平原水庫周邊土壤鹽漬化易發性て蘭壑副晏逑到立與應用

潘俊 梁海濤 孟利 岳丹丹

摘要：針對當前平原水庫周邊土壤鹽漬化易發性評價方法適用范圍小、評價精度低的共性問題，提出以地下水位埋深、土壤含鹽量、蒸發降水比為評價指標的土壤鹽漬化易發性評價指標體系。以石佛寺水庫為例，在野外蓄水試驗獲得參數的基礎上，運用基于層次分析法（AHP）的模糊綜合評價方法對庫區蓄水后土壤鹽漬化易發程度進行評價。結果表明：庫區蓄水后左岸主壩下游周邊大部分地區出現嚴重鹽漬化，且越靠近主壩鹽漬化程度越嚴重，遠離主壩的部分地區鹽漬化程度逐漸降低；右岸因地勢較低，大部分地區土壤鹽漬化程度嚴重，少部分地區呈現輕度鹽漬化。采用所建立的評價指標體系所得評價結果比常規地下水位評價方法更合理、更符合實際，進而為提出采用地表-地下聯合調蓄控制鹽漬化的具體措施提供了技術依據，為庫區環境地質災害評估提供了新思路、新方法。

關鍵詞：平原水庫；土壤鹽漬化；評價指標體系；蓄水試驗；模糊綜合評價

中圖分類號： S156.4文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0447-04

平原水庫蓄水極易在庫區及庫岸周邊產生土壤鹽漬化問題，從而引起多種環境地質災害，并帶來巨大的經濟損失，土壤鹽漬化易發性評價是水庫工程勘察與評價的重要內容，也是水庫四大工程地質問題之一[1]。如何評價水庫蓄水引起的土壤鹽漬化程度，一直是研究熱點。目前普遍采用的相關評價方法有主成分分析法、電磁感應法、人工神經網絡法等。上述蓄水土壤鹽漬化易發性的評價只能根據研究區內有限的地下水位資料進行計算，由于用于預報的地下水位數據有限，對于適用地區在地形、地質參數等方面也有較多約束，評價精度較低，適用范圍較小[2-3]。因此較為全面的庫區土壤鹽漬化程度易發性評價指標體系和評價等級劃分等問題值得深入研究。

土壤鹽漬化是指水庫蓄水后，由于地表水補給地下水的水量迅速增大，致使庫區周圍的地下水位高于或接近于地面，而使土壤底層或地下水的鹽分隨毛管水上升到地表，水分蒸發后使鹽分積累在表層土壤的現象[4-5]。因此，庫區周圍地下水位埋深是鹽漬化程度的最直觀指標；其次，土壤含鹽量也是影響土壤鹽漬化的重要因素，土壤含鹽量也應作為鹽漬化程度的評價指標[6]；再次，蒸發降水比對土壤含鹽量有一定影響，地表蒸發、入滲是鹽分在土體中運動的重要驅動力，直接控制著鹽分在土體中的分布和存在狀態[7-8]，因此蒸發降水比也是鹽漬化易發程度評價的一項重要指標。 本研究提出以地下水位埋深、土壤含鹽量、蒸發降水比作為土壤鹽漬化易發性評價的指標體系，以此劃分土壤鹽漬化程度分級標準，并以遼河干流控制性水利工程——石佛寺水庫為例，該評價指標體系采用基于層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）的模糊綜合評價法對該庫區蓄水產生的鹽漬化易發程度進行評價，以期為庫區環境地質災害評估提供參考。

1評價指標體系的建立

土壤鹽漬化是水庫蓄水后極易發生的環境地質問題，如何有效、準確地表征土壤鹽漬化程度，需要涉及多方面的評價。本研究首先通過分類、集成方法，篩選出有代表性的評價指標，并根據各指標間的內在關系建立全方位、多視角的評價指標體系；其次制定了土壤鹽漬化程度的不同等級及其各指標評價標準；最后運用基于AHP的模糊綜合評價方法來評價土壤鹽漬化程度。

1.1評價因子的篩選與確定

土壤鹽漬化易發性評價指標應體現公平、高效、可持續這3個特征，考慮其內在的層次性、預警性、階段性的特殊屬性，利用指標屬性分組的方法確定地下水位埋深、土壤含鹽量、蒸發降水比為土壤鹽漬化易發性評價指標。

