拉洛工程曲美灌区水文地质问题初探

西藏地处高原，降雨量少，蒸发强，在毛细水作用下，地下水埋深较浅区域常存在土壤盐渍化现象，若灌溉方式方法不当，会加重盐渍化程度。拉洛水利枢纽及配套灌区主要任务为灌溉，兼顾供水、发电和防洪，并促进改善区域生态环境。曲美灌区位于日喀则市，是拉洛水利枢纽的四大配套灌区之一，平均海拔约4 000 m，属于年楚河流域。初步分析研究曲美灌区水文地质环境现状，预测受灌后灌区水文地质条件的变化、发展趋势，进行土壤盐渍化评价，提出改良措施建议，可为类似地区灌区建设提供借鉴。 一、自然环境 1.自然气候 工程区属高原温带半干旱季风气候区，气候干湿季节分明，夏季雨水集中，冬季寒冷干燥。日照充足，太阳辐射强烈；气温日较差大，无霜期短。多年平均气温4.8℃,多年平均相对湿度43%；一般冬春季节风大，多西北风。降水多表现为夜雨，日喀则多年平均降雨量440 mm。多年水面蒸发量为1 323 mm，年蒸发量约为年降雨量的3倍。 2.地质环境 曲美灌区位于日喀则市，东侧邻近年楚河，南、北及西部高，中部低平，汇水面积约880 km2。灌区东西长约30 km，南北宽4～8 km。盆地中部地形平坦，地形坡度小于1°，地表高程由西部3949m（甲日村）、3889m（曲美乡），逐渐降低为3 865 m（拉琼村）、3 860 m（帕伦）、3 847 m（曲布雄乡）、3 841 m（甲孜村），分布有曲美乡、切白乡和曲布雄乡的甲日村、开堆村、下嘠、那当、帕伦等数十个村庄和大片耕地。 灌区盆地周边冲沟发育，在灌区中部汇集形成河道 （惹曲），河道宽30～500 m，深约0.2～1.0 m。中上游河道（曲美乡—拉圭）比降一般为0.39%～1.11%，拉圭往东至曲布雄乡一带下游河道纵比降0.15%～0.20%，排泄相对较慢，两侧见湿地。旱季一般仅在曲美乡以下河道见水流。临近河道处地形坡比为0.20%～0.30%，远离河道坡比多大于1%。 灌区内第四系覆盖层广泛分布，平面上周缘为崩坡积、洪积层碎块石土，厚2～30 m，中部大片分布冲洪积层，厚40～100 m。灌区地层结构上部一般为浅灰色粉质壤土，厚0.3～3 m，是灌区主要的耕作层；中下部及河道为碎石土、卵石土等。 二、灌区土壤与地下水 1.土壤特性 在灌区普隆农场南（QTK1）、艾玛农场南（QTK2）及帕伦村附近（QTK3）代表地下水水位不同埋深部位分层采取土样，进行土壤矿物成分分析、物理及化学性质试验（见表1、表2）。 根据试验结果分析，灌区土壤质地为低液限黏土或低液限粉土，主要含石英、长石、蒙脱石、绿泥石、方解石等矿物，其中黏土矿物含量26%～32%；土样pH值7.9～8.9，为碱性土壤；硅铝比为4.2～7.4，硅铁铝比为3.1～4.7。 在平面上，由西向东土壤天然含水量、含盐量、pH值等逐渐增大。由地表往深部有两种变化情况 （见图1）：地下水埋深大的样品（QTK1、QTK2），地表土壤干燥，土壤天然含水量、含盐量、pH值等随深度增加有逐渐增大的趋势；地下水埋深浅的土壤（QTK3）地表土壤湿润，土壤天然含水量、含盐量、pH值等随深度增加有逐渐减小的趋势。以上表明，土壤天然含水量、含盐量、pH值等指标与地下水水位埋深等密切相关。 灌区上部细粒土 （低液限粉土、低液限黏土等）一般具中等透水，渗透系数7.75×10-4cm/s～8.21×10-3cm/s。 砂砾卵石土、碎块石土的透水性与其碎块石和土的相对含量有关，一般具中等—强透水性，渗透系数量级10-4～10-2cm/s。 2.地下水特性 灌区内地下水主要为第四系松散堆积层孔隙水，主要赋存于第四系冲洪积层中。地下水与地表水互为补给，雨季时地表水补给地下水，旱季时盆地地下水短时补给地表水。 灌区潜水层埋深一般周缘地下水埋深较大，根据调查及勘探资料，普隆农场一带潜水埋深约20～30 m，地下水力坡度约 0.20%～0.47%；拉圭—帕伦一带地下水埋藏较浅，一般埋深0.5～2.0 m，局部低洼处形成湿地，地下水力坡度小于0.15%。 