外包土工布暗管排鹽條件下水鹽運移規律

陳名媛，黃介生，曾文治，敖 暢，劉 丹，劉 義

外包土工布暗管排鹽條件下水鹽運移規律

陳名媛，黃介生※，曾文治，敖 暢，劉 丹，劉 義

（武漢大學水利水電學院，武漢 430072）

為揭示外包土工布暗管埋設在非飽和帶時淋洗后水分和鹽分的運移規律，該文設計了模擬暗管排水的室內試驗，研究2種土壤初始狀態下（非飽和狀態和田持狀態），排水初期暗管與地下水位的相對位置及其排水排鹽情況，從開始淋洗至暗管停止排水全過程中地下水埋深及含鹽量變化規律、暗管的排水排鹽效果及土壤剖面的水鹽動態運移規律。結果表明：在暗管周圍包裹土工布的情況下，土壤初始狀態無論是非飽和還是田持，當暗管開始排水時地下水均已完全淹沒暗管，此時的排鹽量最大，流量呈先增大后減小的變化趨勢，且地下水位先升高后降低，地下水含鹽量隨著淋洗水量的增加由累積轉變為脫鹽。對比淋洗非飽和土壤（試驗1）和淋洗田持土壤（試驗2）的試驗結果，試驗2中暗管的排水、排鹽效果優于試驗1，在試驗1中淋洗非飽和土壤時，土壤脫鹽率在垂直方向上隨土壤深度的增加逐漸降低，0～20 cm土層的脫鹽率（> 85%）最大，降至無鹽水平，暗管周圍土壤脫鹽率相對較小（< 60%），仍處于中度鹽漬化水平；水平方向上，0～20 cm土層的脫鹽率差異不大，20～40 cm土層中距暗管越遠其脫鹽率越小。試驗2在試驗1基礎上進行，淋洗田持土壤時，0～20 cm土層鹽分不再變化，30～40 cm土層的脫鹽率增大（> 60%）。此外，試驗1中淋洗脫鹽效果大于暗管排鹽效果，暗管主要排出暗管以上土壤鹽分；試驗2中暗管排鹽效果增強，暗管不僅排出暗管周圍土壤鹽分，而且排出暗管以下土層及地下水中鹽分，隨著淋洗水量的增加，土壤由脫鹽型轉變為排鹽型。研究結果表明外包土工布暗管的應用效果受地下水與暗管相對位置的影響，合理提高淋洗水量可以增強暗管排水排鹽效果及土壤脫鹽效果，有效改善土壤鹽漬化。研究結果可為西北內陸干旱地區不同地下水埋深條件下暗管排鹽技術的推廣和應用提供理論支撐和科學指導。

暗管排水；鹽分；脫鹽率；排水率；排鹽率；地下水埋深

0 引 言

土壤鹽漬化是限制農業發展的重要環境問題[1-2]，中國鹽漬化土壤面積約為3.6×107hm2，占全國可利用土地面積的4.88%，其中69.03%的鹽漬土分布在西北干旱地區。因此，開展鹽漬土的改良和治理方面的研究對于中國農業可持續發展、糧食安全和社會經濟發展都具有重要的現實意義[1,3-4]。