1.1.1地下水位土壤鹽漬化的發生有2個條件：（1）由于地下水中含有一定量鹽分，當地下水位升高至根系層高度或毛管水上升至根系層高度，隨著水分蒸發，鹽分逐漸析出，滯留在土壤中，使土壤含鹽量增大；（2）地勢低洼，水分無法及時排出，待水分蒸發后，地表留下的鹽分使土壤含鹽量增大[9]。此外，地下水位是根據地下水位埋深和毛管水上升高度確定的，因此將地下水位埋深和毛管水上升高度確定為地下水位的評價指標。根據GB 50487—2008《水利水電工程地質勘察規范》中有關浸沒評價的計算公式計算出毛管水上升高度。

1.1.2土壤含鹽量土壤含鹽量是影響土壤鹽漬化的直接因素。土壤含鹽量又分為氯離子含量和礦化度2個指標。礦化度與地下水臨界深度關系見表1[10]。礦化度是指研究區域土壤浸提液的含鹽量，運用電導率法測定礦化度。土壤中總含鹽量和氯化鈉含量對農作物有很大影響，以水稻為例，各生育階段耐鹽臨界濃度見表2。通過對不同土壤含鹽量的空間變異[11]以及石佛寺地區的實際情況分析總結，從而確定土壤含鹽量與鹽漬化程度之間的關系。

1.2評價標準的確定

根據篩選的土壤鹽漬化易發性評價指標，結合研究區域的地下水位埋深、農作物生長的耐鹽標準和蒸發降水與土壤鹽化的相對關系，制定土壤鹽漬化程度評價標準，詳見表4。本研究區域遼寧省沈陽地區的極限蒸發深度為4.0 m，因此將未發生鹽漬化的標準定為潛水位大于4.0 m的范圍。研究區域大部分土壤為粉質黏土，毛管水上升高度平均為1.5 m，因此將嚴重鹽漬化標準定為毛管水上升高度低于1.5 m。根據地下水位與礦化度的關系，將未發生鹽漬化的礦化度標準定為2 g/L。根據水稻耐鹽濃度標準，將未發生鹽漬化的氯化物含量標準定為低于0.088%。根據蒸發降水比與土壤鹽化的關系，將未發生鹽漬化的蒸發降水比定為1（表4）。

1.3基于AHP模糊綜合評價模型

基于AHP模糊綜合評價模型是在模糊綜合評價的基礎上，利用層次分析法在每層指標均設置不同權重，且在每個層次、每個因素對結果的影響程度都是量化明確的特點，將層次分析法與模糊綜合評價法相結合，建立基于AHP的模糊綜合評價方法。該方法以多個指標對被評價事物隸屬等級狀況進行綜合性評判，兼顧評價指標的層次性，使得評價標準、影響因素之間的聯系可以更加直觀地得以體現。

2實例應用

2.1研究區域概況

石佛寺水庫位于沈陽市沈北區黃家錫伯族鄉和法庫縣依牛堡鄉，是遼河干流上唯一的控制性水利工程，屬于蓄水滯洪型水庫，庫區范圍如圖1所示。研究區域屬于北溫帶大陸性季風半濕潤氣候，春季平均氣溫為8.6 ℃，平均降水總量為108.4 mm，平均蒸發總量為306.6 mm；夏季平均氣溫為 22.6 ℃，平均降水總量為413.0 mm，占年降水總量的 62.1%；秋季平均氣溫為7.9 ℃，平均降水量為127.5 mm，占年降水總量的19.2%；冬季平均氣溫為-10.3 ℃，平均降水總量為15.7 mm，占年降水總量的2.4%。庫區底部及周圍地層為第4紀地層，巖性由中細砂與礫砂組成，厚度為35～45 m。該地層顆粒比較松散、孔隙率較發育，是地下水蘊藏較豐富的含水層。該含水層中的地下水埋深較淺，與地表水聯系密切，通過水庫的蓄水試驗表明，水庫蓄水后庫區及周圍極易發生浸沒問題，而庫區左岸主要為水田區，庫區右岸主要為旱田區。因此，如何評價水庫蓄水引起浸沒所產生的土壤鹽漬化程度，評估其對農田產生的影響，進而通過土壤鹽漬化程度分析，提出切實可行的控制措施，避免水庫蓄水產生的土壤鹽漬化等各種環境地質災害十分重要。