灌区地下水化学类型为HCO3-Ca型水，pH值为6.89～6.95，属中性水（6.0～7.5）；总硬度为3.61～3.99 me/L，属微硬水 （3.0～6.0 me/L）；矿化度为388～422 mg/L，属淡水（＜1 g/L）。 三、灌区水文地质问题分析 1.灌区土壤结构 目前，曲美灌区东部的艾玛农场—帕伦村—曲布雄乡一带河道平缓曲折，两侧耕地或草场地形平坦，局部低洼形成湿地。土壤为砂质低液限粉土，厚约0.5～2 m，地下水埋深约0.5～1.0 m。 2.土壤毛细水上升高度 室内试验，土壤毛细水上升高度为1.77～2.11 m，平均1.99 m。 现场观察，土壤毛细水上升高度为0.30～0.50 m。 根据毛细水上升高度经验公式：h＝0.45×（1-n）/（d10×n）（公式中n为孔隙度，d10为有效粒径、单位mm），计算得出土壤毛细水上升高度为0.283～0.623 m，平均0.540 m。 根据室内试验、现场观察及计算结果，土壤毛细上升高度取0.50 m。 表1 曲美灌区土壤矿物成分分析成果试样编号 取样深度 蒙脱石 绿泥石 高岭石 长石 石英 方解石m（%）Q T K 1 0 . 4～0 . 6 1 1 1 5 1 8 5 3 3 Q T K 2 0 . 5～0 . 7 1 4 1 3 1 8 5 0 5 Q T K 3 0 . 2～0 . 4 2 0 1 2 2 0 4 1 7 3.土壤临界埋深 日喀则地区主要种植青稞、油菜和土豆，根系深度为0.5～0.6 m，初步得出地下水临界埋深1.0～1.1 m（地下水临界埋深＝毛细水上升高度+作物根系深度）。 表2 曲美灌区土壤化学离子分析成果试样编号 深度（m） p H值 易溶盐 C O32-H C O3-C l-S O42-C a2+M g2+K+N a+（g / k g）Q T K 1 -R -1 0 8 . 0 1 . 3 0 . 0 0 0 . 0 7 1 0 . 0 0 0 0 . 7 0 2 0 . 2 5 7 0 . 0 0 6 0 . 0 0 0 . 0 0 Q T K 1 -R -2 0 . 3 8 . 3 0 . 4 0 . 0 0 0 . 0 6 3 0 . 0 0 0 0 . 3 0 3 0 . 0 3 8 0 . 0 2 6 0 . 0 0 0 . 0 0 1 Q T K 1 -R -3 0 . 5 8 . 5 0 . 3 0 . 0 0 0 . 0 3 7 0 . 0 1 4 0 . 2 9 1 0 . 0 4 8 0 . 0 1 7 0 . 0 0 0 . 0 0 Q T K 1 -R -4 1 8 . 5 0 . 5 0 . 0 0 0 . 0 6 3 0 . 0 0 0 0 . 2 6 8 0 . 0 5 2 0 . 0 1 4 0 . 0 0 0 . 0 0 1 Q T K 1 -R -5 1 . 5 8 . 4 0 . 4 0 . 0 0 0 . 0 5 7 0 . 0 0 0 0 . 2 0 0 0 . 0 6 7 0 . 0 1 7 0 . 0 0 0 . 0 0 Q T K 2 -R -1 0 7 . 9 3 . 4 0 . 0 0 0 . 0 6 0 0 . 1 3 0 2 . 8 4 7 0 . 6 8 0 0 . 0 5 8 0 . 0 0 0 . 0 0 Q T K 2 -R -2 0 . 3 8 . 5 0 . 2 0 . 0 0 0 . 0 6 3 0 . 0 0 0 0 . 0 8 6 0 . 0 5 7 0 . 0 1 7 0 . 0 0 0 . 0 0 Q T K 2 -R -3 0 . 5 8 . 6 0 . 2 0 . 0 0 0 . 0 5 7 0 . 0 0 0 0 . 2 3 4 0 . 