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南四湖平原洼地局部土壤鹽漬化趨勢(shì)預(yù)測(cè)及防治對(duì)策淺析

2018-05-18 05:43侯祥東李玥璿王訓(xùn)詩(shī)
治淮 2018年4期
關(guān)鍵詞:南四湖洼地粉土

侯祥東 李玥璿 王訓(xùn)詩(shī)

(1.山東省淮河流域水利管理局 濟(jì)南 250100 2.濟(jì)寧市洙趙新河管理處 濟(jì)寧 272000)

1 概述

1.1 區(qū)域土壤鹽漬化的危害

土壤鹽漬化指土壤中可溶性鹽類(lèi)隨水向表層移動(dòng)并積累下來(lái),使可溶性鹽含量超過(guò)0.1%或0.2%的過(guò)程。土壤鹽漬化后,土壤溶液的滲透壓增大,土體通氣性、透水性變差,養(yǎng)分有效性降低,影響作物正常生長(zhǎng)。明清時(shí)期南四湖流域排水不暢,流域內(nèi)平原洼地特別是曹縣、定陶、巨野、濟(jì)寧等地,土壤鹽漬化特別嚴(yán)重,整個(gè)湖西平原約有1/6以上的土地受到不同程度的鹽漬化危害。

20世紀(jì)60~70年代湖西水系調(diào)整后,東魚(yú)河、洙趙新河等大中型河道對(duì)地下水位起到了關(guān)鍵性調(diào)控作用,土壤鹽漬化程度得到有效控制,但洼地治理范圍內(nèi)的局部地區(qū),仍存在氯化物和硫酸鹽為主的土壤鹽澤化趨勢(shì)。土壤鹽漬化的治理與次生鹽漬化的防治,是保障流域糧食生產(chǎn)安全必須考慮的重要因素。

根據(jù)調(diào)查點(diǎn)的淺層地下水水質(zhì)分析資料,湖西平原淺層地下水中氯化物、硫酸鹽濃度大部分地區(qū)較高,氯化物濃度18.8~425mg/L,硫酸鹽濃度38.4~720mg/L,且沿黃地區(qū)淺層地下水相對(duì)埋藏較淺,由于長(zhǎng)期蒸發(fā)作用,使土壤含鹽量增高,部分地區(qū)土壤含鹽量達(dá)0.1%~0.6%,整個(gè)湖西平原中度鹽漬化面積約占2%。

1.2 南四湖洼地治理工程概況

南四湖洼地規(guī)劃治理總面積5135km2,包括濱湖洼地和湖西洼地兩部分,濱湖洼地位于南四湖周邊濟(jì)寧、棗莊兩市36.79m等高線以下的地區(qū),面積2303km2;湖西洼地位于菏澤市36.79m等高線以上的地區(qū),面積2832km2。

工程規(guī)劃的主要內(nèi)容:對(duì)64條入湖大中型河道的二級(jí)、三級(jí)支流及入湖小型河道進(jìn)行疏挖治理,提高除澇標(biāo)準(zhǔn)至5年一遇,同時(shí)分段復(fù)核堤防防洪標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)復(fù)核計(jì)算有39條河道需要進(jìn)行堤防加固或局部堵覆缺口,并治理沿河配套建筑物。南四湖洼地規(guī)劃治理河道布置情況詳見(jiàn)圖1。

1.3 洼地治理區(qū)淺層地下水位現(xiàn)狀分析

此次預(yù)測(cè)分析共收集治理區(qū)內(nèi)364個(gè)地下水位檢測(cè)點(diǎn)自2014年1月1日至2014年12月26日全年的觀測(cè)資料(其中:菏澤市151個(gè)檢測(cè)點(diǎn),濟(jì)寧市213個(gè)檢測(cè)點(diǎn)),觀測(cè)間隔時(shí)間一般為 5 天,即每月的 1、6、11、16、21、26 日觀測(cè),少量觀測(cè)點(diǎn)為每天觀測(cè)一次。通過(guò)代表性河道的河底高程、5年一遇除澇水位與附近地下水水位對(duì)比分析,濱湖洼地內(nèi)地下水的年變幅相對(duì)較小,略低于治理河道5年一遇除澇水位,原因是河道水位常年受南四湖水位頂托,水位較高,河水常年補(bǔ)給地下水。湖西洼地內(nèi)地下水的年變幅相對(duì)較大,大多數(shù)河道汛期及引黃灌溉期,地下水受補(bǔ)給后上升,高于河底高程,其余大部分時(shí)間低于河底高程。根據(jù)實(shí)地調(diào)查,湖西洼地治理河道內(nèi)除汛期及引黃灌溉期外,大部分水量較小或處于干涸狀態(tài),河道水深一般小于1m。

圖1 南四湖洼地規(guī)劃治理河道布置圖

2 地下水水位影響及土壤鹽漬化趨勢(shì)預(yù)測(cè)

2.1 預(yù)測(cè)模型的建立

(1)河道水位突變時(shí),地下水的非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型為:

