一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法，該方法包括如下步驟：1)挖井；2)從井中抽取地下咸水，并用蓄水庫蓄積抽出的咸水；3)步驟2)中抽出的咸水在自然條件下凍結成冰；4)將步驟3)凍結成的冰塊覆蓋在土壤表面形成覆冰灌溉層；5)將步驟4)中冰層下方未凍結的咸水自蓄水庫中抽出；6)在自然條件發生變化，覆冰灌溉層開始融化時，再次從井中抽取地下咸水，并將咸水蓄積到蓄水庫中；7)重復實施步驟2)-6)，即可實現北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉。該方法充分利用了咸水資源，減少了對深層地下淡水的開采，有利于降低地下水位，抑制深層土壤返鹽。
【專利說明】一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及灌溉技術。更具體地，涉及一種適用于我國北方濱海鹽堿地的深層土壤淋洗脫鹽的灌溉方法及系統。
【背景技術】
[0002]土壤鹽分是我國北方濱海地區主要生態環境限制因子，也是導致生態環境系統脆弱和環境承載力低的制約因素，它也嚴重制約農業生長和農村經濟的發展。北方濱海地區地下水位高、礦化度強，耕層土壤鹽分累積，農業灌溉淡水資源缺乏。近年來，咸水結冰灌溉方法在渤海灣濱海地區鹽堿地灌溉改良中取得了良好的效果。咸水結冰灌溉，是在指冬季抽取地表咸水灌溉鹽堿地，咸水受低溫作用會在鹽堿地表面形成一定厚度的咸水冰層。春季融化時咸水冰層中濃鹽水融化在先、微咸水融化在后，這樣就形成了濃咸水和微咸水融化入滲。這種梯次入滲對濱海鹽土具有很好灌溉洗鹽作用，可以保持土壤墑情，為作物生長提供適宜的土壤水分條件。但這種灌溉咸水結冰(鹽分含量在15g/L左右)融化進入土壤鹽分較多，可能抬高地下水位和產生潛在土壤積鹽層，增加土壤潛在鹽潰化風險。也有研究者采用鹽度較低的微咸水冰進行鹽堿地土壤覆蓋灌溉，這種灌溉方法相對于咸水結冰灌溉減少了鹽分進入土壤，增加融化后期進入土壤淡水量，有利于土壤淋洗脫鹽和春播土壤墑情的改善。但鹽分會累積在深層土壤^O-1OOcm)中，表層土壤存在返鹽風險。因此，在地下水鹽度高、水位較淺的濱海地區，如果不將控制或降低地下水位與灌溉措施相結合，不論何種灌溉措施都不可避免引起地下水位上升，深層土壤積鹽、表層土壤返鹽。因此，需要一種新的濱海鹽堿地的灌溉方法和系統來解決上述問題。

【發明內容】

[0003]本發明要解決的第一個技術問題是提供一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法，該方法充分利用了咸水資源，減少了對深層地下淡水的開采，有利于降低地下水位，抑制深層土壤返鹽。
[0004]本發明要解決的第二個技術問題是提供一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉系統。
[0005]為解決上述第一個技術問題，本發明采用下述技術方案:
[0006]一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法，該方法包括如下步驟:
[0007]1)挖井；
[0008]2)從井中抽取地下咸水，并用蓄水庫蓄積抽出的咸水；
[0009]3)步驟2)中抽出的咸水在自然條件下凍結成冰；因為是咸水的緣故，蓄積的鹽水不會全部結冰，只會在表面部分凍結成冰；
[0010]4)將步驟3)凍結成的冰塊覆蓋在土壤表面形成覆冰灌溉層；
[0011]5)將步驟4)中冰層下方未凍結的咸水自蓄水庫中抽出；該咸水的進一步處理用現有技術即可，與本發明無涉；[0012]6)在自然條件發生變化，覆冰灌溉層開始融化時，再次從井中抽取地下咸水，并將咸水蓄積到蓄水庫中；通過該步驟，使得覆冰灌溉層的融化不致使地下水位升高，從而導致深層土壤返鹽現象；這是因為再次抽取咸水后，地下水位已經有降低，覆冰灌溉層融化后的水不致提升地下水位，從而抑制了深層土壤返鹽；
[0013]7)重復實施步驟2)-6)，即可實現北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉。
[0014]上述步驟即可以實現對土壤的結冰灌溉，充分利用了咸水資源，減少了對深層地下淡水的開采；并且有利于抑制深層土壤返鹽。
[0015]優選地，如果一次結冰得到的覆冰灌溉層量不足時，重復步驟2)-5)。
[0016]優選地，步驟I)所述井的深度為15-20米，井口直徑為0.4-0.6米。
[0017]優選地，步驟2)所述蓄水庫中的咸水至少1.5米深，所述咸水的鹽度為15_20g/L。
