内蒙古河套灌区三种水源形式滴灌发展潜力

于 健，杨金忠，徐 冰，屈忠义，史吉刚，李 玮

（1.内蒙古自治区水利科学研究院，010020，呼和浩特；2.武汉大学，430072，武汉；3.水利部牧区水利科学研究所，010020，呼和浩特；4.内蒙古农业大学，010018，呼和浩特）

滴灌是当今世界最先进的灌水技术之一，可对作物实施适时、适量灌水与施肥，显著提高水肥利用效率，增加作物产量。在内蒙古自治区沿黄灌区（包括呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市、乌海市和阿拉善盟）发展滴灌技术，不仅可大幅度节约农业灌溉用水，还可促进灌区农业发展方式转变，实现灌区提质增效，加大农业节水力度，为自治区中西部工业和经济社会可持续发展，提供可靠的水资源保障。2015年国家启动西部“节水增效”行动计划，内蒙古西部地区发展高效节水248万亩（1亩=1/15 hm2，下同），其中滴灌发展面积164.8万亩。由于河套灌区在内蒙古引黄灌区中具有较好的代表性（灌溉面积占引黄灌区的75%），本文分析滴灌在该地区的发展潜力。

直接采用黄河水进行滴灌，会面临两大问题。一是泥沙过滤问题。黄河水泥沙含量高，且细微粒含量比例大。据数据测定：河套灌区总干渠多年平均含沙量为4.5 kg/m3，进入总干渠的泥沙颗粒粒径小于0.005 mm的约占一半。按照目前滴灌水质标准（≤50 ppm/L），约99%泥沙需要过滤，过滤成本高，且每年要花费大量人力、物力进行清淤。黄河水中含有有机质，对土壤改良与作物生长是非常有益的，如果将大部分泥沙沉淀或过滤掉，无疑会造成大量养分流失。二是滴灌水源保证问题。河套灌区共有总干、干、分干、支、斗、农渠六级固定渠道，由于受轮灌的影响，在作物灌溉季节，各级渠道都有不同程度停水期，即使总干渠每年也要有20天左右停水，干渠以下级渠道停水一般都在30天或更长时间，且越往灌区下游，停水时间越长。滴灌灌水频率比较高，一般灌水间隔在10天左右，为了保证作物灌溉，需要修建较大容积的蓄水池，但修建蓄水池引发工程投资高、征用土地难度大等问题。

鉴于上述问题，研究提出在河套灌区发展滴灌需采用3种水源形式。一是淖尔水源（淖尔为蒙语湖泊）。河套灌区有许多淖尔，分布范围比较广，每年通过灌溉退水、直接引黄或利用分凌水对淖尔进行补给。将淖尔作为滴灌水源，在其周边一定范围内发展滴灌，可以高效利用淖尔的水资源。利用灌区内淖尔作为水源，可解决过滤及水量调蓄问题。二是利用地下水。即发展井渠双灌滴灌模式，在目前渠灌区范围内，开发一定面积井灌区，利用地下水进行滴灌，在井灌区保留原有渠灌系统，利用秋浇或春灌向地下水补给及淋洗盐分。开发滴灌井灌区周边要有一定面积渠灌区，通过渠灌区地下水向井灌区地下水补给，达到井灌区地下水采补平衡。井渠双灌滴灌模式，可利用河套灌区部分地下水资源，有效降低地下水水位，减少潜水蒸发及土壤积盐；同时克服了利用黄河水需要过滤和建立储水池的两大难题。三是直接引用黄河水进行滴灌，部分渠道停水时间较短，且渠道两边有荒地可用于修建一定容积蓄水池。下面分别论述3种水源形式滴灌发展潜力。

一、淖尔水源滴灌发展潜力

根据2014年的遥感影像卫片，提取河套灌区淖尔信息，并通过实地调查进行复核，得到河套灌区境内共有大小淖尔673个，不计入乌梁素海，水面面积大于100亩的淖尔共369个，在河套灌区5个旗、县以及区（磴口县、杭锦后旗、临河区、五原县、乌拉特前旗）内都有分布。其中处于灌区上游的磴口县境内数量最多，100亩以上的淖尔有140个，总水面面积13.73万亩，约占到全灌区总数的40%。将磴口县作为典型区，对每年4月初（灌溉之前）、7月末（灌溉用水高峰期）以及11月份（秋浇后）3个时段遥感影像进行解译，4月份淖尔水面面积最大，7月份最小，与4月份相比水面面积约减少近25%，11月份的面积增大接近于4月份水面面积。7月份面积减小的主要原因是该地区干旱少雨，夏季气温高，水面蒸发大，且农作物以及天然林草植被耗水量高，导致地下水水位下降，对淖尔的补给减少，造成水面萎缩。11月份天气变冷，蒸发量逐渐变小，秋浇使地下水水位升高，补给淖尔水量，淖尔水面扩大。3—4月份灌溉前，淖尔又经过冬季的补给，水面面积达到最大。