河道水位突變時(shí),地下水的非穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型解為:

式中:S—地下水水位變化值(m);

s0—河渠水位瞬時(shí)突變的幅度(m);

t—從河渠水位瞬時(shí)突變時(shí)算起的時(shí)間(d);

x—過(guò)水?dāng)嗝娴絺?cè)向邊界斷面的距離(m);

erfc(uA)的余誤差函數(shù);

μA—與 x、t、S、T相關(guān)參變量;

S—含水層本身的貯水系數(shù);

T—含水層本身的導(dǎo)水系數(shù)。

(2)預(yù)測(cè)河道單位長(zhǎng)度的滲漏量模型為:

定解問(wèn)題的解為:

式中:H—地下水水位標(biāo)高(m);

s—任一過(guò)水?dāng)嗝嫣幍叵滤恢担╩);

s0—河渠水位變幅(m);

t—時(shí)間(d);

x—距離(m);

S—含水層的貯水系數(shù);

T—含水層本身的導(dǎo)水系數(shù);

q—單寬流量。

2.2 水文地質(zhì)參數(shù)的確定

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)條件,將該研究區(qū)劃分為8個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)選典型縣進(jìn)行抽水試驗(yàn),計(jì)算各土層滲透系數(shù)。由于洼地治理區(qū)面積大,在區(qū)域地下水水位及其鹽漬化影響時(shí),一要充分考慮各典型抽水試驗(yàn)土層厚度權(quán)重,二要充分考慮滲透系數(shù)較大土層進(jìn)行綜合計(jì)算,確定各小區(qū)治理河段的K值。

抽水試驗(yàn)滲透系數(shù)計(jì)算公式:

式中:k—滲透系數(shù)(m/d);

Q—涌水量(m3/h);

H—含水層厚度(m);

S—抽水孔中水位降深(m);

r—抽水孔過(guò)濾器的半徑(m)。

(1)市中區(qū)抽水試驗(yàn)區(qū)

在中水水庫(kù)附近做抽水試驗(yàn),勘察揭露土層自上而下有粘土、粉質(zhì)粘土(分布中粗砂層)、粘土夾姜石(局部分布中粗砂層)、粘土共4層,代表紅旗河、泉河、老運(yùn)河、老趙王河、蓼溝河、幸福河、老泗河、崗頭引河、焦村引河、蓋村引河、辛安引河、徐樓河、小荊河、汁泥河、段莊引河、小蘇河、老運(yùn)河、老運(yùn)河分洪道、東泥河、西泥河、泥溝河、潘莊引渠、黎墟沙河的滲透參數(shù),滲透系數(shù)取值:K=4.25m/d。

(2)定陶區(qū)抽水試驗(yàn)區(qū)

在菏曹運(yùn)河附近做抽水試驗(yàn),勘察揭露土層自上而下有粉質(zhì)粘土、粉土、粘土、粉土共4層,代表刁屯河、新沖小河、店子河、菏曹運(yùn)河、七里河、二坡河、三干溝的滲透參數(shù),滲透系數(shù)取值:K=1.305m/d。

(3)單縣抽水試驗(yàn)區(qū)

在勝利河附近做抽水試驗(yàn),勘察揭露土層自上而下有粉土、粉質(zhì)粘土、粉土共3層,代表黃白河、五干溝、東溝、蔡河的滲透參數(shù),滲透系數(shù)取值:K=5.94m/d。

(4)金鄉(xiāng)縣抽水試驗(yàn)區(qū)

在老萬(wàn)福河附近做抽水試驗(yàn),勘察揭露土層自上而下有粉土、粉土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土共4層,代表蔡河、小王河、吳河、北大溜河、老西溝、大沙河、老萬(wàn)福河、東溝河、蘇河、俞河、魚(yú)清河、白馬河、惠河、幸福河、西支河的滲透參數(shù),滲透系數(shù)取值:K=4.24m/d。

(5)巨野縣抽水試驗(yàn)區(qū)

在巨龍河河段做抽水試驗(yàn),勘察揭露土層自上而下有粉土、粘土、粉質(zhì)粘土、粘土共4層,滲透系數(shù)取值:K=1.57m/d。

(6)鄄城縣抽水試驗(yàn)區(qū)

在箕山河附近做抽水試驗(yàn),勘察揭露土層自上而下有粉土、粉土、粘土、粉質(zhì)粘土共4層,代表金堤?hào)|河、金堤西河、北關(guān)沙河、華營(yíng)河、金堤西河的滲透參數(shù),滲透系數(shù)取值:K=1.85m/d。

(7)東明縣抽水試驗(yàn)區(qū)

在幸福河下游做抽水試驗(yàn),該區(qū)地貌屬于屬黃河沖積平原,勘察揭露土層自上而下有粉土、粘土、中細(xì)砂、粉質(zhì)粘土共4層,代表幸福河、五里河、賈河的滲透參數(shù),滲透系數(shù)取值:K=11.23m/d。

圖2 治理河段水位影響范圍預(yù)測(cè)圖

圖3 治理河段鹽漬化趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖

(8)成武抽水試驗(yàn)區(qū)

