甘肃省东部引水灌溉工程引起的负效应及其防治

张军玲 姜守君 张家峰

(甘肃省地矿局第一地质矿产勘察院   甘肃天水  741020)

1 前言

甘肃省东部系指乌鞘岭以东的广大甘肃地区，面积约18.3万km2，土地资源较为丰富，总耕地面积约4458万亩。但区内水资源较为贫乏，而且分布极为不均，有效灌溉面积仅554.43万亩，其中井灌面积为55.58万亩，仅占保灌面积的13.6%。为了改变干旱缺水面貌，提高人民生活水平，自六十年代以来，各县陆续修建了大量引水灌溉工程，农业生产得到了迅速发展，取得明显的经济效益，与此同时，由于大量灌溉水的入渗，引起了一系列与工程目的相反的负效益-地面塌陷、滑坡、土壤盐渍化、水土流失等，本文就此问题进行探讨。

2 引水灌溉工程引起的负效应分析

2.1 地面塌陷

区内黄土广布，分布面积约11万km2，其中湿陷性黄土分布面积达8.55万km2，特别是表层广布的马兰黄土湿陷性强烈，多具自重湿陷性，而且敏感性高，厚度大，因此，受天然降雨的影响，常导致地面塌陷，危及道路交通、水利设施、人民财产、城市建筑物等的安全，已成为甘肃省东部的主要地质灾害类型之一。近年来，随着大量引水工程的建成和大面积灌溉规划的实施，使得地面塌陷灾害日趋严重，规模不断增大，发生频率增高，并表现出在某一地段的集中性、连续性等特征。如靖会引黄干渠，在白草塬和山长塬引水渠道中每年至少形成2-3处塌陷，在40km长总干渠中有17处遇渠水渗漏后产生塌陷，总长16.6km，支渠有14.3km也经常产生沉陷。其中白草塬2号隧道1980年建成后，渠底渗漏沉陷，将一座小山体从中劈开，移动土方达2万m3，造成渠道报废。又如皋兰大砂沟电力提灌工程，自69年通水以来，共发生大小塌陷500多次，在临夏北塬、西峰董志塬等地引水工程中地面塌陷也十分常见。

地面塌陷的形成是由两方面引起，黄土的湿陷性是基本条件，引水工程中渠（管）道和灌溉水的入渗是诱发因素。区内黄土的粒度成份以粉粒为主，颗粒之间多以支架接触，存在着不稳定的支架孔隙，胶结物含量较低，结构疏松，垂直节理发育，有利于水的入渗，当大量水体入渗后，一方面将黄土中的部分可溶盐溶解，另一方面水破坏了黄土中的不抗水联结，同时在黄土强度降低的过程中，水又在相互滑移的颗粒间起着润滑剂的作用，迫使土体结构破坏，首先发生湿陷而形成负地形下灌，就会发育落水洞，进而形成地面塌陷，造成危害，危害程度受黄土的湿陷强烈程度、入渗水的多少等因素控制。

2.2 滑坡

滑坡是甘肃省东部主要地质灾害类型，据有关资料，体积大于50万m3的滑坡就有5470处，其中水（降水、地表水、地下水）是其重要的诱发因素，在历史记载的滑坡中降水引起的滑坡占40.3%，近年来发生的滑坡大多与降水有关，因此，降水量的空间和时间变化影响着滑坡的区域分布与发生时间。在引水灌溉工程中，灌溉入渗水和渠（管）道入渗水对边坡的破坏与降水对边坡的破坏方式和类型具有相似性，仍为滑坡产生的重要诱发因素之一，由其引起的滑坡灾害事例较多。如兰州市的白塔山公园，是自五十年代起在黄地梁上浇灌出来的，但到目前为止已发生崩塌、滑坡近10处，并且主体斜坡上仍存在多处裂缝。又如兰州市和永靖县从1961年开始不断修建提水灌溉工程，开发利用黄河高阶地，使得阶地边缘滑坡逐年增多，最为典型的是永靖县盐锅黑方台灌区的滑坡，自1969年提水灌溉以来，不仅使黄土台面普遍下沉2-3m，而且使台缘滑坡活动加剧，据统计，1986-2003年的17年内，共发生滑坡30多次，滑动土体近2000万m2。

引水灌溉工程中水的渗漏方式概括起来有以下两种：

①渠（管）道水的渗漏：渠（管）道在输水的过程中，由于管道接触、破裂处水的渗漏，或是渠道由于冻融等作用引起的破裂处水体不断下渗，引起了边坡失稳。如武都红土坡老滑坡因修建的水渠通过古滑坡体，渗漏水造成红土坡古滑坡于1983年复活。靖会引黄灌区，西峰塬区等地引水工程中，均有此类渗漏方式产生的滑坡。

