荒地的92.13%,银收稿日期:2009.08—20基金项目:国家科技支撑计划项目(2006BADlll305);国家自然科学基金(50879070作者简介:日侃,男(1984_一),陕西渭南人,硕士研究生,主要研究方向农业水土资源利甩与水土环境保护。F-mail:loveyankan@163.(,omo通讯作者:刘俊民,男(1953一),陕西成阳人,教授.博士生导师.主要从事水资源与环境工程方面的教学及科研工作。万方数据 第2期南仅有4囝700hill2,占7.87%。侃等:基于水盐平衡的灌区灌排系统合理性分析147浓度(kg/m3)、引入盐量(万t);屹、Ca、Sd分别为灌区排水量(亿m3)、排水盐浓度(kg/m3)、排出盐量(万t);A¨A。分别为耕地和非耕地面积;S为植物的吸收的盐量;|s—S。分别为单位面积耕地和非耕地的植物吸盐量(kg/m3);△S为灌区累积储盐量(kg/m3)。若忽略植物带走的盐分,则灌区盐量平衡方程式可写为:△S=KCi一屹Ca026km,灌区灌溉系统采用干、支、斗、农四级或干、支、农三级渠系组成自流灌溉网,干渠长度为1自流灌溉面积29.87万hm2。唐徕渠、汉延渠、惠农渠、西干渠、大清渠、泰民渠等干渠在河西总干渠引水,引水能力450m3/s;秦渠、汉渠、马莲渠等在河东总干渠引水,引水能力115m3/s,东干渠在青铜峡水库坝上东岸直接引水,引水能力49.0m3/s。扬水灌溉分布在自流灌区周边,水源引自西干渠、二农场渠、东干渠等,灌溉面积3.13万hm2;此外灌区西部及渠道尾部灌水困难地区还有机井灌溉面积约6700hm2。(4)即灌区引水带入的盐分与排水带走的盐分之间的平衡。可以根据其差值的正负判断灌区的积、脱盐状态。即△S>0,灌区处于积盐状态;△S=0时,灌区盐量处于平衡状态;△S<0时,灌区处于脱盐状态。为保持灌区不积盐即△S=0,则灌区排出的水量与引入的水量应满足:屹/K=Ci/Ca(5)灌区排水主要以沟道排水为主,干沟、支沟、斗沟、农沟组成排水系统。骨干排水沟道共有20余条,长609km,排水能力489m3/s,控制排水面积42万hm2。20世纪80年代初期,银北地区有机井5000眼主要用于用于排水,年排水量在0.8一1.5亿m3。90年代初期,排水机井运行的数量约1500眼,目前仍然运行的井数不多。暗管排水近几年在灌区田问排水中得到了较快的推广应用,现有暗管排水面积近1.33万hm2。此时灌区处于积盐和脱盐的临界状态,灌区的排灌比‰记作灌区临界排灌比。由于灌区排引盐量的大小主要取决于灌区排、引的水量和排引水的浓度,因此可以用排灌比K=%/K代替水盐平衡计算中盐量引排差作为评价灌区土壤积、脱盐的指标。即K<Ko时,灌区处于积盐状态;K>Ko时,灌区处于脱盐状态。2水盐平衡原理与水量排引比水盐平衡的概念最先由美国土壤学家Sc旆eld[10】提出,即进入灌区的易溶性盐量和通过排水排出灌区的盐量之间的关系称为盐分平衡。灌区的盐分平衡方程式一般多表达为下式【3】:△S=S‘一SoSi=K×Ci(1)(2)(3)3灌区盐量平衡计算及排水效果分析3.1灌区盐量平衡计算根据青铜峡灌区1992。2000年逐年引、排水量及引、排水浓度对灌区进行盐量平衡计算,计算结果见表1。So=&一&=耽Cd+Aj.c+A。S。式中:K、Ci、Si分别为灌区引水量(亿m3)、引水盐裹1青铜峡灌区盐量平衡结果TablelResultsofsaltbalanceinQingtongxiaIrrigationDistrict万方数据 干旱地区农业研究第28卷从表1可以看出,灌区从1992—2000年,各年累积储盐量△S<0,表明灌区一直处于脱盐状态,灌排系统运行良好,对灌区排盐及盐碱化的治理和预防起着积极作用。3.2灌区排水效果分析利用表1中1992.2000年灌区资料,作出青铜峡灌区排灌比与灌区累积储盐量的关系如图1,二者呈抛物线关系。当累积储盐量△S=0时,可得灌区裕界排灌比K0=41.15%。由表I可以看出,灌区1992—2000年各年排灌比K均大于临界排灌比K,说明灌区一直处于脱盐状态,灌区灌排系统运行良好,对灌区排盐及盐碱化的治理和预防起着积极作用,与灌区水盐平衡计算分析结果相同。但是1992—2000年9年来灌区各年排灌比却远大于临界排灌比,此结果表明目前灌区内农沟、支沟以及深层排水等排水系统的综合能力已超出了灌区淋洗盐分的要求,排水能力过剩,影响灌区水资源合理利用并加重下游河道污染,排水系统不合理。零丑键枯毒嘭-190·170·150-90-70灌区景积捧盐量(力.t)saltaccumulationofdistrict田1灌区累积储盐■与排灌比关系盹.1Relationshipbetweensaltaccumulationandrateofdrainagetoirl'-剃ortdistrict3结论针对目前灌区由于缺乏对水资源及灌溉排水系统的科学管理,引发的灌区用水浪费与水土环境安全问题,本研究全面考虑影响灌区农业灌溉排水系万 方数据统健康发展的众多要素,以青铜峡灌区为例,从土壤盐碱化的防治及水资源高效利用两方面考虑,对灌区进行水盐平衡计算和排水分析,计算灌区临界排灌比,并根据灌区的积、脱盐状态及排水效果分析灌区灌排系统的合理性。1)水盐平衡计算和排水计算分析结果均表明,1992—2000年9年来灌区处于脱盐状态,灌区灌排系统运行良好,对灌区排盐及土壤盐碱化的预防和治理起积极作用。2)根据灌区排水效果计算分析,1992年。2000年9年来灌区各年排灌比远大于处于盐量平衡状态时的临界排灌比,排水能力过剩,排水系统不合理。应在满足灌区水盐平衡条件的同时,在现有灌溉排水系统上,采用控制排水技术,在排水出口处修建控制性建筑物,如水闸、堰等,对排出水量进行控制,以达到合理利用水资源及减少对下游河道污染的目的。参考文献:[1】张展羽.孔莉莉,张国华.我国生态灌区建设浅议[c]//农村水利与社会主义新农村建设——中国水利学会2006学术年会论文集.北京:中国水利水电出版社。2006:4嗍.[2]李祥福,王少丽.宁夏银北干旱半干旱地区水盐动态和措施【J].灌溉排水学报,2001,20(3):41-'--44.[3】张蔚榛.张瑜芳.对灌区水盐平衡和控制土壤盐渍化的一些认识[J】.中国农村水利水电。2003。(8):13一18.[4】司志文.塔里木灌区防止土壤此生盐碱化的对策[J].水利经济.2003。2l(4):57--58,[5】苏玉明.土地盐碱化成因的定量分析[J].水利水电技术,2002。33(5):28—31.[6】高正夏。李景渡,等.宁夏青铜峡河西灌区地下水溺控标准研究(一)[J】.水资源保护.2032,(4):15一17.C7]姜开鹏.建设生态灌区的思考——用生态文明观,扩展思路,促进灌区可持续发展【J].