吐魯番市灌溉用水質量評價

王欣 阿不都沙拉木·加拉力丁 師蕓宏

摘要主要在對吐魯番市各種灌溉用水，如渠水、泉水、機井水、坎兒井水的水質（pH、電導率、八大離子）進行檢測的基礎上，用不同的分析方法對灌溉用水的水質進行分析。得出的結論是：渠水水質普遍較好，對農作物基本沒有影響；下游的渠水、火焰山南部和艾丁湖北部的機井水及坎兒井水水質一般，勝金口的泉水及附近機井水水質較差，尤其是3月份的各種水資源，水質重度鹽堿化，非常容易進一步加劇土壤的鹽堿化。

關鍵詞灌溉用水；水質；評價

中圖分類號S181.3文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）23-07975-04

基金項目國家自然科學基金項目資助（41261030）；綠洲生態教育部省部重點實驗室基金項目資助（041079）。

作者簡介王欣（1988- ），女，山東青島人，碩士研究生，研究方向：干旱區水資源與環境。*通訊作者，副教授，博士，從事干旱區水資源與環境研究。

收稿日期20140707近年來，隨著我國干旱區灌溉用水質量的不斷下降，土壤逐漸呈現鹽漬化加劇的趨勢。特別是我國新疆吐魯番地區，降雨量稀少，蒸發量巨大，地表水稀缺。在發展灌溉農業的過程中，有些直接使用鹽堿化水，使土壤更加鹽堿化；有些因灌溉方式不當、排水不及時等原因致使地下水位不斷升高，土壤含鹽量增加，土地生產能力下降，給農業生產造成了很大危害。所以，如何在這種干旱缺水地帶根據其水質狀況，更加合理地利用現有的稀缺灌溉水資源就變得尤為重要和關鍵。因此，筆者從吐魯番市水資源的實際現狀出發，對吐魯番市不同灌溉用水的水質進行相關分析，這不僅對作物的持續健康生長有著重要的現實意義，同時也為后期進一步進行土壤鹽分特征分析，防止土壤發生潛在鹽堿化提供了參考依據。

1研究區概況

吐魯番市位于中國新疆維吾爾自治區東部，天山山脈東段南坡的山間斷陷盆地——吐魯番盆地中，其地理位置位于41°12′～43°40′ N，87°16′～91°55′ E 之間，如所示。吐魯番市氣候干旱，極為干燥，年均降水量16.6 mm，年蒸發量達2 845 mm。北部為博格達山，盆地內發育有西北-東南走向的火焰山， 海拔500～800 m。火焰山將吐魯番盆地分隔成兩個次級單元：北部為博格達山與火焰山之間的縱向洼地，南部為火焰山沖積平原及艾丁湖盆地。吐魯番盆地整體以大傾角自北向南傾斜，最低處為艾丁湖，海拔為-154 m[1]。

2吐魯番市水資源現狀

吐魯番市的水資源由地表水和地下水組成。吐魯番市水資源總量為4.08億m3，其中地表水資源3.58億m3，地下水資源0.5億m3。地表水資源主要由天山水系和火焰山水系組成。天山山區主要形成了16條河流，現有4條較大河流，從西向東依次是大河沿河、塔爾朗河、煤窯溝河、黑溝，全市全年大河水引水量為1.75億m3，占總引水量的33.99%。其中大河沿河水量多且穩定，年徑流量可達到1.04億m3；黑溝流量最少，年徑流量僅為0.27億m3[2]。由于這些河流大多為季節性小河流，經下滲后，在向南的潛流中遇火焰山阻隔，上升到地表形成泉流。吐魯番的泉流主要有一碗泉、桃樹園子、七泉湖、大草湖、大旱溝、雅爾乃孜溝、煤窯溝、勝金口等20多處，全市全年引用泉水1.08億m3，占總飲水量的20.97%。這些泉流匯集后，沿火焰山的切口南流，形成火焰山水系，經再次下滲，隨潛流至艾丁湖北緣再度出露， 最終匯聚于艾丁湖中[3]。

吐魯番市的地下水資源主要來源于坎兒井、自流井、電機井。吐魯番市共有機井1 971眼，全市全年機電井提水0.83億m3，占總引水量的16.12%；坎兒井364條，有水坎兒井254條，全市全年引用坎兒井水1.29億m3，占總引水量的25.05%；其余引水來自自流井、人工截流和水庫蓄水，占全市全年總飲水量的3.87%[2]。它們是吐魯番綠洲賴以生存的重要水源。

吐魯番市是新疆最重要的天山北麓農牧業發展帶。吐魯番市現有耕地面積17 365.34 hm2[4]，從水資源利用現狀上來看，農業用水需水量巨大，全市供水量為4.702億m3，僅農業用水就達到4.105億m3，占總用水量的87.3%[5]。