根据实地调查：磴口县境内淖尔水面面积在100～1 000亩，平均水深在1～1.5 m之间；水面面积1 000～4 000亩，淖尔平均水深在2～3 m之间；大于5 000亩的淖尔平均水深在4 m左右。利用淖尔水深与面积之间关系，初步计算出淖尔（面积大于100亩）总库容为4.70亿m3左右，4月份淖尔蓄水总量约为3.5亿m3，7月份为3亿m3，两者的差值为0.5亿m3。根据实地测量，在淖尔水面面积最大的4月份，水面上至少有1～3 m储水空间。因此，在现有水深基础上提高1.5 m水深，估算出磴口县境内淖尔可增加1.4亿m3蓄水容积，考虑大于5 000亩的淖尔水面蒸发量大，作为滴灌水源可行性有待进一步分析，扣去面积大于5 000亩的淖尔，磴口县境内淖尔可增加1.0亿m3蓄水容积。

2013—2014年对典型淖尔水质进行了取样分析，选取大、中、小不同类型的淖尔进行了水样化验，对13个指标进行了综合评价。春季符合农田灌溉水质标准的淖尔数量（全盐量＜2 g/L）占48%，全盐量为2～5 g/L（微咸水）的占38%，全盐量＞5 mg/L（咸水）的占14%。在夏灌期符合灌溉水质标准的淖尔数量占57.14%，全盐量为2～5 g/L（微咸水）的占33.33%；全盐量＞5 mg/L（咸水）的占9.5%。秋季符合灌溉水质标准的淖尔数量占66.67%，全盐量为2～5 g/L（微咸水）的占23.81%，全盐量＞5 mg/L（咸水）的占9.5%。总体上，磴口县境内淖尔水质主要为盐分含量超标。

春季淖尔水质合格率偏低，是因为前一年秋浇淋洗盐分后对淖尔进行了补给，导致淖尔盐分升高。此外,春季水面蒸发量增大，引起淖尔水中盐分浓度增加。进入夏灌期，渠系中灌溉水对淖尔进行补给，淖尔盐分浓度得到稀释，秋季淖尔水质虽然也受到农田洗盐水的影响，但由于淖尔水面蒸发量减少，盐分积累量也减少。目前具有灌溉功能的淖尔数量很少，大部分淖尔只具有生态与养鱼功能，如果引进黄河水进行滴灌，可促进淖尔水循环，盐浓度不断得到稀释，全盐量在2～5 g/L这部分淖尔可满足滴灌要求。

磴口县全县总灌溉面积97.48万亩，其中约25%的农田分布在淖尔周边，具有发展滴灌较好的耕地条件。利用淖尔作为灌溉水源，不仅要考虑可供水量，同时要考虑工程的经济性，如果滴灌灌溉区距离淖尔较远、输水距离长，则工程投资高、管理运行成本高。为确定淖尔周边适宜发展滴灌的面积，对水面面积大于100亩的淖尔附近1 km以及3 km内农田进行解译，磴口县境内大于100亩的淖尔周边1 km内现有耕地面积为19.88万亩，1～3 km范围内耕地面积为9.75万亩。扣除耕地内道路、林网、渠道等占地后，淖尔周边1 km内现有耕地面积为15.91万亩，1～3 km范围现有耕地面积7.80万亩。因此，淖尔3 km范围内可利用耕地面积23.71万亩，占磴口县耕地面积的24%。

二、井渠结合水源滴灌发展潜力

通过对灌区内地下水可利用资源量、矿化度分布、灌区水文地质条件、土地利用状况等情况进行综合分析，确定井渠结合水源条件下滴灌的发展面积。根据《内蒙古自治区巴彦淖尔市水资源综合规划报告》的地下水可开采量计算结果，并考虑开采后地下水资源量减少，得出河套灌区地下水矿化度小于3 g/L的地下水可开采量为7.1亿m3，3～5 g/L微咸水的地下水可开采量为2.7亿m3（见表1），小于5 g/L微咸水的地下水可开采量为9.8亿m3。因此，从水资源量方面来看，灌区开采地下水发展滴灌有较好的水源保障条件。

