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摘 要： 提要:為進(jìn)一步明確人類社會在發(fā)展過程中特定區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉水量、地下水位與水質(zhì)的和諧關(guān)系，遏制生態(tài)環(huán)境惡化、土壤鹽漬化等一系列問題，以克拉瑪依農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)為典型研究區(qū)，充分借助現(xiàn)有地下水位、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及農(nóng)業(yè)灌溉用水?dāng)?shù)據(jù)等，采用相關(guān)分析法、統(tǒng)
提要:為進(jìn)一步明確人類社會在發(fā)展過程中特定區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉水量、地下水位與水質(zhì)的和諧關(guān)系，遏制生態(tài)環(huán)境惡化、土壤鹽漬化等一系列問題，以克拉瑪依農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)為典型研究區(qū)，充分借助現(xiàn)有地下水位、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及農(nóng)業(yè)灌溉用水?dāng)?shù)據(jù)等，采用相關(guān)分析法、統(tǒng)計(jì)分析法開展了特定條件下農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水水量與水質(zhì)影響的研究。通過分析可知:(1)研究區(qū)地下水位在1997～2013年間呈持續(xù)上升趨勢，共上升了6.85m，年均上升幅度為0.53m;以2001～2006年間上升最快，上升了4.87m，并以2006年最突出，一年內(nèi)就上升了1.61m;(2)農(nóng)業(yè)灌溉對所在區(qū)域地下水位的抬升產(chǎn)生了一定影響，農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)域內(nèi)外地下水位相差1.22～1.35m;(3)農(nóng)業(yè)灌溉定額越大，地下水位持續(xù)上升越明顯，研究區(qū)合理的控灌水量為7300×104m3;(4)過多的農(nóng)業(yè)灌溉水量引起了地下水位的過快上升，使礦化度呈下降趨勢、pH值呈增大趨勢，加劇了土壤鹽漬化的可能性，需引起一定的關(guān)注。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)灌溉;地下水位;水質(zhì);土壤鹽漬化;控灌水量
由于降水與水資源時空分布的不均勻性決定了北方干旱、半干旱地區(qū)需以不同水源作為保證農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)的必要條件，其保障程度受自然因素與社會因素影響較大，直接決定著所在區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提高、甚至影響到社會穩(wěn)定，這也促使干旱、半干旱地區(qū)想方設(shè)法尋求、改進(jìn)灌溉方式、灌水水平，以求使匱乏的水資源盡可能大的在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮作用，達(dá)到增產(chǎn)、增效、節(jié)水、節(jié)肥等目標(biāo)。傳統(tǒng)的灌水方式也從大水漫灌，慢慢向溝灌、畦灌、滴灌、滲灌等方式轉(zhuǎn)變，并不斷通過試驗(yàn)向不同地區(qū)大量推廣適宜所在區(qū)域的高效節(jié)水方式。新疆作為干旱、半干旱地區(qū)的典型，特殊的地形條件、深居內(nèi)陸的地理位置，造成了致雨水汽稀少，尤其是平原區(qū);加之強(qiáng)烈的蒸發(fā)，嚴(yán)重影響著水量的收支平衡，在這種特殊、惡劣的自然環(huán)境下，人們?yōu)樯睢⑸婢托柙谕寥垒^肥沃的區(qū)域采用引水灌溉方式來發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而可用的水源多發(fā)源于冰雪富集的高寒山區(qū)，并以冰雪消融水與降水為主，這也決定了特殊的山-盆體系所形成的綠洲是適宜人類生活聚集的區(qū)域。