[0018]優選地，步驟4)所述覆冰灌溉層的冰層厚度為40-60cm，冰層鹽度為2_4g/L。在實際覆蓋中，根據鹽堿地耕種層的土壤含鹽量來設置土壤表面的不同覆冰灌溉量，而鹽堿地的耕種層厚度為0-40cm。
[0019]本發明的灌溉方法，是在濱海地區鹽堿地上打抽水井，冬季用水泵抽取地下咸水蓄積在蓄水庫中，形成時空上地下水位下降，取蓄水庫中凍結的微咸水冰覆蓋至鹽堿地土壤表面，形成一定厚度的覆冰灌溉層，將蓄水庫中未結冰的鹽度較高的咸水抽干，然后再次從井中抽地下咸水，進一步降低地下水位，蓄水庫中的咸水被凍結成微咸水冰，將微咸水冰覆蓋在土壤表面，如此循環，通過降低地下水位和微咸水冰春季融化對鹽堿地深層土壤進行灌溉洗鹽。
[0020]為解決上述第二個技術問題，本發明采用如下技術方案:
[0021]一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉系統，該系統包括抽水井、潛水泵、管道、蓄水庫和咸水；
[0022]所述抽水井的深度為15-20米，井口直徑為0.4-0.6米，所述抽水井的井壁固裝有隔水管和濾水管，所述隔水管和濾水管相接并垂直于井底，所述隔水管固裝在井深2米以下的管壁中，所述濾水管固裝在地面至井深2米處；
[0023]所述潛水泵置于抽水井中，通過管道通向蓄水庫；用于將井中的咸水抽至蓄水庫。
[0024]優選地，所述抽水井設有多口，每口井之間相距50-60米，所述多口抽水井之間按正方形排列。
[0025]在北方濱海鹽堿地打抽水井，抽水井在井壁安裝隔水管和濾水管，在井深2米以下處安裝的隔水管是防止深層土壤水滲入抽水井；從地面至地下2米處(即井深2米處)安裝的濾水管是為讓2米深以上的土壤水滲入抽水井。入冬時抽取地下咸水至蓄水庫中，不僅降低地下水位減少深層土壤鹽分，同時為冬季凍結形成微咸水冰提供咸水資源。冬季低溫作用使得蓄水庫中的咸水開始凍結，在咸水面形成厚度為10-15厘米的咸水冰層，其鹽度為2-4g/L ;將蓄水庫中的微咸水冰采集，覆蓋至鹽堿地土壤表面，形成厚度為40-60厘米的覆冰灌溉層，為冬季鹽堿地土壤灌溉提供水源。在冬季，由于微咸水冰中的鹵水胞鹽度很高，在一般的低溫條件下仍然為液態而不會凍結，鹵水胞受重力作用會從冰體底部被排出剩下淡水冰晶。高鹽度水進入土壤后，土壤鹽分會增加，土壤通透性改善。隨著春季氣溫上升，淡水冰晶緩慢融化，同時再次從抽水井中的咸水蓄積到蓄水池中，降低地下水位；淡水冰晶融化所形成的淡水會緩慢地滲入鹽堿地土壤，這些淡水在下滲過程中會溶解一部分土壤鹽分并淋洗至深層土壤，再配合抽水井抽取地下水，進一步降低地下水位，使得深層土壤脫鹽。同時，春季淡水進入土壤，改善土壤墑情，為春播作物發芽和苗期生長提供良好的土壤淡化和水分條件。
[0026]這種挖抽水井、抽地下水、咸水凍結成冰、覆冰灌溉等多種措施的結合，可以降低地下水位，減少深層土壤鹽分，土壤表面覆冰灌溉、通過微咸水冰緩慢融化、逐漸下滲的過程，降低耕層土壤鹽分、增加土壤水分，使濱海地區能最大限度地充分利用地下咸水資源，實現在沒有地表淡水灌溉條件下鹽堿地土壤灌溉目的。
[0027]本發明的有益效果如下:
[0028]1、充分利用咸水資源。本發明充分利用濱海鹽堿地地區豐富的地下咸水資源，減少對深層地下淡水開采；
[0029]2、充分利用北方濱海地區的低溫資源，使得蓄水淺池中的咸水冬季凍結形成微咸水冰，為提供鹽堿地土壤灌溉提供水源；
[0030]3、在鹽堿地土壤上打抽水井，抽取地下水，降低地下水位，抑制深層土壤返鹽；
[0031]4、抽取鹽堿地地下水，騰空地下庫容，增加冬季覆冰灌溉的融冰水滲入土壤的深度，使得鹽堿地深層土壤脫鹽；
[0032]5、融冰后期大量淡水滲入土壤，增加土壤含水量，改善土壤墑情，為春播作物發芽或苗期生長提供有利的水分條件；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0034]圖1示出本發明鹽堿地灌溉方法和系統的原理示意圖；
[0035]圖2示出本發明抽水井的剖面圖。
【具體實施方式】
[0036]為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。
[0037]圖中，I為抽水井，2為潛水泵，3為導水管，4為蓄水庫，5為咸水，6為微咸水冰，7為覆冰灌溉層，8為隔水管，9為濾水管。
[0038]如圖1，圖2所示，濱海鹽堿地上設置抽水井I,入冬時用潛水泵2連接導水管3抽取抽水井I中地下咸水至蓄水庫4中，蓄水庫4中咸水5在冬季低溫作用下形成具有一定厚度的微咸水冰6，將這些微咸水冰6取出堆積至鹽堿地土壤表面，形成40-60cm的覆冰灌溉層7。