3材料與方法

3.1樣品采集2013年10月份對吐魯番市四大主要渠水、泉水、機井水、坎兒井水、艾丁湖水等21個灌溉水進行了樣品采集，采樣點分布見。水樣采集點分布3.2測定項目及方法參照《農田灌溉水質標準》GB 5084-2005對水樣的pH、電導率、礦化度、八大離子（Mg2+、Ca2+、K+、Na+、HCO3- 、CO32- 、Cl- 、SO42-）等指標進行了水質檢測。其中，pH和電導率分別于采集樣品時直接用pH計和電導計現場測定； Ca2+和Mg2+ 用EDTA滴定法測定；K+ 和Na+ 用差減法測定； HCO3-和CO32-用雙指示劑滴定法；Cl-用AgNO3標準溶液滴定法；SO42-用茜素紅法。課題組人員于3月份在吐魯番市艾丁湖北部灌區采集水樣，其檢測結果

4結果與分析

4.1鹽度、堿度分析當前，灌溉水質綜合評價的指標體系非常多，該研究主要引用3個評價標準對吐魯番市灌溉用水進行綜合評價。首先從河南省地礦局水文地質隊提出的《鹽度、堿度》[6]的評價指標來看，鹽害主要是指氯化鈉和硫酸鈉這兩種鹽分對農作物和土壤的危害，用鹽度表示。其計算方法為：

當r Na+>r Cl-+r SO42-時，鹽度=r Cl-+r SO42- （1）

當r Na+

堿害主要是指碳酸鈉和重碳酸鈉對農作物和土壤的危害，用堿度表示。其計算方法為：

堿度=（r HCO3-+r CO32-）-（r Ca2+ +r Mg2+） （3）

這次采集的水樣，從鹽害來看符合式（2）， 且鹽度均小于15 meg/L；從堿害看，堿度均為負值，所以可判斷，除去艾丁湖的水樣，其余水樣水質類型均為一級水。而3月份采集的水樣，從鹽害看，鹽度均大于40 meg/L，屬于四級水，從礦化度看，礦化度為3～4 g/L，為三級水，而堿度卻為負值，為一級水，無法用單項指標判定其水質類型，所以用模糊綜合評價方法[6]根據隸屬度得到模糊關系矩陣：

R渠水=0001

1000

000.091

R井水=0001

1000

000.291

R坎兒井水=0001

1000

000.361

權重矩陣R=（0.0730.2690.658）

根據綜合評判公式：B=AOR，把A和R進行復合運算，即得：

AOR=max min[aij，Rij]=∨ ni=1（aij∧bij） （4）

根據（4）式得：

B渠水=AOR=（0.0730.2690.658）O0001

1000

000.091=[（0.073∧0）∨（0.269∧1）∨ （0.658∧0）]，[（0.073∧0）∨ （0.269∧0）∨ （0.658∧0）]，[（0.073∧0）∨ （0.269∧0）∧（0.658∧0.09）]，[（0.073∧1）∨ （0.269∧0）∨（0.658∧1）]=（0.269，0，0.09，0.658）

由上述計算可知，3月份的渠水屬于四級重鹽堿水。同理，將機井水和坎兒井水進行式（4）運算得知兩者均為重鹽堿水，不適宜作為灌溉用水。

4.2鈉吸附比分析雖然從鹽害、堿害看，這次的水樣水質較好。但根據礦化度分類限值[7]，大河沿河下游的坎兒井水、煤窯溝左支流下游的渠水，以及勝金口附近的機井水和煤窯溝下游坎兒井水礦化度為1～3 g/L，屬于微咸水；勝金口水庫的泉水屬于咸水；其余水樣均屬于淡水。而3月份采集的各項水樣的礦化度為3～10 g/L，均為咸水。而且研究表明，從鈉吸附比指標看，在入滲水礦化度相同的條件下，入滲水的鈉吸附比越高，對土壤結構團粒結構的破壞越嚴重，使土壤通透性變差，導水能力降低[8]。因此在水質礦化度不同的情況下，分析不同灌溉用水水質的鈉吸附比對土壤及農作物生長的影響也非常重要。所以為了進一步分析這次采集水樣的水質狀況，了解不同水樣對土壤可能造成的潛在影響和危害，該研究選取了國內和國外兩個針對鈉吸附比的評價指標對水樣進行分析。首先，按照所示的Ayers等[9]灌溉水質評價標準對水樣進行分析。

4.2.1鹽化分析。根據ES和TDS綜合來看，只有大河沿河的渠水不影響用水，其余渠水、泉水、機井水甚至坎兒井水都會使土壤輕微鹽化，尤其是大河沿河下游坎兒井水和勝金口水庫及其下游的泉水、附近的機井水，以及煤窯溝下游的坎兒井水將導致土壤中度鹽化，都會影響作物水的可用性。因缺失3月份的電導率數據，而兩組水樣均為吐魯番市的水資源，有一定參照性， 因此可根據 的電導率和礦化度試驗數據進行一元線性回歸，如所示，得到一元線性回歸方程為：

y=0.405+0.643x （5）

式中，y是礦化度，x是電導率。相關系數R為0.883 2，認為兩者有較強的相關性。因此可大致根據式（5）求出3月份各水樣的電導率為5.45、5.13、5.03、13.86。根據ES和TDS分析可以看出，3月份采集的各項水樣均會導致土壤重度鹽化，嚴重影響作物水的可用性。