由于受管理水平、人力、物力、財力的影響，粗放的、不合理的農(nóng)業(yè)用水管理方式，對所在區(qū)域地下水產(chǎn)生了一定的影響，比較突出的是地下水位的急劇上升與下降、農(nóng)業(yè)面源污染對地下水、河流、湖泊水質(zhì)造成了較大的影響，使得水質(zhì)惡化、富營養(yǎng)化問題頻現(xiàn)，這主要是農(nóng)牧民過度的追求農(nóng)業(yè)產(chǎn)量最大化的結(jié)果。因此，為合理指導(dǎo)所在區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源的合理開發(fā)利用，需對農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水水量與水質(zhì)的影響方面開展研究，以其為所在區(qū)域合理農(nóng)業(yè)灌溉用水定額的制定提供一定的指導(dǎo)依據(jù)。
合理的農(nóng)業(yè)灌溉水量、地下水位變動規(guī)律及土壤鹽漬化等問題是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中普遍存在與關(guān)注的問題，需合理的從定性與定量的角度確定不同因素之間的關(guān)系，以更好的實(shí)現(xiàn)水、土地、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面的可待續(xù)發(fā)展。為此，不同學(xué)者從不同的角度對相關(guān)方面開展了大量的研究。蔣勇軍等[1]通過對典型巖溶農(nóng)業(yè)區(qū)地下水質(zhì)與土地利用變化分析，認(rèn)為所在區(qū)域耕地的擴(kuò)張、農(nóng)藥化肥的大量使用造成地下水中相關(guān)指標(biāo)的上升及超標(biāo)，以及林地質(zhì)量的下降與土地石漠化的加劇。部分研究表明，不合理的土地利用將造成地下水相關(guān)離子濃度的升高，并有可能導(dǎo)致地下水污染[2];農(nóng)業(yè)用地的擴(kuò)張及集約農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，將引起地下水礦化度的增大，易引起土壤鹽漬化[3];農(nóng)藥、化肥的大量使用，加劇了農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的可能性，造成了地下水的污染[4];對于以地下水灌溉為主的區(qū)域，部分研究者對可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)灌溉與地下水取水之間的關(guān)系進(jìn)行了探討[5，6]。范建勇等[7]對華北平原地下水超采的主因分析認(rèn)為是過度農(nóng)業(yè)灌溉用水造成的，張光輝等對華北平原農(nóng)業(yè)灌溉與地下水之間的響應(yīng)關(guān)系以及對區(qū)域水資源承載能力開展了研究，并提出了相應(yīng)的可持續(xù)評價方法[8-10]。李小東等[11]開展了新疆南疆典型區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)與農(nóng)田鹽漬化的研究，闡明了二者之間的關(guān)系，并為所在區(qū)域合理及高效灌溉制度的確定提供了一定的指導(dǎo)。考慮到地下水位的波動變化與土壤鹽漬化之間存在較大的聯(lián)系，部分研究者關(guān)于不同區(qū)域地下水與土壤鹽分分布特征[12]、兩者之間的關(guān)系[13]、調(diào)控原則與方法[14]、土壤鹽漬化評價[15]、治理方法[16]等方面也開展了大量的研究。由于不同農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)域本身灌溉水源、地下水位、水質(zhì)以及土壤質(zhì)地的差異性，農(nóng)業(yè)灌溉用水與地下水水量、水質(zhì)的關(guān)系存在較大的差異，表現(xiàn)出的現(xiàn)象也不盡相同，從水資源保護(hù)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、地下水超采及污染防治方面入手需針對具體問題進(jìn)行具體分析。