②灌溉水的入渗：在宽阔的高阶地和塬区，表层土质地均一，结构疏松，孔隙、节理、裂隙十分发育，易于灌溉水的入渗，其与降水一起渗入深部，经迳流于阶地边缘或是塬边有利部位以泉的形式排泄。灌溉入渗水体不仅增加了坡体含水量，而且水流的不断迳流排泄，在地下水较富集的层面附近沿某一软弱结构带形成滑动带，在水的长期浸泡和流动等物理化学作用下，滑面不断勾通成形，导致斜坡失稳。

引水灌溉工程引起的滑坡在发生时间上具随机性，其改变了本区降水滑坡集中在6-9月份的规律性，同时也改变了降水量控制区域滑坡分布的规律性，使得降水量较少的会宁，靖远等地也产生了滑坡，同时在一些不利于滑坡产生的地段也产生了滑坡。

2.3 土壤盐渍化

在甘肃省东部的干旱半干旱地区，分布有多处中、新生代断陷、坳陷盆地，并接受了较大厚度的第四系堆积，土地资源十分丰富，但是受干旱少雨的影响，水资源十分贫乏，历史上当地农民一直以旱农耕作为主，大片土地荒芜。为了改变这种状态，自六十年代以来这里不断修建了引水灌溉工程，基本改变了干旱缺水面貌，农业生产得到了迅速发展，与此同时，由于大量灌溉水的入渗，改变了地下水原有的平衡状态，导致部分地区水位逐年上升并产生土壤次生盐渍化。如景泰川灌区1978年盐渍化面积约9.5万亩，而1990年已达到11.4万亩，又如靖远兴堡子川灌区重盐渍土面积达17.3万亩，盐土面积达9.34万亩，而且均为次生积盐型盐渍土，正在兴建的"引大（大通河）入秦（秦五川）"水利灌溉工程，经预测当秦五川盆地全部灌水后将新增次生渍化22.08万亩，将使灌溉效率降低约10%。综合分析这些灌区，可以看出甘肃省东部引水灌溉工程引起的土壤次生盐渍化区具有如下共有特点：

①气候干旱，蒸发强烈，并分布有高盐份的松散堆积物。

②在引水灌溉之前，均有原生盐渍化土分布。

③盆地均构成独立或相对独立的水文地质单元，地下水迳流不畅，矿化度普遍较高。

④引水灌溉后，补给量大于排泄量，地下水水位呈上升趋势，并产生次生盐渍化，面积逐年扩大。

⑤在引水量不足的情况下，多就地开采矿化度较高的微咸水，咸水进行灌溉，也引起土壤表层积盐并产生盐渍化。

如上论述得出，地质环境是本区土壤盐渍化产生的基础，而大量灌溉水的入渗又促使和加剧了盐渍化的形成和发展。

2.4 水土流失

由于引水灌溉工程的实施，对土地的利用面积不断扩大，使土地遭受人类频繁的翻耕扰动，一定程度上破坏了土体的抗侵蚀能力，另外，地面塌陷、滑坡的产生，也促使了水土流失程度的增强。

3 防治措施

3.1 地面塌陷、滑坡的防治

①合理选择渠（管）道建筑场地，正确进行工程地质勘察，重视湿陷性评价研究。

②在条件允许时，渠（管）道尽是避开湿陷性黄土厚度大、湿陷强烈、敏感性高的脆弱环境区，如无法避开，则需采取一定措施进行处理。

③采用畦灌、滴灌、喷灌等节水灌溉方式，并种植节水性作物，调整灌溉定额，尽量减少灌溉水的入渗。

④对引水设施应加强后期的保护、维修，对冲毁的渠道，渗漏的管道需及时修补，防止渠（管）道水的大量入渗。

3.2 土壤盐渍化的防治

①加强对现有水利工程的改造和维护，减少提灌水在输送途中的消耗，增加渠系利用率。

②制定合理的灌溉定额，建立科学的配水制度，采用畦灌、滴灌、喷灌、浅浇快轮等行之有效的节水灌溉方式，并积极提倡种植节水性作物。

③将地下水和引用地表水联合利用，作为一个整体统一规划，并确定合理布井方案，通过井灌，井排达到排灌平衡。

④改善耕植层土壤结构，调节水盐运移，减少土壤水份蒸发，培肥土壤，达到防治目的。

⑤种植耐盐植物，靠生物蒸腾起到降低地下水水位的作用。

⑥破坏局部隔水层或是抑制地下水排泄的地带，改善水文地质条件，防止盐渍化。