中国农村水利水电.2004,(2):4_7.Is]张占旁,韩熙.生态灌区基本内涵及评价指标体系评价方法研究[J】.安徽农业科学,2009,37(18):8621--8623.[9】邓铭江.内陆干旱区农业灌排保障体系的框架结构[J】.中国农村水利水电,2005.(10):4’7.[10]ScdiddCS.SaltBalanceinIrrigated^ms【J].JournalofA—clll.tumlReⅫn-ch。1940。61:17—39.第2期闫侃等:基于水盐平衡的灌区灌排系统合理性分析149Rationalanalysisofirrigation-drainagesystemofirrigationdistrictbasedonhydro-salinitybalanceYANKan,LIUJun—min,LIji-wei;LIUZhan-bao(1.CollegeofWaterContumacyand2.Surv咖andkeepArchitectural踟酗咖,Northa橙tA&FUnitersity,玩抛。Shaanxi712000,‰)712100。Ch/na;MappingInstituteofXianyang,Xianyang,ShaamiAbstract:Irrigationisthepreconditionofagriculturalproduction,anddrainageistheguaranteethatdetermineswhethertheirrigationa鼢Cansustainabledevelopment.Thepaperlumpsfactomthathaveimpactonthehealthydevelopmentofirrigationanddrainagesystem.TakingQingtongxiaIrrigationDistrictforexample,thepaperviewsfromthepreventionofsoilsalinizationandrationalutilizationofwaterresources,印pliesthetheoryofwater-saltbalancetojudgetheconditionofthesalificationanddesalinationandtheeffectofdrainage,andthenanalysestherationalityofirri-gationanddrainagesystemintheirrigationdistrict.TheresultsindicatethatthedminagesysteminDistrictnn墙wellandplaysQingtongxiaIrrigationpositiveroletothedisposalofsoilsalt.Thepaperalsopointsoutsomeproblems,such聃theexcessiveratioofdrainagetoirrigation,drainagecapacitysurplusandtheunreasonabledrainagesystem.Keywords:irrigation··drainagesystem;hydro··salinitybalance;ratioofdrainagetoirrigation(上接第140页)Waterresourcesusufructmultiobjectiveoptimalallocationintheinlandriverbasinofaridareas——AcasestudyofSMyangRiverBasinSHIYin.jun,SUXiao—ling(C,o//egeofWaterConsertmwyandArchit栅uralAbstract:WaterEngineering,NorthwestA&F‰毋,Yangling,Shaanxiwater712100,c^讥口)arescarceandtheconflictbetweendemandandsupplyisoutstandingintheinlanddownstreams.Theallocationofriverbasinofaridal'ea8,andwatercompetitionisdrasticwateramongupstream,middleandreaourcesusufructhasmrnarkabletheoreticalandpracticalvAlueinsolvingtheconflictofwaterwaterre80嘲among弛·setgiousandrationalutilizationoftOresoUl'Cesinriverbasin.Theoptimizedallocationprinciplesareout。accordingavailablewateronandnetwaterrequirementindifferentplanningyears,andwaterrequirementpercapitafood棚fetreatedresources酷constraintlowerbound,themuhiobjectiveoptimalallocationmodelofwaterusufructisestablishedwhichincludeefficientandequitableobjective.TakingShiyangRiverBasinand∞lf—productionwaterindifferentplanningexample.theallocationin寻而_oftransferredwhenyears眦obtained。andtheresultsshowthatthedifferencesofwatershortagerateamongdistrictsdecreaseobviously.ProductionwaterresourcesusufructinJinchuanincreasemarkedlycomparedwith“Themajortreatmentequityofwaterresource8planningofShiyangRiverBasin”waterallocation∞heme。achieveefficiencyandusufruct.reaource8Keywords:waterrequirementforecast;waterusufruct;optimalallocation;ShiyangRiverBasin万方数据 基于水盐平衡的灌区灌排系统合理性分析

