蘇打鹽堿土灌區(qū)退水排放模式研究

王軍海

（吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院 吉林長春 130021）

1 項目概況

松原灌區(qū)位于吉林省西部松嫩平原，是哈達(dá)山水利樞紐的主要配套工程，也是列入《吉林省增產(chǎn)百億斤商品糧能力建設(shè)總體規(guī)劃》的重要商品糧基地之一。該區(qū)域地勢平坦，土層深厚，光熱條件較好，適宜進(jìn)行規(guī)模農(nóng)業(yè)開發(fā)。由于當(dāng)?shù)亟涤晟俣痪乇硭Y源嚴(yán)重短缺，且現(xiàn)有水利基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，調(diào)蓄能力較低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺乏可靠的水資源保障，基本處于靠天收獲狀態(tài)，糧食產(chǎn)量極不穩(wěn)定，制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。該區(qū)域內(nèi)還有大片中低產(chǎn)田和未開墾的鹽堿荒地，在進(jìn)行土地改良、科學(xué)種植與灌溉的情況下，具有良好的農(nóng)業(yè)開發(fā)和糧食生產(chǎn)潛力。

灌區(qū)范圍為南以前郭縣的套海及乾安縣的大情字井連線為界，西到乾安縣大布蘇鎮(zhèn)和大安市的大崗子鎮(zhèn)，北到霍林河北股及查干湖一線；地理位置為東經(jīng) 123°30′51"～124°59′59"，北緯44°45′12"～45°22′22"。灌區(qū)控制范圍包括松原市的前郭縣、乾安縣、寧江區(qū)和白城市的大安市部分土地。總土地面積511.66萬畝，設(shè)計灌溉面積為285萬畝，其中：水田131.02萬畝，旱田123.93萬畝，天然草場灌溉30.05萬畝。

松原灌區(qū)改造鹽堿荒地面積 80.55萬畝，新增水田面積67.44萬畝，每年灌溉退水1.68億m3補給灌區(qū)內(nèi)的泡沼，可增加濕地面積 11711hm2，對改善區(qū)域小氣候，提高濕地生物多樣性，改善現(xiàn)有鹽堿泡沼的水質(zhì)，遏制區(qū)域土地“堿化、退化”進(jìn)一步擴展有著積極的作用。建設(shè)松原灌區(qū)，可充分發(fā)揮哈達(dá)山水利樞紐工程的綜合利用效益，改造鹽堿化土地，增加耕地面積，改善灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高糧食產(chǎn)量和農(nóng)民收入，對保障國家糧食安全、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境等具有重要作用。

2 灌區(qū)排水去向

工程規(guī)劃區(qū)是世界三大鹽堿地之一，灌區(qū)地勢為南高北低、西高東低，西南至東北地面坡度為1/3000左右，最高點為西南方向的大布蘇湖一帶，最低點為東北部的查干湖，自然排水去向是灌區(qū)內(nèi)的閉流泡沼和查干湖一帶。查干湖為國家級自然保護(hù)區(qū)，考慮灌區(qū)新開發(fā)水田基本均為鹽堿地，為避免灌區(qū)開發(fā)初期的高鹽分退水對查干湖國家級自然保護(hù)區(qū)的保護(hù)對象及功能造成不利影響。通過構(gòu)建及選擇合適的排水承泄區(qū)，在保護(hù)天然濕地的基礎(chǔ)上，同步建設(shè)人工濕地系統(tǒng)，確保滿足洗鹽廢水處理及承泄區(qū)水質(zhì)保護(hù)相關(guān)要求。采取有效措施處理農(nóng)田退水，減輕農(nóng)藥化肥殘留物對濕地及周邊水體水質(zhì)的不良影響。