土壤鹽漬化改良主要有工程（暗管、明溝和豎井排水）、農藝（耕作和施肥）、化學（各類改良劑）、生物（培育耐鹽作物）等方法[5]，其中淡水淋洗結合暗管排鹽是改良土壤鹽漬化較為有效、快捷且應用廣泛的方法之一[6-8]。暗管排鹽遵循“鹽隨水來、鹽隨水去”的水鹽運移規律，土壤鹽分充分溶于淋洗水中，滲入到地下水并通過管道排走，從而降低土壤含鹽量，控制地下水位和改善土壤理化性質[9-10]。南方濕潤地區地下水埋深淺，降水充沛，暗管一般埋深在地下水位以下，排鹽效果較好，并且能有效控制地下水位，防止土壤次生鹽漬化[11-13]。而西北內陸干旱地區蒸發量大，降水量小，地下水埋深往往較大，暗管一般埋設在土壤非飽和帶，排水排鹽效果相對較差[6,14]。但在灌溉淋洗期間，地下水埋深波動較大，這不僅影響暗管排鹽的效果，也與土壤鹽分的動態運移及土壤次生鹽漬化風險密切相關[15-16]。以新疆一些地區為例，由于地勢相對較低，灌水季節有大量地勢高的漫灌農田出現跑水和深層滲漏現象，造成地下水埋深年季和年內變化較大，土壤鹽漬化嚴重[17]。然而，已有的研究大多單一考慮暗管對排水排鹽和土壤水鹽分布的影響，如衡通等[18]研究了滴灌條件下不同管徑和不同埋深的暗管對土壤含鹽量分布及脫鹽淋洗效果的影響；王振華等[19]研究得到暗管埋設間距越小，排水排鹽效果越好；以及雙層暗管排水系統比單層暗管排水系統更有效地排水[20]。鮮有關注新疆地區暗管排鹽條件下地下水的動態變化與土壤水鹽運移交互影響規律。此外，前人在設計試驗時大多在暗管周圍布設砂礫石濾料[6,18-21]，其具有保土性、透水性和防堵性的特點，但也存在工序復雜、投資大的缺點[22]。目前，大量工程開始采用更易于機械化施工的合成材料，如土工布[23]，其具有良好的過濾、排水和防護功能，在砂石材料緊缺地區，選擇合成材料作為外包濾料可以大大降低工程費用[24-25]，而已有研究中對該條件下暗管的排水排鹽情況及土壤水鹽運移規律尚不明確。因此，本文通過精心設計的暗管排水排鹽試驗，揭示外包土工布暗管埋設在非飽和帶時暗管排水與地下水位的關系及土壤全剖面的水鹽運移規律，旨在為西北內陸干旱地區不同地下水埋深條件下暗管排鹽技術的推廣和應用提供理論支撐和科學指導。

1 土樣采集與分析

取土點位于新疆南部阿克蘇農一師二團耕作地，地處40°34′N、79°52′E，氣候特征為溫帶大陸性干旱氣候，年均氣溫11.7 ℃，年均降水量43 mm，年蒸發量1 800～2 500 mm，非灌溉期地下水埋深大于2 m，灌溉期的地下水位埋深小于1.5 m。在取土點分層選取0～15，15～35、35～55和55～75 cm共4層土樣，對所取土樣烘干后測量含水率，并將相應土樣稱取15 g，經風干過篩后放入三角瓶中，加入75 mL蒸餾水，振蕩10 min，并靜置15 min后過濾，得到土水質量比為1:5的浸提液，使用DDSJ-305F型電導率儀測量浸提液電導率（EC1:5）[23]，采用干燥殘渣法標定出含鹽量與電導率之間的關系：

式中TDS為土壤含鹽量，g/kg；EC1:5為土壤1:5浸提液的電導率，mS/cm。土壤飽和浸提液電導率（ECe）與含鹽量（TDS）之間的關系為TDS=0.749ECe-0.167。此外，原狀土壤容重采用環刀法測定；土壤粒徑分布采用LSI3320激光粒度分析儀測定；土壤飽和滲透系數采用變水頭滲透裝置測定。

由于取土點已進行了5 a的暗管排鹽治理，土壤含鹽量較小（電導率<4 mS/cm），為了在室內還原高鹽下暗管排水排鹽規律，采用人工加入氯化鈉（NaCl）來提高土壤鹽分。稱取4.286 kg的NaCl，將其溶于11.84 kg的水中（NaCl溶解度：25 ℃下每100 g水可溶解約36.2 g），再將NaCl溶液稀釋，分層拌入風干、過篩的土樣中。拌鹽后，將土樣按照原容重分層填入淋洗槽中，土壤體積含水率為18.9%～21.8%，含鹽量為6.85～8.01 g/kg，屬于重度鹽漬土[26]。裝槽后，土壤類型及其理化特性如表1所示。

表1 采樣點土壤類型及物理參數

注：表中含水率均為體積含水率，下同。

Note: The water content in the table are volume water content, same below.

