利用灌区泥沙改良北海新区盐碱地可行性初探

张岳峰 赵慧明 王崇浩 郭传胜 池春青

摘 要：盐碱地的改良要因地制宜，做到保护和利用相结合。山东滨州引黄灌区土地资源丰富，但盐渍化严重，同时可利用水资源少，严重制约了当地北海新区新城的建设。结合当地实际情况，探讨利用引黄灌区淤积泥沙进行盐碱地改良的可行性。根据现有的水系、水源、沙源等资料，论证了黄河水沙资源的可利用性潜力，并提出了利用小开河和簸箕李联合管道输沙工程及引黄济青管道输沙工程实现输沙入田的管道线路布设方案。

关键词：黄河水沙资源;盐碱地改良;引黄灌区;管道输沙;滨州北海新区

中图分类号：TV93;TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.12.032

引用格式：张岳峰，赵慧明，王崇浩，等.利用灌区泥沙改良北海新区盐碱地可行性初探[J].人民黄河，2021，43（12）：155-159.

Abstract： The improvement of saline-alkali soil should be adapted to local conditions by combining protection and utilization. The Yellow River irrigation area in Binzhou， Shandong Province is rich in land resources， but the salinization is serious and the available water resources are few， which have seriously restricted the construction of Beihai economic development zone. Combined with the local actual situation， this paper discussed the feasibility of improving saline-alkali land in Beihai New District by using sediment deposited in the Yellow River irrigation area. According to the existing water system， water source， sediment source and other data， the paper demonstrated the utilization potential of water and sediment resources of the Yellow River， and proposed the layout scheme of the implementation of Xiaokaihe and Bojili joint pipeline sediment transport project and the pipeline sediment transport project of diverting water from the Yellow River to Qingdao.

Key words： water and sediment resources of the Yellow River; improvement of saline-alkali land; Yellow River irrigation area; pipeline sediment transport; Binzhou Beihai New District

土壤鹽渍化是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程，也称盐碱化。盐碱地指土壤含有过量可溶性盐类的土地。盐碱地改良的研究一直受到国内外学者的广泛关注[1-6]。目前常用的盐碱地改良技术主要分为物理措施、生物措施、化学措施等，其中：物理措施主要是通过建立完善的排灌系统、深耕晒垄、平整土地、加填客土、翻淤盖沙等手段来改善土壤成分和结构，增强土壤渗透性能，从而加速盐分淋洗;生物措施主要包括种植和翻压绿肥牧草、秸秆还田、施用菌肥、种植耐盐植物等方法，提高土壤肥力，改善农田小气候，减少地表水分蒸发，抑制返盐;化学措施则主要是通过施加石膏、过磷酸钙、泥炭、醋渣、沸石、黑矾等化学改良剂，来降低或消除土壤碱分，改良土壤的理化性质。盐碱土的改良是一个世界性难题，单纯采用一种改良措施很难达到改良的目的，要因地制宜，各种措施配合使用，同时要注意做到保护和利用相结合。

山东滨州引黄灌区土地资源丰富，但盐渍化严重，同时可利用水资源量少，未来发展水资源保障的工程技术难度大，当地北海新区的生态新城建设与农业集约化利用受到严重制约，支撑高效生态主题与建设布局的水资源问题突出，亟待解决[7]。针对可利用水资源少、土地盐渍化严重等问题，笔者通过现场踏勘和资料收集，根据现有的水系、水源、沙源等资料，论证了黄河水沙资源的可利用潜力，从可利用输沙水量、泥沙资源的可持续性等方面来探讨利用引黄工程淤积泥沙进行盐碱地改良的可行性，并提出输沙管道路线的可能布设方案。这对于滨州北海新区尽快实现淡水化和生态化，建成经济繁荣、环境优美、生活富裕的国家级高效生态经济区具有十分重要的意义。

1 研究区概况

1.1 地貌水系

北海新区地处黄河下游鲁西北冲积海积平原区，地势西南高，东北低，地面高程1.6～5.3 m。受流水、海侵的作用，形成了缓平坡地和滨海平地两种地貌类型[8]。

北海新区属海河流域，境内较大的河流有德惠新河、马颊河、秦口河、徒骇河、套尔河、潮河、新河等，同时分布着郝家沟、王山支沟、山子沟、胡台沟4条支流河道。区内河流多为季节性雨源型河流，其主要功能是排洪泄涝和农业灌溉，开发区的水源以小开河引黄河水为主。小开河为人工开挖的引黄渠道，是马山子引黄灌区在北海新区的引黄输水干渠。起于滨城区里则街道小开河村，途经滨城区、阳信县、沾化县、无棣县，由无棣县西小王乡进入北海新区，区内全长约7 km。该灌渠设计引水流量60 m3/s，年设计引水量3.93亿m3。