[0039]抽水井I的井壁采用隔水管8和濾水管9相結合的管柱，垂直安裝在預先打好的井孔中，管子垂直井底。隔水管安裝在地下2米以下處，濾水管安裝在地面至地下2米處。
[0040]在河北省黃驊市中捷友誼農場13隊鹽堿地實驗本發明所述的冬季灌溉方法，包括如下步驟:
[0041]1,2012春季在鹽堿荒地上(土壤鹽度為2.5g/kg)打3個抽水井，抽水井深度為20米，井 口直徑為0.4米，抽水井之間的相距60米；井壁采用隔水管和濾水管想結合的管柱，垂直安裝在預先打好的井孔中；隔水管安裝在地下2米以下處，濾水管用無紡布包裹安裝在地面至地下2米處；
[0042]2、入冬時用潛水泵連續抽取地下水排入至蓄水庫中，使得抽水井中的水位降低至2米以下；蓄水庫中形成1.7米深的咸水層，咸水鹽度為15g/L ；
[0043]3、冬季低溫使得蓄水庫中咸水凍結，2012年12月20日咸水表面形成咸水冰層；2012年12月30日時咸水冰厚度為15厘米，其鹽度為2.5g/L ；
[0044]4、重復步驟1-3。
[0045]5、多次采集蓄水庫的咸水冰覆蓋至鹽堿地土壤表面，最終在鹽堿地土壤上形成厚度為40厘米的覆冰灌溉層；
[0046]6、將步驟5中冰層下方未凍結的咸水自蓄水庫中抽出處理；
[0047]7、在春季自然條件發生變化，覆冰灌溉層開始融化時，再次從井中抽取地下咸水，并將咸水蓄積到蓄水庫中；通過該步驟，使得覆冰灌溉層的融化不致使地下水位升高，從而導致深層土壤返鹽現象；這是因為再次抽取咸水后，地下水位已經有降低，覆冰灌溉層融化后的水不致提升地下水位，從而抑制了深層土壤返鹽。
[0048]鹽堿地咸水冰灌溉前后各層土壤鹽分和脫鹽率如下表:
[0049]表1鹽堿地覆冰灌溉下土壤含水量和含鹽量的變化
[0050]
【權利要求】
1.一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)挖井； 2)從井中抽取地下咸水，并用蓄水庫蓄積抽出的咸水； 3)步驟2)中抽出的咸水在自然條件下凍結成冰； 4)將步驟3)凍結成的冰塊覆蓋在土壤表面形成覆冰灌溉層； 5)將步驟4)中冰層下方未凍結的咸水自蓄水庫中抽出； 6)在自然條件發生變化，覆冰灌溉層開始融化時，再次從井中抽取地下咸水，并將咸水蓄積到蓄水庫中； 7)重復實施步驟2)-6)，即可實現北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉。
2.根據權利要求1所述北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法，其特征在于:優選地，如果一次結冰得到的覆冰灌溉層量不足時，重復步驟2)-5)。
3.根據權利要求1所述北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法，其特征在于:優選地，步驟I)所述井的深度為15-20米，井口直徑為0.4-0.6米。
4.根據權利要求1所述北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法，其特征在于:優選地，步驟2)所述蓄水庫中的咸水至少1.5米深，所述咸水的鹽度為15-20g/L。
5.根據權利要求1所述北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉方法，其特征在于:優選地，步驟4)所述覆冰灌溉層的冰層厚度為40-60cm，冰層鹽度為2_4g/L。
6.一種北方濱海地區鹽堿地的冬季灌溉系統，其特征在于:該系統包括抽水井(I)、潛水泵(2)、管道(3)、蓄水庫(4)和咸水(5)； 所述抽水井(I)的深度為15-20米，井口直徑為0.4-0.6米，所述抽水井的井壁固裝有隔水管(8)和濾水管(9)，所述隔水管(8)和濾水管(9)相接并垂直于井底，所述隔水管(8)固裝在井深2米以下的管壁中，所述濾水管(9)固裝在地面至井深2米處。 所述潛水泵⑵置于抽水井⑴中，通過管道⑶通向蓄水庫(4)。
7.根據權利要求6所述的冬季灌溉系統，其特征在于:所述抽水井(I)設有多口，每口井之間相距50-60米，所述多口抽水井之間按正方形排列。
8.根據權利要求6所述的冬季灌溉系統，其特征在于:所述蓄水庫(4)中的咸水(5)深度至少1.5米，所述咸水的鹽度為15-20g/L ;所述咸水被凍結成冰的冰層厚度為15-20cm，冰層鹽度為2-4g/L。
【文檔編號】A01G25/00GK103999739SQ201410246044
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月5日 優先權日:2014年6月5日
【發明者】陶軍, 顧衛, 許映軍, 張化 申請人:北京師范大學