2 試驗設計與數據處理

2.1 試驗設計

本文利用改造的鋼化水槽進行暗管淋洗排水試驗。水槽尺寸為1.5 m×0.5 m×0.95 m（長×寬×高），鋼化板高0.8 m，有機玻璃板高0.15 m，距玻璃板頂部10 cm處設置溢流孔，避免淋洗水位過高，并在槽壁上設置探頭孔和抽水孔。在槽內底部布設5 cm反濾層，易于排出暗管以下的水分；在槽外底部設置U型管聯通器，便于觀測地下水位。淋洗槽尺寸參考前人室內試驗裝置[27-29]，易于觀測水分和鹽分的遷移運動。

試驗的土壤總體積為1.5 m×0.5 m×0.8 m（長×寬×高），暗管埋設深度距土壤表面0.5 m，長度0.5 m，設計坡度小于2%。暗管采用外徑為5 cm的PVC波紋管，凹槽開縫長3 mm、寬2 mm，開孔率約為3.44%。暗管周圍采用土工布包裹，作為過濾層避免暗管孔隙堵塞。在試驗期間，室內門窗關閉，忽略蒸發損失。

此外，設置2次淋洗試驗，均采用淹灌的淋洗方式，水源來自市政自來水（EC=0.35 mS/cm）。2018年11月4日早8:00開始第一次淋洗試驗（試驗1），土壤處于非飽和狀態，土壤剖面的總鹽量為4.03 kg（各個土層的含鹽量積分求和），淋洗水量為192 mm（144 kg），土壤剖面初始含水率和含鹽量見表1；第二次淋洗試驗（試驗2）基于第一次試驗進行，土壤已淋洗至田持狀態，通過打土鉆測量得到土壤剖面平均含鹽量分別為：0～15 cm土層為0.31 g/kg，15～35 cm為1.91 g/kg，35～55 cm為7.33 g/kg，55～75 cm為8.01 g/kg，土壤剖面的總鹽量為2.79 kg。共分兩次灌水，11月13日早8:00灌水92 mm（試驗2-1），11月16日早7:30灌水110 mm（試驗2-2），第二次試驗的淋洗總量為202 mm（132 kg）。試驗中排水裝置僅設置暗管。

2.2 數據測量與處理

土壤剖面體積含水率和飽和電導率的測定采用5TE探頭（美國METER公司），數據傳感器采用EM50，每個傳感器連接5個探頭，設置每10 min計數1次。探頭共埋設15個，橫向間距20 cm，垂向間距10 cm，均布設在淋洗槽左側，左1～3列布設4個探頭，探頭埋深為10、20、30、40 cm；暗管正上方布置3個探頭，探頭埋深為10、20、40 cm，暗管與探頭的水平間距為0、20、40和60 cm。試驗假設淋洗過后左右兩側的土壤水鹽對稱分布。暗管排水量和排水流量采用翻斗式流量計測量，設定每200 ml計數1次；地下水埋深的觀測采用U型管聯通器，并在埋深60和70 cm抽水孔處采用注射器抽取地下水水樣，監測地下水含鹽量變化，具體布設示意圖見圖1。試驗期間，所有監測于am 8:00-pm 22:00每2 h取1次水樣，am 0:00-am 8:00每4 h取1次水樣，并測量其電導率。待暗管停止排水時試驗結束，打鉆測量土壤垂直剖面上的實際含水率和電導率，校核探頭位置和測量數據。