3 排水承泄區(qū)的構(gòu)建

3.1 承泄區(qū)總體情況

考慮到本項目新開發(fā)的水田，土壤鹽漬化程度均較高，在水田開發(fā)初期，退水中可溶鹽分離子濃度必然將會很高，若含高鹽分的退水直接排放到查干湖中，對查干湖水質(zhì)將會產(chǎn)生一定的不利影響。為了減輕對查干湖的影響，同時考慮區(qū)內(nèi)的湖泡的水面恢復(fù)，設(shè)計選擇區(qū)內(nèi) 13個泡沼（水域總面積達(dá) 9206hm2）及在霍林河河口處構(gòu)筑1處濕地（面積5665hm2），恢復(fù)天然濕地和構(gòu)筑人工濕地，作為水田退水的承泄區(qū)形成蘆葦濕地處理系統(tǒng)的天然屏障，承泄、凈化退水，同時，仍將第二松花江及新廟泡作為前郭灌區(qū)的退水出路，退水水量及承泄區(qū)情況見表1。

表1 灌區(qū)水田退水水量及承泄區(qū)情況表

3.2 葦田承泄區(qū)設(shè)計情況

3.2.1 霍林河河口葦田承泄區(qū)

葦田承泄區(qū)位于灌區(qū)西北側(cè)，查干湖西側(cè)，結(jié)合霍林河河口地形條件，在河口處構(gòu)筑葦田承泄區(qū)，形成蘆葦濕地處理系統(tǒng)的天然屏障，承泄區(qū)面積5665hm2，灌區(qū)的排水通過各級排水溝道，自流進(jìn)入灌區(qū)下游的葦田承泄區(qū)。該承泄區(qū)的作用是為防止灌溉可能含有有害物質(zhì)的退水直接排入查干湖，給查干湖帶來環(huán)境污染。

為防止霍林河發(fā)生洪水時，沖毀承泄區(qū)，將承泄區(qū)內(nèi)鹽堿帶入查干湖。沿霍林河河道左右兩岸各布置一條圍堤。按霍林河河道行洪寬度500m，洪水標(biāo)準(zhǔn) 50年一遇，設(shè)計堤頂寬 2.0m，設(shè)計內(nèi)外邊坡均為1﹕1.5，填筑高程為1.5m。在霍林河南北股匯水口后設(shè)一道溢流堰，長度為500m，高程131.9m，溢流堰前設(shè)置一道退水閘，在非行洪期將退水排入承泄區(qū)。修建圍堤后，霍林河將葦田承泄區(qū)分成南北兩個區(qū)域。

（1）北部區(qū)域

北部區(qū)域工程主要由承泄區(qū)北側(cè)沿岸圍堤、霍林河北岸圍堤、南側(cè)有二級臺地及三道葦田溢流堰組成，形成蘆葦濕地處理系統(tǒng)。區(qū)域面積4238 hm2，承泄大安龍海灌片的退水。

承泄區(qū)北側(cè)沿岸圍堤起點為于家洼子村南側(cè)，終點為萬家圍子村，長度為11.4km，平均地面高程為 131.3m，最大水深 0.6m，風(fēng)浪爬高0.3m，安全超高0.5m，設(shè)計圍堤頂高程為132.7m，設(shè)計堤頂寬2.0m，設(shè)計內(nèi)外邊坡均為1﹕1.5。

（2）南部區(qū)域

南部區(qū)域由霍林河南岸圍堤及南部臺地組成。面積1483 hm2，承泄水字子灌片退水。

3.2.2 其他葦田承泄區(qū)

在大口字泡恢復(fù)和構(gòu)筑蘆葦濕地，水域面積達(dá)1092hm2，平均水深0.6m，蘆葦面積437hm2。設(shè)置長約1013m堤壩，堤高1.5米，堤頂寬2米，邊坡1﹕2。

在云字泡附近，恢復(fù)和構(gòu)筑面積為 420hm2的濕地（含云字泡），平均水深1.4m，蘆葦面積168 hm2。設(shè)置兩處圍堤，一處長1000m，一處長2100m，堤高1.6m，堤頂寬2m，邊坡1﹕2。

同時張家泡、洪字泡、夜字泡和收字泡蘆葦面積分別為 675 hm2、562 hm2、324 hm2和 53 hm2。

在各排水干渠道內(nèi)種植蘆葦，進(jìn)一步凈化退水。為保證蘆葦正常生長，要控制濕地內(nèi)的水深，在蘆葦生長萌發(fā)期，水深應(yīng)控制在0.5m以下，正常生長期要控制在1.0m以下。

