【强排强灌改良盐碱地】
拼译：intensive drainage and irrigation to ameliorate salinealkali soil
强排强灌是改良重盐渍土壤的一种重要的水利措施，它能改变地下水流动的方向。它包括两个方面：一是利用群井进行强排地下水，改变排水不良的状况，减少由于强烈蒸发，使浅层地下咸水给土壤盐分向表土的积累提供的有利条件；二是在降低地下水位，腾出地下库容的同时，将大量的水质良好的水强灌进重盐渍土中，使长期在耕层中大量积聚的盐分溶解于水中，通过水在土壤中的渗透，自上而下地把土壤中过多的可溶解的盐分淋洗到土壤的深处。竖井强排地下水，降低地下水位的另一个主要目的是，加快强灌中淋洗水的入渗速率，提高土壤的脱盐率。
强排强灌的措施，主要是用于由于地形和高度限制，或因土质结构的松散，用深挖的明沟和暗管以及提排站等其他水利措施无法进行自流排水的低平原区和近海平原区。由于地下水质的差异，强排强灌具有两种形式：一种是“井排井灌”；另一种是“抽咸换淡”或者为“抽咸补淡”。与明沟、暗管的自流排水比较，强排具有以下几个特点：(1)利用群井强排地下水，在一个地下水的饱和带内可以形成多个地下水下降漏斗，从而增加地下水流的水力梯度；(2)群井强排靠官较大的地下水流系统的能量梯度的动力是抽水机，因为抽水机能将渗坑中的水抽出来；(3)所增加的能量梯度必然延伸到作物的根带，以这种方式，控制着一个地区的地下水位并达到人们所希望的深度；(4)所增加的能量梯度是以一种灌水的形式出现，也就是说地下水流改变了原来的方向，地下水位向井位处倾斜。在地下水饱和带内的给定点，总能量向井位处减少，其能量梯度由下式表示：
式中的P1、P2分别表示距竖井的点1和点2的压力值(点1远于点2)；Z1、Z2分别表示点1和点2距基准面的高度；L表示点1和点2之间的距离；W表示水的容重。
20世纪30年代，竖井强排技术得到广泛应用。在浅层地下水为咸水而深层地下水水质良好的盐渍土区，人们将深层地下水抽出来，然后对盐渍土进行强灌淋洗，并与浅沟等水利工程相配合，以达到降低地下水位和改良盐渍土的目的，这就是人们所称之的“井排井灌”。1924年在美国圣华金河谷和因佩里亚尔，开始实施“井排井灌”，1926年在苏联乌兹别克斯坦的草原上，利用“井排井灌”的措施改良盐碱地。随后，埃及、印度、巴基斯坦和澳大利亚等国先后采用上述措施对重盐渍土进行改良。1954年，在阿尔及尔召开的2届国际灌溉排水会议上，印度、埃及和奥地利等国都强调竖井排水的效用，认为能在广阔的范围内降低地下水位和调节地下水位。据统计，目前美国已有50万眼机井，灌溉面积达667万ha；印度的管井数达74万眼；在巴基斯坦的下印度河平原，50年代末，管井技术有很大发展印度的恒河平原，设置了群井系统，以控制地下水位和盐碱。其他的有前苏联的塔什干、亚美尼亚、阿拉拉特平原和瓦赫什谷地等，在20世纪50～60年代，有许多关于“井排井灌”的论述。其中包括打井方法和各种水泵的效率比较。中国的井排井灌技术起步比较晚。1965年在山东省禹城试区和河南省的丰丘地区开始进行试验，并取得了明显的改良效果。在此基础上，先后在全国各地陆续推广应用，目前这一技术遍布全国。井排井灌的抽水井一般比较深，从几十米到几百米不等，井距从0．5km到几km。井型结构多为管式机井，也有真空井、联井、卧井、辐射井以及虹吸井和大口井。井的布局一般为梅花形，也有矩形的和正方形的。在地下水全部为咸水的盐渍区，地下咸水不宜于强灌淋洗，强排的咸水必须排走。