1.2 盐碱地类型

北海新区属滨海地区，全区几乎均为盐渍土，盐渍化程度为轻—重度。该区土壤盐渍化主要是因区内地下水埋藏较浅、地表水排泄困难、蒸发浓缩导致盐分在地表聚集以及海水浸渍而造成的。区内多为氯化物盐渍土，地表多呈白或棕灰色斑状。

北海新区盐渍土类型主要为盐化土（根据0～0.5 m深度的土壤含盐量的高低来划分盐化土和盐土），采用滨海地区盐碱土分级标准（0～100 cm土层）（见表1）对该区土样进行盐化程度的划分。

根据实地勘察所采集的土壤易溶盐分析统计资料，按照表1分级标准判别，该区重度盐渍化土占总面积的85.5%，中度盐渍化土占总面积的7.6%，轻度盐渍化土占总面积的6.9%。区内盐渍土的分布与地形地貌有较密切的关系，总体规律为东北部盐渍化程度较重，由东北往西南其盐渍化程度有变轻的趋势（见图1）。

该地区属暖温带湿润大陆性季風气候区，濒临沿海地带，海水的直接浸渍是这一地区的滨海地带土壤盐渍化的主要原因。另外，地下水埋藏较浅，地表水排泄困难，蒸发浓缩造成盐分在地表聚集，也是造成这一地区盐渍化的主要因素。

1.3 盐碱地改良可能途径

北海新区新城建设区地面高程低，盐水侵袭导致土地盐渍化严重，成为制约生态新城建设的主要问题，亟须结合区域资源寻求盐碱地改良可能的途径。

铺沙压碱是改良盐碱地的一种重要手段。黄河泥沙源于土壤侵蚀，和盐渍土壤充分混合后，可以改变土壤颗粒组成，从根本上改变黏质盐渍土的质地，可迅速改善土壤的水盐运移状况，有助于盐分快速淋洗出土壤，降低毛管作用和耕层土壤的积盐。若能利用灌区淤积泥沙改良盐碱地，一方面为灌区淤积泥沙处理开拓一种新途径，为渠道清淤节省大量投资，另一方面清淤的泥沙对区域生态环境破坏较大，通过改良盐碱地可以实现多赢的目的。

此外，改良后的土壤在特定的自然条件和不合理的人为因素影响下仍有再次发生盐渍化的潜在威胁，在盐渍土改良过程中或改良后，应做到保护和利用相结合，以保障治理效果。因此，需结合多种其他措施，从改善土壤结构和控制地下水位等多方面入手来规划区域的盐碱地改良。结合黄河三角洲等一些土地盐渍化问题较为严重的地区在改良治理盐碱地的过程中所积累的经验，建议北海新区盐碱地改良在利用黄河水沙资源输沙入田、铺沙压碱的基础上，综合工程措施、生物措施等多种方法进行，包括完善水利工程措施、明渠排水改良、暗管排水改良、种植作物和盐碱地造林、增施有机肥料等。

2 利用灌区淤积泥沙改良盐碱地的可行性探析

北海新区土地资源丰富，有可直接用于项目建设的建设用地0.8万hm2（原为盐田），适于开发为建设用地的未利用地1.02万hm2，地势平坦，但大片土地受到盐水的侵袭，盐渍化严重。根据《滨州北海经济开发区水利综合规划报告》，北海新区绝大部分区域的绿化用地需要改良土壤，但单纯依靠降水的自然淋溶，3 a内无法实现脱盐。鉴于黄河泥沙资源与小开河等引黄灌渠的建成，可以考虑利用黄河泥沙改善土壤性质，从而满足城市绿化需求。当地总的绿地面积23.1 km2，根据淋溶分析，0.8 m厚度是能够达到效果的最经济的厚度。若利用灌区淤积泥沙改良盐碱地，所需泥沙量为1 848万m3。该盐碱土改良方案涉及水沙资源利用潜力的问题，需要从可利用输沙水量、泥沙资源的可持续性等方面来探析其可行性，并提出输沙管道路线的可能布设方案。

2.1 黄河水资源可利用性评估

黄河水资源可利用性评估主要涉及非灌溉期（6月）、汛期（7—9月）的可用水量和引水时机两方面。

2.1.1 黄河非灌溉期、汛期可用水量

黄河非灌溉期、汛期可用水量是指确保河口生态用水之外的水量。根据河口地区水生态保护对径流条件的要求[9]，维护三角洲陆域湿地稳定的汛期水量不小于70亿～90亿m3;河口地区生态关键期5—6月生态需水量约为22亿m3，汛期7—9月约为100亿m3。

根据宏观资料统计[10]，黄河下游利津站年平均入海水量192.6亿m3，其中汛期7—9月平均入海水量113.6亿m3。按黄河口汛期生态需水量100亿m3计，汛期7—9月约有13亿m3水量可以利用。