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

闫侃, 刘俊民, 李继伟, 刘占宝, YAN Kan, LIU Jun-min, LI Ji-wei, LIU Zhan-bao

闫侃,刘俊民,刘占宝,YAN Kan,LIU Jun-min,LIU Zhan-bao(西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西,杨凌,712100), 李继伟,LI Ji-wei(咸阳市勘察测绘院,陕西,咸阳,712000)干旱地区农业研究

AGRICULTURAL RESEARCH IN THE ARID AREAS2010,28(2)

1.邓铭江 内陆干旱区农业灌排保障体系的框架结构[期刊论文]-中国农村水利水电 2005(10)2.张占旁;韩熙 生态灌区基本内涵及评价指标体系评价方法研究[期刊论文]-安徽农业科学 2009(18)3.姜开鹏 建设生态灌区的思考--用生态文明观,扩展思路,促进灌区可持续发展[期刊论文]-中国农村水利水电2004(02)

4.高正夏;李景波 宁夏青铜峡河西灌区地下水标准研究(一)[期刊论文]-水资源保护 2002(04)5.Scofield C S Salt Balance in Irrigated Areas 1940

6.苏玉明 土地盐碱化成因的定量分析[期刊论文]-水利水电技术 2002(05)7.司志文 塔里木灌区防止土壤此生盐碱化的对策[期刊论文]-水利经济 2003(04)

8.张蔚榛;张瑜芳 对灌区水盐平衡和控制土壤盐渍化的一些认识[期刊论文]-中国农村水利水电 2003(08)9.李祥福;王少丽 宁夏银北干旱半干旱地区水盐动态和措施[期刊论文]-灌溉排水学报 2001(03)10.张展羽;孔莉莉;张国华 我国生态灌区建设浅议 2006

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