圖1 暗管排水室內試驗平面圖（單位：cm）

本研究中涉及的計算指標包括暗管排水速率、地下水上升速率、土壤淋洗脫鹽率、暗管排水率、暗管排鹽率和暗管排脫比。其中，暗管排水率、暗管排鹽率和暗管排脫比是評價暗管排水排鹽效果的指標。

暗管排水速率（cm/h）=某一時長內的暗管排水量（cm3）/排水時長（h）/淋洗槽橫截面積（cm2）

地下水位變化速率（cm/h）=（飽和體積含水率—田間體積持水率）×地下水位變化高度（cm）/變化時長（h）

土壤淋洗脫鹽率[30]（%）=（土壤鹽分初始值（g/kg）－土壤鹽分終值（g/kg））/土壤鹽分初始值（g/kg）×100%

暗管排水率（%）=暗管排水總量（kg）/淋洗水總量（kg）×100%

暗管排鹽率（%）=暗管排鹽總量（kg）/（暗管上層土壤初始總鹽量（kg）+淋洗水含鹽量（kg））×100%

暗管排脫比=暗管排鹽率（%）/土壤脫鹽率（%）≈暗管排鹽總量（kg）/（暗管上層土壤初始總鹽量（kg）-暗管上層土壤最終總鹽量（kg））

其中，試驗1中暗管上層土壤初始總鹽量為2.54 kg（各個土層含鹽量積分求和），試驗2中暗管上層土壤初始總鹽量為1.32 kg。淋洗水含鹽量較少，可忽略不計。

3 結果與分析

3.1 暗管排水與地下水的關系

試驗1的初始排水時間為2018年11月4日早11:57，試驗2-1的初始排水時間為11月13日早9:38，試驗2-2為11月16日早8:00，第二次淋洗試驗的開始排水時刻比第一次淋洗試驗早。2次淋洗試驗過程中，暗管開始排水時（圖2a，“0”時刻指的是暗管開始出水的時間），地下水均已完全沒過暗管，此時試驗1、試驗2-1和試驗2-2的地下水埋深分別為45、41 和34.6 cm。而地下水沒過暗管后，水位仍繼續上升，并在開始排水后0～5 h內達到最高水位附近，最小地下水埋深分別為37.5、34.3和23.4 cm，隨后地下水位逐漸下降，至暗管底部位置停止排水。在第一次淋洗試驗中，地下水含鹽量在短時間內迅速增大（圖2b），并隨時間呈波動變化，最終地下水含鹽量從中度鹽漬化水平（4.02 g/kg）上升至重度鹽漬化水平（11.86 g/kg）。而第二次淋洗試驗中（包含兩次灌水），地下水含鹽量隨時間逐漸下降，試驗結束后從重度鹽漬化水平（10.44 g/kg）降至無鹽水平（2 g/kg）。

圖2 地下水埋深和含鹽量的動態變化特征

根據暗管排水速率和地下水埋深變化速率的計算結果（圖3），試驗1的暗管排水速率呈逐漸減小的趨勢，試驗2-1和2-2的排水速率均在短時間內迅速增大，然后逐漸減小。2次淋洗試驗在排水前期時暗管的排水速率均小于地下水位的上升速率，隨著地下水上升速率的減小，2種速率變化曲線存在交叉點，即為暗管排水速率等于地下水上升速率；5 h后，暗管的排水速率大于地下水的下降速率。

圖3 暗管排水速率和地下水埋深變化速率

3.2 暗管排水、排鹽效果及規律

2次淋洗試驗的暗管排水排鹽效果存在差異。其中試驗1的暗管排水總歷時為76 h，排水總量為68 kg，排鹽總量1.21 kg；試驗2的暗管排水總歷時118 h（包括試驗2-1和2-2），排水總量134.9 kg，排鹽總量0.81 kg。根據暗管排水率、排鹽率和排脫比3種指標的計算結果（表2），試驗1的暗管排水率為47.2%，排鹽率為47.6%，排脫比為0.74%/%；試驗2的排水率為89%，排鹽率為61.4%，排脫比為0.85%/%。對比2次淋洗試驗結果，試驗2的暗管排水、排鹽效果均優于試驗1。