根据近30年灌区100余眼浅层地下水矿化度监测资料，河套灌区浅层地下水矿化度变化比较缓慢，咸淡水的空间分区特征基本相似。从全灌区来看，1985—1995年，淡水的分布面积呈减少趋势，半咸水和咸水的分布面积呈增加趋势；1995—2007年，淡水的分布面积呈增加趋势，目前已经达到灌区控制面积的40%左右。不同灌域内地下水不同，不同矿化度水所占灌区控制面积比例见表2。由表2可见，地下水矿化度小于5g/L所占灌区控制面积为80%；各灌域地下水矿化度小于3g/L都有分布，但占灌区控制面积差异比较大，乌兰布和地下水基本为淡水，矿化度小于2 g/L所占灌区控制面积为94.60%；在解放闸灌域，矿化度小于3 g/L所占灌区控制面积为35.82%；在永济灌域，矿化度小于3 g/L所占灌区控制面积为68.45%；在义长灌域，矿化度小于3 g/L所占灌区控制面积为46.89%；乌拉特灌域矿化度小于3 g/L所占灌区控制面积为32.33%。根据农业灌溉水要求，将地下水矿化度小于3 g/L的分区面积作为宜开采区，并在开采区去掉成片的沙漠分布区（主要分布在乌兰布和灌域），得到不同灌域地下水的开采利用以及井渠结合区控制面积（见表3）。河套灌区地下水可开采利用区控制面积为954.07万亩，占灌区控制面积1 660.97万亩的57.44%，井渠结合控制区面积为844.34万亩，占灌区控制面积的50.83%。这意味着如果发展井渠结合滴灌区，控制面积将占到河套灌区总控制面积近一半。各灌域相应控制面积比例差异在20个百分点，其中乌拉特与义常灌域的比例约为38%～40%，解放闸与乌兰布和灌域为56%～57%，永济灌域控制面积最高比例近67%。数据表明，即使河套灌区发展井渠结合滴灌技术，各灌域仍有30%～60%控制面积可发展其他节水技术。

将不同矿化度（小于3 g/L）的地区作为地下水开采区，其对应的井渠结合区灌溉面积见表4。根据灌溉用水可开采地下水矿化度的3个不同标准（即：地下水矿化度分别<2 g/L、<2.5 g/L和<3 g/L），对应井渠结合区灌溉面积分别为338万亩、395万亩以及451万亩。考虑灌区首次采用大面积地下水进行灌溉，对地下水水质应从严控制，取矿化度小于2.5 g/L的区域作为井渠结合宜开采的区域，河套灌区井渠结合灌溉面积约400万亩，占河套灌区总灌溉面积的46%。

在井渠结合区内的井灌区利用地下水进行滴灌，在相邻的灌区进行渠灌。在渠灌区灌溉期间，地表水通过渠系渗漏和田间渗漏补给地下水，供给地下水开采区的抽水灌溉用水。滴灌区地下水开采量应与渠灌对地下水补给量一致，达到采补平衡，以维持井渠结合滴灌区的可持续发展。根据地下水的矿化度情况，在井渠结合区内，井灌面积和渠灌面积之比需要保持在1∶3～1∶2.5，井渠结合灌溉模式相对于完全采用渠灌，在保证灌溉面积和土壤盐碱化控制的基础上，可实现较大幅度减少在总干渠首引黄河水量。

表1 河套灌区地下水可开采量 单位：亿m3

表2 河套灌区不同地下矿化度水所占灌区控制面积的比例（%）

表3 地下水矿化度小于3 g/L的地下水可开采利用区域面积 单位：万亩

表4 地下水小于3 g/L矿化度井渠结合区灌溉面积 单位：万亩

三、直接引用黄河水滴灌发展潜力

直接引用黄河水进行滴灌，需要对泥沙进行过滤，且在渠道两边修建蓄水池。为了降低蓄水池容积，直接引用黄河水滴灌工程主要选择在部分停水时间较短渠道两边实施。根据对2010—2012年河套灌区各灌域支渠以上级渠道停水时间统计分析，总干渠、沈乌干渠、一干渠和东风渠4条渠道在作物生育期内停水次数较少，且停水时间较短，总干渠每年平均停水时间为15天，其他3条渠平均停水天数分别为20天、20天以及25天，这些渠道两边耕地可发展滴灌工程。

表5 各渠道控制区域内土地和农田面积

表6 沉淀池占地与荒地、水塘面积 单位：km2

根据实地勘察，总干渠北岸距离铁路线较近，中间土地呈现一狭长带状，宽度为100～130 m，且耕地面积小，难以修建沉淀与蓄水池，实施滴灌工程可能性小。总干渠南岸距离黄河大堤之间平均有2.0 km距离，且有大片耕地与部分荒地，地形平缓，农田集中连片，有条件实施引黄滴灌工程。