此外，每年6月黄河非灌溉期利津站多年平均水量为39.69亿m3，平均输沙量为0.624亿t。按黄河口生态关键期5—6月需水量约为22亿m3，非灌溉期6月应有约17亿m3的水量可利用（不计5月水量）。

综上，北海新区引黄工程确有利用黄河水资源的潜力。

2.1.2 黄河非灌溉期、汛期引水时机

黄河非灌溉期6月、汛期7—9月均有可用水量，但需择机利用，即选择黄河含沙量较小的时间段引水，以确保不增加河口段泥沙淤积，同时又尽可能减少灌区的引沙量，保证灌区正常运行。

根据小开河灌区月引水含沙量统计，6月非灌溉期月平均引水含沙量为0.53～6.88 kg/m3，与灌溉期引水含沙量相差不大，故6月非灌溉期引水是可行的;7—9月汛期月平均引水含沙量为1.11～23.00 kg/m3，出现高引水含沙量的机会较多，但仍有含沙量小的时机。统计6—9月引水含沙量可知， 6月、8月引水含沙量小于5 kg/m3的天数为引水总天数的88.9%。所以，在汛期非灌溉期6月和汛期7—9月引水是可行的，特别是6月和8月引水含沙量较小，当地引黄灌区有条件择机向北海新区输水，满足输沙入田对水资源的需要。

2.2 引黄工程利用黄河泥沙的潜力

利用黄河泥沙的潜力主要取决于：一是在可能的条件下多引沙，即利用汛期引沙颗粒较细的有利条件，适时择机采用高水位、大流量、较高含沙量引水;二是支渠引沙量大小;三是能否保持输沙渠年内冲淤平衡。

2.2.1 小开河引黄工程现有引水规模下利用黄河泥沙的潜力

小开河引黄工程利用黄河泥沙的潜力，是指根据现有引水规模进入沉沙池的沙量分析，在可能的条件下的最大引沙量，即利用汛期引沙颗粒较细的有利条件，适时采用高水位、大流量、较高含沙量引水，其制约因素是距渠首8 km内的渠道淤积问题。

2014年小开河引黄工程的引水规模扩大，以2004—2014年相关统计数据作为评估扩大引水规模之前小开河引黄工程利用黄河泥沙潜力的依据，其年均引水量为2.28亿m3，年均引沙量63.8万t，按沉沙池年清淤量30万m3和距渠首8 km内年清淤量10万m3计算，合计黄河泥沙的利用潜力为40万m3。2014年开始投入运行北海一、二期水库工程，增加小开河引水量0.45亿m3，同时小开河引黄工程向沧州供水0.7亿m3，两项合计扩大引水1.15亿m3，扩大引水所增加的沙量为52.9万～88.0万t。小开河引黄工程扩大引水规模约为2004—2014年平均引水量的50%，增加的入沉沙池沙量以20万m3计。因此，基于小开河引黄工程每年利用黄河泥沙的潜力合计约为60万m3。

2.2.2 簸箕李引黄工程利用黄河泥沙的潜力

簸箕李引黄工程位于黄河左岸，东临小开河引黄工程，灌区纵长106 km，横宽30 km[10]。簸箕李引黄工程渠首设置东、西沉沙条渠，东、西沉沙条渠汇合处以下是总干渠、二干渠（上段沙河至白杨，下段白杨以下）和一干渠。2005年前使用东引黄闸，由于引黄工程渠首前黄河河床冲刷0.70～0.75 m，引水水位下降致使东引黄闸无法引水;2005年后，重新启用西引黄闸，由于西引黄闸闸底高程较东引黄闸低2.1 m，西沉沙条渠比降小，入池后水流速度低，致使沉沙条渠泥沙淤积严重。簸箕李引黄工程年平均引沙量为75.4万m3，加上扩大引水0.4亿m3增加的泥沙量，以平均引沙量100万m3计，其中沉沙条渠泥沙淤积量合计80万m3。簸箕李引黄工程的主要问题是渠首沉沙条渠的泥沙淤积。每年清淤兩次，清淤泥沙带来严重的生态环境问题和经济负担，同时说明通过簸箕李引黄工程引水具有利用黄河泥沙的潜力（潜力为100万m3）。

2.2.3 引黄济青工程利用黄河泥沙的潜力

引黄济青工程位于黄河右岸博兴县境内，为打渔张引黄工程5座分水闸之一，1989年11月建成，输水至青岛，距离长达290 km，设计引水流量41 m3/s，是打渔张引黄工程设计引水流量的1/3。渠首设置沉沙池，采取以挖待沉方式处理泥沙。1989—2011年共清淤泥沙1 644万m3，堆放于隔堤两侧，在设计水位运行时过水面积为设计值的10%，影响水流的正常流动，因此沉沙池泥沙的处理是引黄济青工程的关键问题。利用每年11月—次年2月淤积的泥沙和堆放于隔堤两侧未达堆放高度的泥沙，既可解决清淤泥沙堆放的难题，又可实现泥沙的资源化利用。结合引黄济青工程每年利用黄河泥沙的潜力为150万～200万m3。