隨著石油的發(fā)現(xiàn)，為克拉瑪依這座以石油命名、位于土壤貧瘠的戈壁荒地城市帶來了勃勃生機(jī)，現(xiàn)已變成了國家重要的石油石化基地、新疆重點(diǎn)建設(shè)的新型工業(yè)化城市，已成為非常適宜人類居住、生活的地區(qū)。考慮到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源分布不匹配的因素，所在區(qū)域通過使用外流域水源及跨區(qū)域調(diào)水的方式來解決不同部門的用水需求，但由于集中調(diào)配的水資源無法一時半會消耗，這就促使所在區(qū)域優(yōu)選地形條件，修建了一定數(shù)量的平原水庫，并在一定程度上影響到了水文循環(huán)過程。隨著石油資源的多年開采，當(dāng)?shù)卣疄楸苊馐涂萁咚鶐硪幌盗袉栴}，在所在區(qū)域土壤肥沃、適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域大力發(fā)展農(nóng)業(yè)，主要是在克拉瑪依西南角地勢低洼的大農(nóng)業(yè)區(qū)域。由于地勢低洼，大量的地下水賦存于這一區(qū)域，加之周邊修建了一座水庫，以及粗放的農(nóng)業(yè)用水管理對所在區(qū)域地下水水量與水質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響。因此，特定環(huán)境下如何合理的確定農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水水量與水質(zhì)影響的研究，將有助于發(fā)展高效農(nóng)業(yè)，緩解持續(xù)農(nóng)業(yè)大開發(fā)所引來的水資源緊張、匱乏的局面，可更好的為所在區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的持續(xù)提高、城市的全面發(fā)展提供一定的參考依據(jù)。
1材料與研究方法
1.1研究區(qū)概況
克拉瑪依市地處準(zhǔn)噶爾盆地西北邊緣，地理位置介于東經(jīng)84°44'～86°01'、北緯44°07'～46°08'，全市面積9500km2，其中克拉瑪依市主城區(qū)面積48km2;屬典型的大陸性氣候，干燥少雨，年均降水量為109mm，多集中在5～8月，年蒸發(fā)量平均在2958mm(Φ20cm蒸發(fā)皿)。年溫差與月溫差大，夏季酷熱，冬季嚴(yán)寒，多年平均氣溫7.6℃，最高氣溫達(dá)42.9℃，最低氣溫為-35.9℃，平均無霜期190天，日照時間長，平均凍土深度163cm，八級以上大風(fēng)天數(shù)達(dá)67天。
克拉瑪依市農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)(一期)位于新疆準(zhǔn)格爾盆地西部邊緣的半荒漠湖積平原上，距克拉瑪依市中心市區(qū)東南部約10km，區(qū)域總面積為554.9km2;所在區(qū)域土地是古瑪納斯湖潴留、遷移與干縮過程中形成的殘余沼澤土，土壤質(zhì)地較粗，以壤土為主并間有砂層，透氣性好，有機(jī)質(zhì)含量5～53.7g/kg，不存在原生鹽層。整個區(qū)域地勢較為平坦，自西南向東北緩慢傾斜，易于大規(guī)模開發(fā)。近年來，全區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)面積14267hm2，已建成滴灌節(jié)水面積11067hm2。
1.2數(shù)據(jù)來源
本研究分別從克拉瑪依市農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)管委會、新疆油田公司供水公司收集得到農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)(一期)從建設(shè)(1997年)到2013年區(qū)域布設(shè)的區(qū)域內(nèi)、區(qū)域外分別39眼與9眼地下水位觀測資料及2012～2013年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù);農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)自2008年后精確計(jì)量的農(nóng)業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)，以及阿依庫勒水庫自2006年來有記錄的水庫蓄水量數(shù)據(jù)。
1.3研究方法
采用相關(guān)分析法、統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行特定條件下農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水量與水質(zhì)的影響研究。
2結(jié)果與分析
2.1地下水埋深動態(tài)變化規(guī)律