由于地下水的矿化度随深度而增加，因此，这种井一般比较浅，主要是强排浅层地下咸水。在美国、巴基斯坦等国，人们利用群井强排地下咸水。例如，在爱达荷、德克萨斯和科罗拉多等州，人们采用减压井强排咸水，并通过明沟或暗管将咸水排走。这种井分布较密，井距5～6m，井深比较浅，一般在排水沟底以下1．8～6．1m，井管径为5cm；在北达科他州的红河谷，1万ha土地咸水水位接近地表，在其他实验失败之后，于1968年提出打井抽咸的措施；另外在得克萨斯的下里沃格兰德河谷，一种成功的办法是打一些浅井，用自启离心泵强排咸水；在亚利桑那州的里拉河谷，于70年代中期，采用竖井强排咸水，井深15～30m，井距1．6km。20世纪70年代初期，我国河北省沧州地区的农民在实践中抽用微咸水和大量补入淡水时，发现潜水淡化，又经河北省地质局调查总结而证明。1974年开始在曲周、束鹿、沧州和天津等地开展抽咸换淡试验研究。此外，在70年代末期，分别在江苏的东台、射阳以及山东的寿光和打渔张建立井排试点，这就是人们称之的“抽咸换淡”。在上述的基础上，1989年山东禹城试区根据当地的水文地质和水利条件，设计了一套改良盐碱地的强排强灌措施。浅群井的深度为5～6m，井距20m，排距40m，管井口径为5cm，用10cm的钢管连成一体，用1台射流泵进行减压强排，这是因为射流泵具有结构简单、工作可靠、费用低廉及容易维修等优点。所强排的咸水再通过管路输送到主排水沟中排到区外。强灌就是对盐渍土施以过量的淡水，以维持土壤中含有较低的盐分，即以一种入侵液体量换土壤溶液，而它们是能够完全混合的。W．H．Van der Molen阐述了几种强灌淋洗的理论模型。第1种是单一水库模型，在引入淡水之后，咸水逐渐为淡水所置换，但水库水位保持不变；这又分为淡水与咸水不混合和淡水与咸水完全混全听两种脱盐过程。第2种为单一水库加旁通道模型，即在土壤中强灌淡水未必全部能与土壤溶液完全混合。第3种是串联水库模型，即在整个作物根系层深度范围内(一般为1m或1m以上)同时实现完全的混合是不大可能的，应该是有效混合，根系层由多个不同深度位置的水库串联而成，在每个水库中都属于完全混合。第四种是连续柱体模型，是由Glueckauf提出的，他认为土壤剖面实际上不是由多个截然而分的水库联成的，而是一个连续柱状整体，混合作用发生在剖面各处，但有一定的有效范围。前苏联学者柯夫达、巴宁、罗佐夫等，美国的里夫、米勒、萨德勒和尼尔森等，对强灌淋洗定额、次数和方式进行了研究。强灌的脱盐标准是指强灌后土壤的含盐量要降到保证作物正常生长的标准。所以，不同的土壤其强灌淋洗定额不尽相同，它包括应降低到的土壤含盐量和设计脱盐土层厚度两个指标。脱盐标准是在一定排水条件和强灌措施下，设计强灌淋洗定额的主要依据。概括起来，强灌淋洗定额受以下几种因素的影响：(1)盐碱的类型：在其他条件相近的情况下，氯化物盐土的脱盐率高于硫酸盐盐土，二者相差30%～40%；(2)强灌淋洗前的含盐量：对同一地区同一盐碱土类型，土壤的含盐量越高，所需强灌淋洗定额也越大，这是因为强灌淋洗前土壤含盐量越高，强灌时形成的土壤溶淤浓度就越大；(3)土壤质地与粘土出现的部位：在其他条件相近的情况下，砂性、壤性的土壤脱盐率高于粘土，上层中层出现粘土时，不利于脱盐；(4)排水条件：排水条件越好，土壤的脱盐率越高，强排措施的另一个目的是在排水不良的地区创造一种良好的强灌淋洗条件；(5)土地平整的程度越好：耕翻的深度越深，越有利于脱盐；(6)设计脱盐的土层：厚度越大，强灌淋洗定额越大。里夫(Reeve，1955)用式(2)计算了30cm厚的粉砂粘壤质重盐土的强灌淋洗定额。