2.2鹽漬化程度評價

2.2.1評價區域劃分采用網格布點法劃分評價區域。將規劃區劃分為等面積網格，在網格中心設置采樣點，本單元劃分基于浸沒初判斷確定的浸沒影響范圍，將該范圍劃分為500 m×500 m的等面積網格，將每個網格作為1個評價單元，并選擇網格中心點作為該網格特征點，網格內區域評價數據均采用該點數值。

2.2.2計算參數獲取[JP3]為了確定地下水位埋深與地面的關系，以及庫區和周邊土壤物理性質參數，進行野外蓄水試驗。通過豎管法毛細水上升高度試驗、比重法以及環刀法試驗，計算出研究區毛管水上升高度、天然孔隙比和飽和度2.2.3評價結果及分析確定土壤鹽漬化程度評價指標集。土壤鹽漬化程度（U）={地下水位埋深，土壤含鹽量，蒸發降雨比}；每個因素按其性質和程度細分為N個因子，可表示為如下因子等級：地下水位={潛水位埋深，毛管水上升高度}；土壤含鹽量={礦化度，氯化物含量}。

根據研究區域地下水位埋深和土壤含鹽量的監測數據，結合蓄水試驗參數，按照土壤鹽漬化評價指標體系，運用二級模糊綜合評判方法對石佛寺庫區土壤鹽漬化程度進行評價，結果見圖2。

由圖2可知，庫區左岸主壩下游西南側的高坎子地區、南側的腰長河地區以及東南側的大丁字泡地區等大部分地區呈現嚴重土壤鹽漬化；遠離主壩的西南側龍崗子地區和東南側的小鮑家子崗部分地區呈現輕度鹽漬化，龍崗子地區以南的小部分地區未出現鹽漬化現象。庫區右岸代家荒地、石家荒地、陳平堡以及李家窩棚的大部分地區呈現嚴重土壤鹽漬化現象，魯家窩棚、魏家窩棚以及靠近遼河右岸的團山部分地區呈現輕度鹽漬化現象。

通過土壤鹽漬化程度評價結果可知，水庫蓄水將對石佛寺水庫周圍大部分地區造成嚴重環境地質災害，出現嚴重土壤鹽漬化現象，對當地居民正常生活有一定影響。

3土壤鹽漬化防控方案

為消除水庫因滯洪蓄水帶來的土壤鹽漬化地質災害，設計采用深淺組合井的取水方案對庫區周邊的土壤鹽漬化進行防控，將抽取的地下水作為沈陽市沈北新區供水水源。因此，在降低地下水位以減少蓄水帶來的環境地質災害的同時，充分利用了庫區水資源。根據石佛寺水庫周邊的環境條件，考慮明沈公路是連接沈陽市和黑龍江省明水市的重要交通干道，則以明沈公路路基地面埋深46.5 m為蓄水高度限值。

運用Visual Modflow軟件對取水方案進行數值模擬，結果見圖3。

由圖3可見，水庫左岸主壩下游泄洪閘至前高坎部分地區有輕度鹽漬化，庫區右岸石家荒地、李家窩棚及陳平堡西南部分地區呈現輕度鹽漬化，其他地區均未發生鹽漬化現象。對比圖3、圖4可以看出，嚴重土壤鹽漬化和中度土壤鹽漬化范圍大大減少，深淺組合井的布井方案基本解決了庫區土壤鹽漬化問題。

4結論

本研究圍繞平原水庫周邊土壤鹽漬化易發性評價問題，通過指標屬性分組法確定以地下水位埋深、土壤含鹽量、蒸發降水比為評價指標的評價體系，結合研究區域的實際情況制定土壤鹽漬化程度評判標準，為土壤鹽漬化易發程度評估提供新思路。

根據制定的土壤鹽漬化評價指標體系，運用AHP模糊綜合評價法對石佛寺庫區周邊土壤鹽漬化易發程度進行評價。

結果表明，庫區周邊均存在不同程度土壤鹽漬化現象，尤其在庫區左岸主壩下游和庫區右岸陳平堡地區土壤鹽漬化程度嚴重。針對評價結果，制定地表-地下聯合調控的措施，在控制土壤鹽漬化同時，為沈北新區供水，實現了水資源合理開發與利用，為解決土壤鹽漬化問題提供依據。

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