表2 暗管排水排鹽效果

通過對暗管整個排水過程的觀測發現，淋洗試驗1中暗管排水流量呈逐漸減小的變化趨勢，而淋洗試驗2（包括2-1和2-2）中排水流量在短時間內快速增大，隨后逐漸減小，暗管的最大排水速率為試驗1＞試驗2-1＞試驗2-2（圖4a）。此外，2次淋洗試驗中暗管排鹽量隨排水量逐漸減小（圖4b），開始排水時的排鹽量最大，并且暗管排鹽變化量呈試驗1>試驗2-1>大于試驗2-2，最終暗管排鹽量降至3.2 g/kg，接近于最終地下水含鹽量（2 g/kg）。

3.3 暗管排水條件下的土壤水分動態變化規律

圖5為2次淋洗試驗暗管排水全過程中0～40 cm土壤剖面水分動態分布狀況（探頭實測值）。第一次淋洗試驗前，土壤剖面的初始含水率未達到田間持水率。開始淋洗工作后，垂直方向上土壤剖面自上而下逐漸飽和，0～20 cm土層含水率較快穩定至田間持水率（30.1 m3/m3）；20～40 cm土層至飽和狀態持續時間較長，較慢穩定于田間持水率（33.1 m3/m3）；且同一土層含水率在水平方向上無明顯差異。第二次淋洗試驗中土壤剖面的初始含水率為田間持水率，開始淋洗至暗管排水的整個過程中土壤剖面含水率變化較小，30～40 cm土層的含水率大于0～30 cm土層。另外，圖中最大體積含水率達1.011 m3/m3，可能是探頭與水直接接觸而造成儀器測量誤差。

圖4 暗管排水流量與排鹽量的動態變化

圖5 0～40 cm 土層的水分動態變化特征（探頭實測值）

3.4 暗管排水條件下土壤鹽分動態變化規律

土壤鹽分受淋洗水分運移的影響在空間分布上有所差異（表3和圖6）。在第一次淋洗試驗中，10和20 cm土壤脫鹽率較大，平均脫鹽率達85%以上，其平均含鹽量從重度鹽漬化水平脫至無鹽水平，實際剩余平均含鹽量為0.4 g/kg；30 cm土壤脫鹽率在65%～80%之間，含鹽量降至輕度鹽漬化水平（2.02 g/kg）；40 cm土壤脫鹽率小于60%，含鹽量降至中度鹽漬化水平（4.3 g/kg）。在垂直方向上，隨著土壤埋深的增大，土壤脫鹽率逐漸減小，且0～30 cm土層脫鹽率顯著大于40 cm土層（<0.05）。而在水平方向上，土壤埋深在10 和20 cm剖面處水平方向的脫鹽效果差別不大；當埋深大于20 cm時，距暗管越遠，土壤脫鹽率越小。在第二次淋洗試驗中，0～20 cm土層穩定在無鹽水平，含鹽量變化較小，土壤脫鹽現象明顯發生在30～40 cm土層中，脫鹽率大于60%，且從輕鹽和中鹽水平降至無鹽水平（<1.5 g/kg）。同時，土壤脫鹽狀況在不同排水時間間隔內存在差異，在淋洗作用下土壤鹽分向下移動。由圖6所示，淋洗試驗1中10和20 cm土層較快完成脫鹽，后期土壤鹽分變化量較小；30 和40 cm土層在結束排水時土壤含鹽量仍較大，脫鹽率小于上層土壤。而淋洗試驗2中20 cm以上土層鹽分不再變化，30～40 cm土層短時間內脫鹽效果明顯，后期穩定在無鹽水平。

表3 不同水平距離的垂直方向土壤脫鹽率和最終含鹽量

注：**表示在0.01水平上差異顯著；*表示在0.05水平上差異顯著。

Note: ** means significant difference at 0.01 level, * means significant difference at 0.05 level.