式中Diω和Ds分别表示强灌淋洗定额(需水量)和强灌淋洗的土壤深度；Co和C分别表示设计淋洗土层内强灌前，后的土壤平均含盐量；(ECe)i与(ECe)f分别表示强灌前、后土壤的饱和浸提液的电导率。他还根据把盐土的含盐量由初始的(ECe)i减至给定的量终值(ECe)f=2，4，8，16和23ms／cm时，给出了强灌定额值图。
中国各地的试验认为，由列果斯塔也夫的公式计算的强灌定额较为接近实际。 M=M1+M2+N1+N2－O (3)式中M是强灌定额；M2表示设计土层内强灌前土壤的含水量与田间持水量的差值；M2表示设计土层内强灌淋洗盐分所需要的水量，N1表示强灌淋洗时通过非主要孔隙渗入深层损失水量；N2表示强灌期间自由水面和土壤的蒸发量；O表示强灌期间的降水量。由于M2与N1在强灌时很难区分，有人将其二者合并，这样式(3)右边变成了4项。
强灌定额中达到田间持水量时所需的水量，由下式加以计算： M1=667hr(β2－β1) (4)式中β2和β1分别表示设计强灌土层的田间持水量和强灌前的土壤含水量；h和r分别表示设计强灌土层的厚度和土壤容重。
强灌定额中淋洗盐分的水量由下式加以计算：
式中S1、S2分别表示强灌前后设计土层的含盐量；K是排盐系数，即每方水在设计土层内能排出的盐量，一般由实验加以计算。
国内外学者都将1m土层作为强灌的设计土层，而且通过实验证明在1m厚土层内强灌1m深的水，土壤能够脱盐70%～80%，并且一致认为，不同的强灌方式所需的定额不同，这已由米勒、尼尔森和萨德勒等人实验证实。米勒等发现，在12次用水淋洗中，强灌到Panoche粘质壤土的总共66cm水和以连续积水所强灌的100cm水的效果一样。显然，采用连续强灌时，每30cm的土层必须要强灌30cm水，才能使大多数土壤的直四化建设脱去70%～80%，而采用间歇性强灌时，每30cm厚的土壤，大约只用20cm深的水便能收到同样的效果。尼尔森进一步研究证实，采用喷灌的方法能更进一步提高土壤的脱盐率，他用25cm深的水可使60cm厚的土层脱盐，其效果相当于75cm深水层的连续强灌脱盐效果，可节约水约2／3。他从理论上解释了间歇强灌或喷灌能提高脱盐效果的原因。但是，对钢质重盐水，连续强灌的脱盐效果优于间歇性强灌，这是由钠质盐土的特性所决定的，已由印度学者阿拜欧的实验所证实。因此，为了防止盐土在强灌中的碱化以及为了提高对碱土强灌时的脱盐率，应配合以化学措施。除了间歇强灌能提高土壤的脱盐效果之外，人们对间歇的时间长短也进行了试验研究，他们认为，以间歇48h为宜，如果在间歇期内，能进行一次耕翻并耙平，其脱盐效果更显著。由于强灌的定额很大，应根据土壤中溶液的浓度变化进行分次强灌。开始时水量要大一些，而后逐次减少，根据试验证实，每次每亩强灌水量以100m3为宜，变动范围为1005～2100m3／ha。由于种种原因，目前强排强灌措施在世界上应用的没有其他措施普遍。欧洲许多国家都广泛采用暗管排水，英国、丹麦、荷兰、德国和日本等，暗管排水已成为农田排水的主要形式。美国和前苏联正以空前的规模发展地下排水。从实践经验得知，单一的改良措施往往收不到良好的效果，现在人们越来越注意综合治理。在第12届国际灌溉排水会议上，许多科学家再次强调通过水利技术、农业技术、农业化学方法综合改良土壤的必要性，会上苏联提出几种综合措施。匈牙利将排水与深耕和化学处理结合起来。印度和巴基斯坦也提出综合措施。澳大利亚近些年来，主要采取种植耐盐作物及牧草、施石膏、种树造林以及打深井强排等措施进行改良。