综上，北海新区可利用黄河泥沙潜力为310万～360万m3，具有采用铺沙压碱方式改良盐碱地的可能。

3 管道输沙工程的线路布设

3.1 布设方案设计

为充分利用小开河和簸箕李联合管道输沙工程及引黄济青管道输沙工程实现输沙入田，规划管道线路布设（见图2）如下。

（1）小开河引黄工程和簸箕李引黄工程联合管道输沙工程管道线路布设。①小开河引黄工程管道线路布设分两段：

第一段从沉沙池池口沿输水渠至郝家沟24.493 km，第二段沿郝家沟至目的地约15 km，总长约40 km。②簸箕李引黄工程管道线路布设：从沉沙条渠渠首起，沿沉沙条渠、总干渠、二干渠至白杨，全长约62 km;再沿郝家沟向东与小开河引黄工程管道相连接，长约15 km，总长77 km。③小开河引黄工程和簸箕李引黄工程联合输沙管道布设：自簸箕李沉沙条渠渠首起，沿沉沙条渠、总干渠、二干渠至白杨，再沿青坡沟向东至小开河沉沙池出口处，连接小开河引黄输沙管道，总长约120 km。

（2）引黄济青管道输沙工程布设。引黄济青管道输沙工程从沉沙池起，过黄河，连接到韩墩引黄工程的总干渠，过徒干渠，连至小开河十一支渠和输沙渠与小开河引黄工程管道平行设置，总长约110 km。

3.2 讨 论

（1）小开河引黄管道输沙工程是管道输沙工程的起步工程。目前国内管道长距离输矿、输煤技术已日趋成熟，建设了多条长距离管道输矿和输煤工程。管道输沙工程的研究和实践相对较少，在沿黄河两岸利用泥沙的淤背工程具有很长的历史，并沿续至今，但输送距离一般在3～5 km之间。

小开河引黄管道输沙工程设计由沉沙池出口沿输水渠设置多级泵串联运行，将泥沙输送25 km至郝家沟处，这在长距离管道输沙工程上尚属首次，需要对管道输沙系统，从基本数据到管道、泵型选择、配置等进行设计，并在运行中总结经验。

（2）小开河引黄工程和簸箕李引黄工程联合管道输沙最大程度优化了管道输沙工程。小开河引黄工程和簸箕李引黄工程相邻于黄河左岸，输沙、输水渠由南向北近乎平行分布，为联合管道输沙工程提供了非常有利的条件。小开河输沙工程的优势是输送距离短，但其输沙量受到多因素制约;簸箕李输沙工程的沙源相对充足，联合管道输沙可提高输沙工程输沙（效益）的保证率。除了输沙系统的检修外，输沙系统年运行时间9个月左右。

（3）引黄济青管道输沙工程的优势。引黄济青管道输沙工程的优势是具有充足的沙源，主要问题是管道输沙工程需要跨越黄河。

4 结 语

本文探讨了利用小开河、簸箕李引黄工程和引黄济青工程所提供的可持续泥沙资源，实施小开河和簸箕李联合管道输沙工程和引黄济青管道输沙工程，实现利用引黄灌区淤积泥沙改良滨州北海新区盐碱地的可行性及输沙管道线路布设方案等。

（1）北海新区属滨海地区，土壤类型为盐化潮土和滨海盐土，区内土地盐渍化严重，成为制约生态新城建设的主要问题，亟须结合区域资源寻求盐碱地改良可能的途径。

（2）黄河非灌溉期、汛期可用水量分别为17亿m3和13亿m3，引黄灌区有条件择机向北海新区输水，满足输沙入田对水资源的需要。

（3）滨州地区引黄灌区年淤积泥沙可利用潜力为310万～360万m3，具有采用铺沙压碱方式改良盐碱地的可能。

（4）小开河和簸箕李联合管道输沙工程管道线路布设自簸箕李沉沙条渠渠首起，沿沉沙条渠、总干渠、二干渠至白杨，再沿青坡沟向东至小开河沉沙池出口处，连接小开河引黄输沙管道，总长约120 km;引黄济青管道输沙工程自沉沙池起，过黄河，连接到韩墩引黄工程的总干渠，过徒干渠，连至小开河十一支渠和输沙渠，与小开河引黄工程管道平行设置，总长约110 km。

（5）建议在利用黄河水沙资源进行盐碱地改良的基础上，进一步综合工程措施、生物措施等多种方法进行盐碱地改良，以改善土壤结构和控制地下水位，保障治理效果。

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【責任编辑 许立新】