結(jié)合克拉瑪依市農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)(一期)1997年～2013年地下水位觀測數(shù)據(jù)(圖1)可以看出，研究區(qū)地下水位自2000年開墾種植前，全區(qū)域地下水埋深基本維持在10.80m，而從2001年開始種植灌溉后，地下水位持續(xù)上升，到2013年全區(qū)地下水平均埋深已上升至3.95m，13年間地下水位上升了6.85m，年均上升幅度為0.53m。地下水位上升最快的年份是2001年～2006年，在這六年間全區(qū)域地下水平均埋深從10.80m迅速上升至5.93m，年均上升幅度為0.81m，特別是2006年，一年內(nèi)就上升了1.61m。究其原因主要是:1)阿依庫勒水庫自1997年建設(shè)至正常運(yùn)行期間，水庫水量滲漏對于下游區(qū)域地下水位的上升產(chǎn)生了一定的影響;2)農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)建設(shè)過程中土地平整，使沙土包變成了土壤質(zhì)地疏松不一的農(nóng)田，加之大水漫灌的灌水方式，使灌溉耗水量偏大，造成了大量農(nóng)業(yè)灌溉用水滲漏至地下補(bǔ)給地下水，使地下水位上升過快;3)由于農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)開墾種植初期，用水管理部門對不同作物耗水規(guī)律及合理灌溉水量掌握不夠、不合理，形成了有水就灌、缺水就灌的現(xiàn)象，加之過大的、統(tǒng)一的作物灌溉定額，加劇了所在區(qū)域地下水位的快速上升。圖1研究區(qū)地下水位動態(tài)變化過程Figure1Dynamicchangeofgroundwaterlevelinthestudyarea
2006年后所在區(qū)域的地下水位上升速度開始逐漸減緩，2007～2013年地下水埋深由5.93m上升至3.95m，七年間上升了2.02m，年均上升幅度為0.29m，比2006年前年均上升速度減緩了一半，特別是2013年地下水位僅上升了0.02m，地下水位上升的勢頭已得到基本遏制。
2.2農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水量的影響
2.2.1區(qū)域內(nèi)外地下水位變化差異性分析
為合理的分析農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水的影響，選取農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)內(nèi)外具有同期(2010年～2013年)地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，具體如表1所示。對比可以看出，區(qū)域內(nèi)2010年～2013年地下水埋深在2.60～3.33m之間，而區(qū)域外地下水埋深在3.95～4.55m之間，兩者相差1.22～1.35m;年均增幅總體上是區(qū)域內(nèi)大于區(qū)域外，但2012年存在一定較小的偏差，主要原因可能是水位監(jiān)測的誤差及以將區(qū)內(nèi)、外地下水埋深加權(quán)平均后就掩蓋了農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)真實(shí)的地下水埋深狀況。總體上可以看出，由于農(nóng)業(yè)灌溉對所在區(qū)域地下水位的抬升產(chǎn)生一定影響，但由于同期、同步數(shù)據(jù)資料較少，無法尋求具體規(guī)律，還有待于進(jìn)一步補(bǔ)充完善資料進(jìn)行分析。
2.2.2農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水位的影響
為合理的分析農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水的影響，選取研究區(qū)同期(2008年～2013年)地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)與灌溉引水量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析(表2)。可以看出，近6年來所在區(qū)域年總灌溉用水量1×108m3左右，2012與2013年總灌溉用水量有所減少，按農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)總灌溉面積14267hm2計(jì)算，2008～2010年，平均灌溉定額為31.1～33.0m3/hm2;2012年灌溉定額為28.2m3/hm2，年均地下水位比上年上升28cm;2013年灌溉定額為27.6m3/hm2，年均地下水位比上年上升18cm。