在安濟(jì)河附件做抽水試驗(yàn),勘察揭露土層自上而下有粉土、粉質(zhì)粘土、粘土共3層,代表友誼河、彭河、安濟(jì)河、金成河、新西溝的滲透參數(shù),滲透系數(shù)取值:K=1.32m/d。

2.3 預(yù)測(cè)時(shí)段確定

南四湖洼地治理工程總施工期36個(gè)月,跨4個(gè)年度,從第一年7月開(kāi)始進(jìn)行施工準(zhǔn)備,至第四年6月底全面完成。根據(jù)該建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃目標(biāo)及其要求,豐水期地下水來(lái)源于河道滲漏補(bǔ)給,因此將研究區(qū)地下水環(huán)境預(yù)測(cè)時(shí)段確定為122天。

3 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

3.1 水位影響預(yù)測(cè)結(jié)果分析

水位影響預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2所示,限于篇幅限制,選擇有代表性的治理河段進(jìn)行地下水位、影響范圍、單寬滲漏量預(yù)測(cè)結(jié)果分析:豐水期研究區(qū)西部,治理河段位于黃河、洙趙新河上游附近,地下水位受河水位變化影響范圍最大為2743m,最小為1884.46m,平均為2526m(賈河);西南地區(qū),地下水位受影響范圍最大為1926m,最小為525m,平均為1683m(黃白河);南四湖周邊,地下水位受河水位變化影響范圍最大為1813m,最小為1053m,平均1460m(魚(yú)臺(tái)幸福河);中西部地區(qū)影響范圍最大為1134m,最小為577.8m,平均為850m(金城河)。

通過(guò)河道對(duì)地下水補(bǔ)給量計(jì)算可知,賈河對(duì)地下水滲漏量最大,單寬滲漏量為0.98m3(/d.m);微山老運(yùn)河對(duì)地下水滲漏量最小,單寬滲漏量為0.05m3(/d.m)。

3.2 鹽漬化趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果分析

鹽漬化趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果如圖3所示。根據(jù)研究區(qū)的水文地質(zhì)特征,將地下水埋深小于3m的區(qū)段,作為考慮具有鹽漬化趨勢(shì)預(yù)測(cè)對(duì)象。豐水期,西部、東南部部分治理河段,地下水埋深平均在1.7m左右,其中埋深最大為2.9m,最小為0.2m。由此推測(cè)位于黃河、南四湖附近地下水埋深較淺,加之蒸發(fā)量大,土壤鹽漬化趨勢(shì)較大。豐水期,中西、西南部治理河段,地下水埋深平均在4.5m左右,其中埋深最大為12m,最小為3m,土壤鹽漬化趨勢(shì)并不明顯。

4 預(yù)測(cè)結(jié)論與防治對(duì)策

4.1 預(yù)測(cè)結(jié)論

河道治理后,豐水期對(duì)地下水滲漏暫時(shí)性增強(qiáng),研究區(qū)西部、西南地區(qū),治理河段兩側(cè)影響范圍較大,影響距離平均值為1.68~2.53km,南四湖周邊、中西部地區(qū),治理河段兩側(cè)影響范圍相對(duì)較小,影響距離平均值為0.85~1.05km。河道治理后,黃河、南四湖附近,地下水埋深較淺,加之蒸發(fā)量大,土壤鹽漬化趨勢(shì)較大。中西、西南部,地下水埋深平均在4.5m左右,土壤鹽漬化趨勢(shì)不明顯。

4.2 防治對(duì)策淺析

經(jīng)過(guò)20世紀(jì)60~70年代湖西水系調(diào)整后,湖西平原的河網(wǎng)化有效控制了水災(zāi)、旱災(zāi)和土壤鹽漬化的危害,但對(duì)局部鹽漬化土地進(jìn)行全面的利用改良,非短期局部的沖洗排水所能解決。建議采取以下防治對(duì)策:

(1)進(jìn)一步加強(qiáng)河網(wǎng)化建設(shè):通過(guò)河網(wǎng)以東魚(yú)河、洙趙新河等大中型河道為骨干,將整個(gè)湖西平原的水庫(kù)、洼地、坑塘、井渠等聯(lián)系起來(lái),將引水、蓄水、灌溉、排水四個(gè)方面配合起來(lái),才能消除旱災(zāi)、澇災(zāi)、鹽漬化的危害,達(dá)到根治局部土壤鹽漬化的目的。

(2)加強(qiáng)中小河道管理:要保持治理段河道暢通,防止河道水位被人為抬高,特別要防止黃河、南四湖附近,有鹽漬化趨勢(shì)的河段周?chē)叵滤坏纳?,全面控制平原洼地水鹽動(dòng)態(tài)。

(3)建立湖西平原地下水長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng):對(duì)湖西平原地下水水位、水質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè),控制地下水位在臨界深度以下,防止返鹽,構(gòu)建滿足土壤改良和農(nóng)業(yè)綜合利用要求的地下水長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)■

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