0 4 8 0 . 0 2 6 0 . 0 0 0 . 0 0 Q T K 2 -R -4 1 8 . 7 0 . 3 0 . 0 0 0 . 0 6 6 0 . 0 0 0 0 . 1 7 7 0 . 0 3 8 0 . 0 1 2 0 . 0 0 0 . 0 0 Q T K 2 -R -5 1 . 5 8 . 6 0 . 3 0 . 0 0 0 . 0 6 3 0 . 0 0 0 0 . 2 1 2 0 . 0 6 2 0 . 0 2 0 0 . 0 0 0 . 0 0 1 Q T K 3 -R -1 0 8 . 9 9 . 4 0 . 0 0 0 . 1 5 6 0 . 4 3 3 1 . 5 8 0 0 . 2 2 3 0 . 6 5 6 0 . 0 0 0 . 0 1 3 Q T K 3 -R -2 0 . 3 8 . 5 0 . 5 0 . 0 0 0 . 0 6 2 0 . 0 0 0 0 . 3 1 2 0 . 0 6 6 0 . 0 1 1 0 . 0 0 0 . 0 0 1 Q T K 3 -R -3 0 . 5 8 . 5 0 . 5 0 . 0 0 0 . 0 6 2 0 . 0 0 0 0 . 3 1 2 0 . 0 3 8 0 . 0 2 9 0 . 0 0 0 . 0 0 1 图1 地下水不同埋深部位土壤含水率随深度变化曲线 图2 曲美灌区土壤盐渍化现象 4.土壤盐渍化分析 根据不同时期卫星图片可见，在曲布雄乡西侧有大片泛白色的区域分布。现场调查（4月份），埃玛农场—帕伦村—曲布雄乡一带地表可见成片积盐现象（见图2），其中帕伦村至曲布雄乡之间尤为明显，地表吸湿、松胀。经取样试验表明，艾玛农场（QTK2）、帕伦村（QTK3）地表土壤易溶盐含量均超过0.3%，其中艾玛农场（QTK2）地表土壤易溶盐含量0.34%，盐渍土壤厚度小于0.3 m，0～0.5 m土样易溶盐含量平均值 0.13%（小于0.3%）；帕伦村（QTK3）地表土壤易溶盐含量0.94%，0～0.5 m易溶盐含量平均值0.35%。 按照《水利水电工程地质勘察规范》（GB —2008）易溶盐含量超过0.3%，且具吸湿、松胀等特性的土属盐渍土。综合《水利水电工程水文地质勘察规范》（SL 373—2007）划分标准，属轻度盐渍化土，土壤盐渍化类型为氯化物硫酸盐盐渍化土壤，会抑制作物生长，造成作物减产。 根据地下水埋深与地下水临界埋深关系，综合分析帕伦村—曲布雄乡之间为轻度盐渍化区，土壤盐渍化类型为氯化物硫酸盐盐渍化土壤，盐渍化面积约13.9 km2。 四、结论及建议 灌溉水源夏布曲水属中性水、淡水，满足灌溉用水水质标准。 灌溉时间主要为4—7月，当地灌溉方式主要采用漫灌。因灌区大部分地形比降变化大于地下水比降，地下水埋深大于土壤盐渍化临界埋深，因此灌溉后地下水水位略有抬升，地下水埋深小于土壤盐渍化临界埋深范围面积约14.3 km2，略有增大。 初步分析，土壤次生盐碱化将在帕伦—曲布雄乡现状盐渍化区的基础上为往西侧略有扩大，土壤盐渍化程度仍为轻度区，土壤盐渍化类型为氯化物硫酸盐盐渍化土壤。 一般6—10月份为雨季表层土壤脱盐阶段，10月至次年5月为土壤积盐阶段，其积盐期与作物耕种期部分重叠。综合评价土壤盐渍化主要是引起农作物生长稍受抑制，产量减少，部分低洼处出现沼泽化 （湿地）。旱季，灌溉水可将表层积盐溶解流出，有利于灌区生态、生活环境的改善。 针对灌区现状及今后的建设，可设置排水通道等工程措施，采取合适的灌溉方式、灌溉技术和种植方式，加强灌溉用水管理和排泄通道的维护，确保排泄通畅等，以降低灌区土地发生次生盐碱化的程度。工程实施后加强对地下水水位、水质、生态、土壤的监测，及时采取针对性措施保证灌区人民安居乐业和环境改善。

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