沈乌干渠地处乌兰布和沙漠腹地，取水口位于三盛公水利枢纽上游3.5 km，为单独取水口，引水便利，渠道所控制耕地主要集中在0.8～3 km范围内，除耕地外有部分土地为荒漠区，具有修建沉淀池与蓄水池条件。

东风渠为沈乌干渠支渠，从渠首0～29 km范围内，左岸为乌兰布和沙漠，且耕地较少，右岸紧邻铁路和总干渠，并且还有高速公路和国道交叉通过，农田面积小，分布零散。从渠长29 km处至渠道末端范围内，两岸农田集中连片，具有建设滴灌首部调蓄池土地条件。为较准确计算直接利用黄河水滴灌发展面积，在各渠道两边选取典型区域，对区内土地利用状况（村庄、道路、渠系、林网及荒地）以及农田分布进行详细分析，计算出各渠道两侧一定距离范围内农田所占比例，推算出各渠道适宜滴灌发展的面积。总干渠农田所占比例为84%，沈乌干渠和一干渠内农田所占比例为52%，东风渠农田所占比例为61%。

河套灌区总干渠长度为180 km，南岸至黄河大堤平均2.0 km范围内，总土地面积为360 km2；沈乌干渠渠道两岸控制农田平均宽度为4.0 km，两渠总长46.5 km，控制区域内土地面积为186 km2；东风渠从渠首干28.8 km处至渠道末端的4.0 km宽度范围内，土地面积为67.2 km2，各渠道控制区域内农田面积见表5。

直接引黄滴灌工程首部建设沉淀池，需要占用土地。为避免征用农民土地，本次滴灌工程主要考虑占用区域内的荒地以及已有水塘，根据渠道停水时段，计算出作物阶段耗水量，然后计算出调蓄池容积与占地面积。各渠道滴灌控制范围内沉淀池占地面积与荒地、水塘面积见表6。总干渠两侧滴灌控制区域内沉淀池建设用地总共为7.71 km2，但是总干渠控制区域内荒地与水塘面积只有2.58 km2，不能满足沉淀池建设用地需求。因此，滴灌发展规模受荒地与水塘面积控制，沈乌干渠以及东风渠滴灌控制范围内的荒地、水塘面积可满足滴灌首部沉淀池建设用地。

通过计算得出，渠道引黄滴灌可发展总面积为35.79万亩，其中总干渠、沈乌干渠以及东风渠分别为15.16万亩、14.51万亩以及6.12万亩。

四、结 论

选取内蒙古河套灌区，采用实地调查、资料统计和模型估算，综合分析了利用淖尔水源、井渠结合利用地下水和直接引用黄河水发展滴灌的可行性，并分析了3种水源条件下滴灌在该地区的发展潜力。

①根据遥感影像统计，河套灌区淖尔数量比较多，分布范围较广，具备天然的“沉淀与调蓄水池”作用。典型区磴口县淖尔将近有140个，初步计算出淖尔（面积大于100亩）总库容为4.70亿m3左右，在现有水深基础上淖尔可增加1.0亿m3蓄水容积。不同季节水质虽有差异，但总体上满足滴灌要求淖尔数量接近或超过50%；若引入黄河水后，水质将得到改善，绝大部分淖尔水质可满足滴灌要求，淖尔3 km范围内可利用耕地面积为23.71万亩。

②从水资源量方面分析来看，河套灌区开采地下水发展滴灌具有较好的水源保障条件。考虑灌区首次采用大面积地下水进行灌溉，对地下水水质应从严控制，取矿化度小于2.5 g/L的区域作为井渠结合宜开采的区域，井渠结合滴灌面积约400万亩，占河套灌区总灌溉面积的46%。发展井渠结合滴灌，可利用河套灌区部分地下水资源，有效降低地下水水位，减小潜水蒸发以及土壤积盐；同时克服了利用黄河水需要过滤和建立储水池的两大难题，但开采要基于采补平衡原则，并保持井灌和渠灌面积适宜配比。

③根据遥感影像资料与实地勘察，计算出各渠道控制范围内荒地、水塘以及建立沉淀池占地面积。总干渠、沈乌干渠和东风渠3条渠道具有取水便利的优势，同时在渠道两边距离较近范围内，也基本满足修建沉淀池和蓄水池的土地条件，通过计算引黄滴灌可发展面积为35.79万亩。

内蒙古河套灌区3种水源形式下滴灌均有发展潜力，其中井渠结合的水源滴灌形式优势明显，潜力较大。为了加大引黄灌区农业节水力度，要结合实际情况，在河套灌区各灌域采用不同的水源形式发展滴灌。

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