4 承泄區(qū)承泄能力分析

4.1 水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放情況分析

新開墾片區(qū)初期排水中，鹽分離子濃度均較高，達(dá)標(biāo)排放年份基本都在第7年至第9年，而前郭灌區(qū)由于新開墾的水田較少，開墾當(dāng)年，鹽分離子即可達(dá)標(biāo)排放。由此可見，經(jīng)多年灌溉洗鹽后，退水水質(zhì)會明顯改善，根據(jù)相鄰的灌區(qū)有關(guān)試驗及本灌區(qū)退水水質(zhì)的預(yù)測結(jié)果，開發(fā)在10年以上的水田退水已經(jīng)完全可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。詳見表2。

4.2 承泄能力分析

根據(jù)承泄區(qū)的容積，同時考慮承泄區(qū)的降雨、蒸發(fā)及滲漏等因素。當(dāng)承泄區(qū)泡沼蒸發(fā)滲漏量大于退水量時，承泄區(qū)可完全接納水田退水，可不向外環(huán)境排放退水。各承泄區(qū)的承泄能力分析見表 3。

大安龍海灌片共設(shè)置7處泡沼及1處濕地承泄退水，其中后大榆樹、菜字泡、姜科泡、張家泡在2-10年以上有退水外排，除了姜科泡外，其余三個泡子外排水年限均在10年以上。這4個泡子外排退水也排入霍林河濕地，由于霍林河濕地蒸發(fā)量較大，因此排入退水經(jīng)濕地滯蓄蒸發(fā)利用，可不外排。

乾安灌片選擇霍林河濕地、洪字泡、夜字泡、收字井泡、云字泡及大口子濕地作為承泄區(qū)，經(jīng)計算，除了收字井泡及洪字泡外，其余泡塘及濕地均可容納退水，不外排。洪字泡及收字井泡外排退水年限均大于10年，甚至達(dá)到40年之后，外排放的退水量也很小，每年僅為56萬 m3及6萬m3，屆時排入查干湖的水質(zhì)已經(jīng)完全可以滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別是可溶鹽分離子濃度已經(jīng)大大的降低，可以減輕對查干湖的影響。而對于大布蘇子灌片產(chǎn)生的水田退水，通過渠道排入誠裕豐化工有限公司的鹽田，供該企業(yè)進(jìn)行硝堿生產(chǎn)過程中利用。

前郭灌區(qū)屬于改擴建灌區(qū)，除了戎字子灌片部分退水進(jìn)入大口子濕地外，其余退水去向有兩個，一是進(jìn)入第二松花江，二是進(jìn)入新廟泡（再流入查干湖）。本項目實施后，4715萬 m3的退水通過豐泉泄干、五泄干、七門吐泄干和二馬泡泄干進(jìn)入第二松花江，其余4810萬m3的退水通過引松干渠等進(jìn)入新廟泡。

表3 灌區(qū)水田退水水量及承泄區(qū)情況分析表

由以上分析可知，經(jīng)多年灌溉洗鹽后，退水水質(zhì)會明顯改善，根據(jù)相鄰的灌區(qū)有關(guān)試驗及本項目退水水質(zhì)的預(yù)測結(jié)果，開發(fā)在10年以上的水田退水已經(jīng)完全可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。各承泄區(qū)承泄能力均在10年以上，即在不發(fā)生洪水的正常情況下，本工程設(shè)置的承泄區(qū)可保證初期超標(biāo)的高鹽分廢水均可在承泄區(qū)內(nèi)蓄存，不會排放到查干湖內(nèi)，可以有效的保護(hù)查干湖水質(zhì)。

5 承泄區(qū)設(shè)置合理性分析

根據(jù)灌區(qū)的地形條件、水田面積分布情況及泡沼位置，進(jìn)行總體布置，充分利用灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的13個泡沼的滯蓄能力，使灌區(qū)部分水田退水進(jìn)入泡沼，既解決了灌區(qū)退水問題，又為泡沼補水創(chuàng)造了條件。