圖6 土壤鹽分空間動態變化

4 討 論

2次淋洗試驗結果表明了無論土壤處于非飽和狀態還是田持狀態，地下水需完全淹沒暗管后才發生排水，這一研究結果與前人研究存在差異。李顯微等[31-34]觀察到暗管發生排水時地下水位位于暗管以下，整個排水過程中地下水未淹沒暗管，并指出暗管排鹽效果與淋洗水量、砂礫石濾料的布設形式等因素有關。這種差異的主要原因可能在于前人的試驗中在暗管周圍布設了砂礫石濾料，合理布設砂礫石濾料可以有效增加暗管集水面積，淋洗水進入砂礫石濾層將其充滿，水分即刻向暗管中入滲[27,33]。而本試驗中采用土工布代替砂礫石，暗管排水只能依靠土壤水的重力作用和壓力勢，待暗管周圍土壤全部至飽和時土壤水才能流入暗管中[31]。同時，地下水位在淹沒暗管后呈先升高后下降的變化趨勢，這與暗管排水速率和地下水位變化速率密切相關，當地下水位變化速率大于暗管排水速率時，地下水位上升；當暗管排水速率大于地下水位變化速率時，地下水位下降。暗管的排水速率受多種因素的影響，如開孔大小、外包材料透水性和暗管周圍土壤密實度等[35-37]，地下水埋深的變化速率主要受土壤質地的影響，包括土壤飽和含水率和田間持水率，由于2次淋洗試驗中土壤逐漸密實，試驗2較試驗1的最大地下水埋深小，試驗1較試驗2的最大暗管排水速率大。綜上所述，采用土工布包裹的暗管排水排鹽效果受到地下水和暗管相對位置的影響，但在不同土壤質地下確定暗管與地下水相對位置還有待進一步研究。試驗結果顯示，暗管排水初期試驗2的暗管排水流量均呈先增大后減小的變化趨勢，而試驗1的暗管排水流量不斷減小，依據已有研究結果[32]，暗管排水流量應是先增大后減小，試驗1可能由于暗管排水流量增大過程速度較快，人為測量出現誤差，未能觀測到前期的增大過程。同時，2次淋洗試驗中排水初期的暗管排鹽量均為最大值，后期隨排水量的增大排鹽量逐漸減小，這符合溶質質量守恒的規律。此外，由結果分析可知，當淋洗水量一定時（試驗1），暗管排淋比小于1（0.74），0～30 cm土壤脫鹽效果較明顯，淋洗脫鹽效果大于暗管排鹽效果，暗管主要排出暗管以上土壤中的鹽分；而當淋洗水量不斷增大時（試驗2-1和2-2），暗管排鹽效果也增大，其排淋比大于試驗1（0.85），0～30 cm土壤鹽分變化量較小，暗管周圍及地下水脫鹽效果增強，則暗管不僅排出暗管周圍土壤中的鹽分，而且排出暗管以下土壤及地下水中鹽分。因此，隨著淋洗水量的增大，土壤從脫鹽型轉變為排鹽型，王海江等人[17]研究表明土壤含鹽量與灌水量之間呈極顯著負相關；于淑會等[11,38]指出降雨量對土壤淋洗脫鹽效果具有顯著影響；劉玉國等[7]也表明隨著灌溉次數的增大導致土壤鹽分剖面由表聚型向脫鹽型變化，鮮有研究定量分析淋洗水量對土壤脫鹽和暗管排鹽效果的作用。此外，土壤初始含水率的大小影響土壤脫鹽和暗管排鹽效果，初始含水率越小，淋洗水利用率越小，因此在土壤含水率較小地區，應適當增加淋洗水量以滿足土壤剖面的脫鹽要求；初始含水率越大，淋洗水利用率越大，相同淋洗水量下脫鹽和排鹽效果更佳，胡望斌等[39-40]也證實了此結論（“四水”轉化）。但在不同土壤初始含水率下，不同暗管排鹽和土壤脫鹽需求的最小淋洗定額量還需更多試驗和模擬研究確定。在土壤剖面水分和鹽分的動態變化方面，淋洗非飽和土壤且淋洗水量一定時，暗管周圍土壤含水率至飽和狀態持續時間較長，同一土層在水平方向上含水率差異不大，土壤脫鹽率自上而下逐漸減小，距暗管越遠的土壤脫鹽率越小，這與前人研究結果一致[6,21]。當繼續淋洗田持狀態的土壤時，土壤含水率穩定在田間持水率左右，暗管周圍土壤脫鹽率增大，且暗管以下土壤和地下水含鹽量明顯減小，這一研究結果驗證了淋洗水量的增加對土壤剖面脫鹽效果的影響。