4.2.2滲透性分析。根據SAR和ES的值判斷，利用大河沿河下游坎兒井水、黑溝上游機井水、勝金口下游機井水、勝金口水庫水及下游泉水進行灌溉，對土壤滲透性基本沒有影響，其余均會對土壤滲透性造成輕微或中度影響，而其中艾丁湖附近的機井水以及煤窯溝的上中下游渠水，塔爾郎河下游機井水和坎兒井水灌溉會對土壤滲透性造成重度影響。3月份采集的水樣對土壤的滲透性影響不大。

4.2.3Na離子毒害分析。雅爾乃孜溝泉水、煤窯溝上游、勝金口水庫水及下游泉水，以及煤窯溝下游的坎兒井水、勝金口下游的機井水灌溉將導致敏感作物Na+輕微或中度毒害，而煤窯溝左支流下游渠水和艾丁湖附近機井水灌溉會導致敏感作物 Na+嚴重毒害。3月份采集的水樣灌溉均會導致敏感作物Na+的嚴重毒害。

42卷23期王 欣等吐魯番市灌溉用水質量評價4.2.4Cl-離子毒害分析。勝金口下游的泉水、機井水、煤窯溝下游的坎兒井水以及艾丁湖附近的機井水灌溉會導致敏感作物Cl-中度毒害。大河沿河下游坎兒井水、勝金口水庫水會導致敏感作物Cl-嚴重毒害。3月份采集的水樣中，坎兒井水會導致敏感作物Cl-中度毒害，艾丁湖水將導致敏感作物Cl-重度毒害。

對農田灌溉來說， 灌溉水的質量取決于灌溉水的總礦化度和鈉離子在陽離子總量中的相對含量。前者是構成土壤鹽化的內在因素， 后者是土壤能否形成堿化的前提。根據綜合危害系數法[10]的分級標準，將灌溉水質分成4級，在分級基礎上，將鈉離子占陽離子的70%以上的認為是高鈉水，其余為低鈉水，其中K值為綜合危害系數，既反映鹽害又反映堿害，其近似計算式為：

K=1 2.4M+SAR （6）

其中，M為灌溉水總礦化度（g/L），SAR為鈉吸附比。

將所有水樣進行式（6）的K值運算，結果如所示。勝金口水庫水及下游泉水、機井水以及艾丁湖附近的機井水為二級水，而前者為低鈉水，后者為高鈉水，所以兩者均可適當灌溉，后者需及時中耕以防止土壤板結現象。其余水樣均為一級水，允許作物按需要進行常年灌溉。而3月份采集的水樣全為高鈉水，且K值均高于44，全為四級水，灌后土壤易堿化，最好不用于灌溉。與同實驗室前期結論基本一致[5]，檢測得知土壤均為堿性土，且鹽化嚴重。

水樣綜合危害系數示意5結論

通過測定吐魯番市各灌溉水pH、電導率、礦化度、鹽分離子的含量，研究不同水資源的灌溉水質對吐魯番市灌溉土壤的影響，結論如下。

（1）總體來看，大河沿河灌溉用水的水質最好，且水量充足較穩定，能滿足作物的生長要求；塔爾郎河、煤窯溝、黑溝的灌溉用水水質較好，但會輕度影響作物生長；雅爾乃孜溝泉水以及各大河流下游水，即火焰山以南灌溉水、艾丁湖以北灌溉水無論是坎兒井水還是機井水的水質均良好，會輕度或中度影響作物；而勝金口灌溉用水水質較差，會重度影響作物生長，非常容易使土壤灌溉后出現板結現象，所以在使用勝金口灌溉用水時須高度重視土壤次生災害。

（2） 3月份采樣點分布于煤窯溝與塔爾郎河的下游，火焰山以南，艾丁湖以北灌區。該區是河水、機井水、泉水、坎兒井水混灌，處于渠水下游區，渠水水質較差，而此處地下機井水多為上游渠水及灌溉用水下滲，水質也較差，均為重鹽堿性水，所以基本不適宜作為灌溉用水。但是3月份為農業灌溉用水高峰期，且為渠水枯水期，水量稀少，水資源供需緊張，且艾丁湖北部灌區本身地勢低洼，地下水位因灌溉容易迅速抬升，所以在使用此區灌溉用水時必須做好排水系統，在夏季渠水較多時，混合灌溉用水，以減輕次生鹽堿化的影響。

參考文獻

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