在14届国际土壤学大会上，在盐渍土的改良措施上，各国都有新的进展，泰国提出强灌，排水及增施有机肥料的改良方法；印度提出以植物改良高度钠质土的办法；日本发现注入聚丙烯酸脂钠溶液形成不透水层防治盐分表聚；中国提出调节水、肥、盐，区域治理盐渍土的综合防治措施；美国主要研究咸水灌溉、耐盐品种以及进行工厂脱盐，例如在亚利桑那州郁马建有脱盐工厂，年处理1．32亿m3咸水；苏联提出电法改良和应用磷化水。尽管如此，强排强灌的措施在80年代仍继续应用。尽管全世界在与土壤盐碱化斗争方面采用的措施和方法很不相同，但是在通过强排强灌消除土壤和靠近地表水中过量盐分以及提供通畅排水这一基本概念则是不变的。第4次国际排水研讨会上和干旱半干旱地区控制盐碱化的排水学术讨化会上，荷兰的Smedema发表了关于强灌淋洗的改良文章；美国的Hoffman谈到了地下排水对环境的影响；埃及的Amer和美国的Skaggs介绍了竖井排水的设计方法；世界银行排水顾问ochs谈到了垂直排水的问题。强排强灌的主要问题有3点。(1)由于要在地下水中形成一个淡化层和维持一个人们所希望的地下水位，所以要长期消耗能源，但目前世界能源危机；(2)目前水资源的紧缺是世界性的，因此水资源的管理也是人们关心的焦点；(3)强排咸水对下游地区生态环境造成不良影响，要控制盐碱化排水地区的生态，必须强调规划者不能单纯注意经济效益，而忽视灌溉排水对环境和人类福利的影响。为此，人们必须寻找其他能源来替代电力和柴油作动力。从世界来看，欧洲利用风能的历史比较早。美国利用风能作动力进行灌溉的面积可达800万ha，据美国10个州进行研究结果表明，利用风能扬水可降低费用60%～70%，风能灌溉可降低费用35～40%。在印度农村沼气已逐步用于水利灌溉，已制成沼气作动力的3677．5W、7355W和110325W发动朵。中国是一个季风国家，风能资源丰富，据统计，在黄淮海地区每年有效风力达2000～4000h，在山东省的寿光，科技人员早已利用风能作动力强排地下咸水。此外，太阳能的利用必将推动强排强灌得到更大的发展。【参考文献】：1 黄荣翰，魏泉纯等编著．盐碱地的改良，北京：中国工业出版社，1962．112～1632 By Official of The Soil Conservaton Service，U．S．Department of Agriculture，Drainage of Agricultural Land，Printed in The United States of America，Copyright(c)1973 by Water Informaition Center，Inc． Water Research Building Manhasset lsle，Port Washington N．Y．，1973，11050：21～413 祝寿泉．土壤，1978，4：140～1464 简．范席福加德主编，胡家博译．农业排水，北京：水利出版社，1982．435～4855 W H Van der Moler，国外农业工程第6辑．上海：上海科学技术文献出版社，1982．48～686 薛克宗等译编．灌溉排水技术的新进展．第12届国际灌溉排水会议论文选编，北京：水利电力出版社，1987，61～887 逄春浩．地理研究，1990，9(1)；47～54。8 张蔚榛．农田水利与小水电，1990，6：5～89 赵其国．土壤，1990，6：281～289(中国科学院地理研究所逄春浩副研究员撰)