因此，外包土工布暗管的適用條件，暗管與地下水的相對位置對排水排鹽效果的具體影響，以及不同土壤初始含水率下確定合理淋洗水量都是值得進一步研究的問題。

5 結 論

1）外包土工布暗管埋設在土壤非飽和帶時，在2種不同初始含水率條件下，均在地下水完全沒過暗管時，暗管才開始排水，而且地下水位呈先升高后降低的變化趨勢，至暗管最底部位置時停止排水。試驗中的最小地下水埋深與暗管的排水速率和地下水位的變化速率密切相關。同時，地下水含鹽量隨著淋洗水量的增大由累積轉變為脫鹽，最后降至2.02 g/kg。

2）暗管排水初期，暗管排鹽量最大，其排水流量呈先增大后減小的變化趨勢。在淋洗非飽和土壤時，大部分淋洗水補給土壤水，暗管排水率（47.2%）、排鹽率（47.6%）和排脫比（0.74%/%）偏小；在淋洗田持土壤時，暗管排水率（89%）、排鹽率（61.4%）和排脫比均增大（0.85%/%），因此，隨著淋洗水量的增加，暗管排水排鹽效果增強。此外，2次淋洗試驗中排水含鹽量隨著暗管排水量的增加而逐漸減小。

3）淋洗非飽和土壤時，土壤自上而下逐漸增大至飽和，暗管周圍土壤飽和狀態時間較長，同一土層含水率水平方向上差異不大。繼續淋洗田持土壤時，土壤剖面含水率基本無變化。

4）淋洗非飽和土壤時，垂直方向上隨著土壤深度的增大，平均脫鹽率逐漸降低（94.5%～46.4%），0～20 cm的土壤脫鹽率最大；水平方向上，0～20 cm土層脫鹽率差異較小，20～40 cm土層距暗管越近，土壤脫鹽率越大。當淋洗田持土壤時，土壤脫鹽現象明顯發生在30～40 cm土層中（脫鹽率>60%），0～20 cm土層鹽分變化不大。此外，從排水時間上看，0～20 cm土層在短時間內脫鹽效果明顯，后期穩定；30～40 cm土層脫鹽效果在排水前期較小，但隨著淋洗水量的增大，后期排水過程中脫鹽量增大。

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Characteristics of water and salt transport in subsurface pipes with geotextiles under salt dischargeconditions