對所在區(qū)域林業(yè)用地與農(nóng)業(yè)種植區(qū)域?qū)Ρ确治隹芍?012年農(nóng)業(yè)區(qū)總灌溉用水量6544×104m3，總灌溉面積8600hm2，平均灌溉定額為33.8m3/hm2，年均地下水位比上年上升41cm;林區(qū)總灌溉用水量2509×104m3，總灌溉面積5667hm2，平均灌溉定額為19.7m3/hm2，年均地下水位比上年上升8cm。2013年農(nóng)業(yè)區(qū)8600hm2灌溉面積，總用水量6587.9×104m3，平均灌溉定額為34.0m3/hm2;年均地下水位比上年上升23cm;造林減排基地5667hm2灌溉面積，總用水量2281.1×104m3，平均灌溉定額為17.9m3/hm2，年均地下水位比上年上升9cm。所在區(qū)域地下水位升降與引入?yún)^(qū)內(nèi)的水量直接相關(guān)，2013年引入?yún)^(qū)內(nèi)的水量比2012年少184.4×104m3，2013年的年均地下水位上升幅度就比2012年減小了10cm;林區(qū)近兩年平均灌溉定額為17.9～19.7m3/hm2，年均地下水位只比上年上升了8～9cm;而農(nóng)業(yè)種植區(qū)近兩年平均灌溉定額為33.8～34.0m3/hm2;年均地下水位比上年上升23～41cm，說明過大的灌水量導(dǎo)致了地下水位的快速上升。
為合理的確定所在區(qū)域年灌溉用水，保持地下水位不變情況下，分析年灌溉用水量和年均地下水位相關(guān)關(guān)系(圖2)。從圖中分析可知，當(dāng)農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)灌溉面積14267hm2保持不變的情況下，年灌溉用水總量控制在7300×104m3，平均灌溉定額控制為22.7m3/hm2時，地下水位升降值為0;否則若水量高于或低于7300×104m3，將會引起所在區(qū)域地下水位過于明顯的抬升或下降，進(jìn)而引起土壤鹽漬化或其他生態(tài)環(huán)境問題。考慮到目前可用的引水量數(shù)據(jù)與同期地下水位監(jiān)測資料較短，影響到了建立兩者之間的關(guān)系，預(yù)估的所在區(qū)域地下水位控制的灌溉紅線可能還存在一定的偏差，有待于進(jìn)一步的探究。
2.3農(nóng)業(yè)灌溉用水對地下水水質(zhì)的影響
由于目前研究區(qū)內(nèi)可用的同期、同步水質(zhì)檢測資料較少，完整的資料時間只有2012年與2013年，因此，本研究只對2012年與2013年水質(zhì)資料進(jìn)行分析，并且對比分析發(fā)現(xiàn)，所檢測的水質(zhì)指標(biāo)中除pH值與礦化度指標(biāo)存在差異外，其他指標(biāo)變化不明顯，因此，只對這兩個指標(biāo)進(jìn)行對比分析(表3)。
從表3中可以看出，2012年與2013年農(nóng)業(yè)引水量相差不大，全區(qū)減少了184×104m3，其中林區(qū)減少了228×104m3，農(nóng)業(yè)種植區(qū)增加了44×104m3;地下水位全區(qū)基本持平，相差0.02cm;單獨(dú)從區(qū)域內(nèi)、外分析，水位呈上升趨勢，其中農(nóng)業(yè)種植區(qū)全區(qū)及區(qū)域內(nèi)地下水呈上升趨勢、區(qū)域外呈下降趨勢，而林區(qū)全區(qū)及區(qū)域外地下水呈下升趨勢、區(qū)域內(nèi)呈長升趨勢;從pH值分析可以看出整個區(qū)域水質(zhì)呈堿性，pH值總體呈增大趨勢，并且區(qū)域內(nèi)的pH值高于區(qū)域內(nèi)，增大趨勢更明顯，這與長期過高的地下水位引起土壤鹽漬化有關(guān)。從礦化度指標(biāo)可以看出，全區(qū)礦化度呈降低趨勢，而區(qū)域內(nèi)、外礦化度增減不一，主要是受水質(zhì)檢測點(diǎn)數(shù)量不一致的因素造成。結(jié)合研究區(qū)礦化度長期變化趨勢數(shù)據(jù)(圖3)也可以看出研究區(qū)總體礦化度呈下降趨勢，并呈明顯的線性下降趨勢，但仍高達(dá)10g/L以上，屬高礦化度咸水，對作物的危害極大。因此，可以看出農(nóng)業(yè)灌溉用水對所在區(qū)域地下水水質(zhì)有一定的影響，但由于同時、同步監(jiān)測、檢測數(shù)據(jù)系列較短，無法確定具體的影響規(guī)律。考慮到研究區(qū)域內(nèi)外水質(zhì)檢測點(diǎn)不同因素的干擾每年均在發(fā)生變化，存在點(diǎn)不固定、觀測時間不一致的現(xiàn)象，影響到規(guī)律分析的合理性、結(jié)果的差異性，還有待于結(jié)合長期資料進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
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