蘆葦濕地是介于陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡類型，是一種半水生、半陸生的過渡性植物。蘆葦濕地可滯留沉積物、有害有毒物質(zhì)和富營養(yǎng)物質(zhì)，有效降解環(huán)境的污染，以有機質(zhì)的形式存貯碳元素，進(jìn)而減少溫室效應(yīng)。蘆葦濕地也是眾多動物、植物生育的理想場所。

遼寧省蘆葦研究所多年對蘆葦處理污水的研究成果，普通品種的蘆葦可吸收水中30%以上的鹽份，可吸收土壤中90%左右的鹽份。蘆葦在Cl-濃度7000mg/l以下的水中都可以生長良好，如選用耐鹽品種蘆葦，還可適應(yīng)更高濃度(Cl-)的廢水。根據(jù)已通過環(huán)保部審查的《吉林省增產(chǎn)百億斤商品糧能力建設(shè)總體規(guī)劃環(huán)境影響報告書》，蘆葦吸收Na+離子的能力為62.1g/m2；Cl-去除率按水中含量的30%計，全鹽量的去除率按30%計。蘆葦濕地對磷的吸收能力為 120 kg/hm2·a，對氮的吸收能力為800 kg/hm2·a。

在退水大量注入承泄泡沼后，將保證蘆葦生長具有充足的水分，可使泡沼內(nèi)葦田根部孿生迅速，生長良好，蘆葦?shù)纳锪恳矔鹉暝黾樱ㄟ^蘆葦收割可帶出的更多的鹽分和氮磷污染物。為使退水得到充分凈化，蘆葦濕地處理系統(tǒng)分三級，按梯級模式進(jìn)行建設(shè)，第一級和第二級面積可以稍少，均按總面積的1/4考慮，第三級面積最大，可按總面積的1/2考慮。為充分發(fā)揮蘆葦濕地的凈化作用，須對蘆葦進(jìn)行定期收割，以使N、P等營養(yǎng)物質(zhì)及鹽分徹底脫離水體。

在水田開發(fā)的初始階段，由于承泄泡沼內(nèi)形成的蘆葦濕地對鹽分離子的吸收能力小于退水帶入的鹽分量，會造成泡沼內(nèi)鹽分的累增。隨著退水帶入的鹽分離子的量逐年減少，當(dāng)帶入的鹽分量小于蘆葦濕地的凈化能力時，承泄泡沼內(nèi)累積的鹽分離子的量會逐年減少。各承泄泡沼對N、P均具有較強的吸收能力，均大于每年向泡沼內(nèi)排放的退水所帶來的N、P總量。

綜上，承泄區(qū)可完全接納水田退水，而不向外環(huán)境排放退水，且蘆葦濕地對鹽分離子和氮磷污染物吸收能力較高，因此蘆葦濕地規(guī)模可以滿足灌區(qū)退水處理要求。

6 結(jié)論

松原灌區(qū)水田灌溉面積為131.02萬畝，年退水量為1.68億m3，改造鹽堿荒地面積80.55萬畝，土壤鹽漬化程度均較高，在開發(fā)初期，退水中可溶鹽分離子濃度必然將會很高，設(shè)計選擇區(qū)內(nèi)13個泡沼及在霍林河河口處構(gòu)筑1處濕地，作為水田退水的承泄區(qū)形成蘆葦濕地處理系統(tǒng)的天然屏障，滯蓄和凈化退水，避免含高鹽分的退水直接排放到查干湖，對其水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

通過構(gòu)建合理的承泄區(qū)，為開發(fā)松原灌區(qū)工程，改造大面積鹽堿荒地，改善中低產(chǎn)田，以及對草原實施灌溉奠定了堅實的基礎(chǔ)。必將對改善項目區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)、牧業(yè)生產(chǎn)條件，調(diào)整農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提高抗御自然災(zāi)害的能力，推動農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，以及保障國家糧食安全作出重要貢獻(xiàn)。

1 李秀軍. 《松嫩平原西部鹽堿地特點及合理利用研究》.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2002.

2 孫廣友. 《松嫩平原古河道農(nóng)業(yè)工程》.吉林科技出版社,2007.