Chen Mingyuan, Huang Jiesheng※, Zeng Wenzhi, Ao Chang, Liu Dan, Liu Yi

（,,430072）

Soil salinization is an important environmental problem restricting agricultural development. Fresh water leaching combined with subsurface drainage is one of the most effective, fast and widely used methods for salt removal. However, some existing researches only considered the influence of subsurface pipes on drainage, salt discharge and water-salt distribution, there were few studies about the dynamic change of groundwater and the transport of soil water-salt under subsurface pipes drainage in Xinjiang. Moreover, many existing studies adopted sand gravels as filtering layer of subsurface pipes, there was obviously insufficient research on subsurface pipe technology using geotextile envelope as filter layer. This study designed an indoor drainage experiment of subsurface pipe with geotextile envelope, studied the relative position of subsurface pipe depth and groundwater depth at initial stage of drainage and the condition of water-salt discharge, the water-salt discharge effect of subsurface pipe and the dynamic transport law of water and salt in the soil profile during the whole process from the beginning of leaching to the end of drainage. The results showed that whether the initial state of soil is unsaturated or field-holding, the subsurface pipe would not begin to drain until the groundwater completely submerge subsurface pipe, at this time, the salt discharge was the largest, after that the drainage flow increased first and then decreased, the groundwater level also rose first and declined then, and the salt content of groundwater changed from accumulation to desalination with the increase of leaching water. Meanwhile, comparing the results of two leaching tests, the water-salt discharge effects of subsurface pipes in test 2 were better than those in test 1. When unsaturated soil was leached, the soil desalination rate gradually decreased with the increase of soil depth, the desalination rate of 0-20 cm soil (> 85%) was the largest, and decreased to the non-saline level. the soil desalination rate around subsurface pipe was relatively small (< 60%), and still at moderate saline level. In the horizontal direction, the soil desalinization rate the around subsurface pipe was relatively large, and the desalinization rate of 0-20 cm soil layer had little difference. The further away the 20-40 cm soil layer was from subsurface pipe, the smaller the soil desalinization rate was. Test 2 was carried out on the basis of test 1, the salinity change of 0-20 cm soil was small, and the desalinization rate of 20-40 cm soil layer increased (> 60%). In addition, the desalinization effect of test 1 was greater than that of salt drainage by subsurface pipe, which mainly discharged soil salt above subsurface pipe. For test 2, the salt discharge effect of the subsurface pipe was increased, not only removed salt from soil around subsurface pipe, but also removed salt from the soil and groundwater below subsurface pipe. With the increase of leaching water, the soil changed from desalting type to salt discharging type. Finally, this study showed that the application of subsurface pipe with geotextile envelope is affected by the relative position of groundwater depth and subsurface pipe depth, and affected by initial soil water content. Reasonable increase of leaching water volume can increase the water-salt discharge effect and soil desalination effect, effectively improve soil salinization. In addition, the specific applicable conditions of subsurface pipe with geotextile envelope, the influence of the relative position of subsurface pipe and groundwater on water-salt discharge effect, and the determination of reasonable leaching water amount under different initial soil water contents are all issues worthy of further research. This research results can provide theoretical support and scientific guidance for the popularization and application of subsurface pipe salt discharge technology under different groundwater depths in arid areas of northwest China.

subsurface drainage; salts; desalination rate; water drainage rate; salt discharge rate; groundwater depth

陳名媛，黃介生，曾文治，敖 暢，劉 丹，劉 義. 外包土工布暗管排鹽條件下水鹽運移規律[J]. 農業工程學報，2020，36(2)：130－139.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.016 http://www.tcsae.org

Chen Mingyuan, Huang Jiesheng, Zeng Wenzhi, Ao Chang, Liu Dan, Liu Yi. Characteristics of water and salt transport in subsurface pipes with geotextiles under salt dischargeconditions[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(2): 130－139. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.016 http://www.tcsae.org

2019-04-13

2019-12-15

國家自然科學基金（51790533）

陳名媛，研究方向：新疆鹽漬土地區暗管排鹽技術研究。Email：mingyuan1995@whu.edu.cn

黃介生，教授，博士生導師，主要從事水土資源高效利用研究。Email：sdjshuang@whu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.016

S273.4

A

1002-6819(2020)-02-0130-10