CN100479641C - 利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用北方滨海平原苦咸水与冬冷资源并存的特点，充分利用季节温度的变化规律，依据苦咸水分凝和融离原理，利用冬冷资源“冻灌苦咸水”改善区域环境，实现大面积盐碱地的快速改良。本发明的技术方案是这样实现的：A、建立取水和排水系统；B、冬灌结冰；C、春暖融冰，导流排出1/3-1/2初融咸水，使后期的融化水渗入土壤之中；D、适时播种。这种方法的优点是克服北方淡水资源不足的困难，依靠苦咸水资源实现盐碱地改良；通过苦咸水的利用，降低滨海地区地下水水位，为彻底改变滨海区低洼易涝盐碱化的环境创造了条件；可以低成本实现临港经济区的环境绿化。
Description
技术领域
本发明涉及到一种利用自然冷源和苦咸水自然冻冰融离改良盐碱地的方法.属于水资源利用和土壤改良技术领域。
背景技术
盐碱土是世界干旱、半干旱地区普遍存在的土地类型.也是待开发的重要土地资源。中国盐碱土面积有1亿亩。为改造盐碱地.已经作了大量的科学研究和生产活动，东北平原和黄淮海平原大部分盐碱地得到改良，但是在环渤海的滨海平原.还有大面积低洼盐碱地没有得到改良。主要原因是：盐碱地改良的常规方法是淡水洗盐，而目前环渤海地区是淡水资源最紧缺的地区之一.在高地下水位、稀缺淡水资源的条件下，千万亩以上的滨海土地处于盐碱危害之下，农业发展受到严重制约。同时.大量高水位的苦咸水无法利用.“灰色”的环境也影响了经济发展，成为东部发展的盲点。迫切需要新的盐碱地改良方法.加速环境的改善和农业的发展。
因此，开发利用苦咸水资源早已经成为科学与技术研究关注的重大问题，也是发展临港地区经济必须首先解决的大问题。
发明内容
本发明提供一种利用北方滨海平原苦咸水与冬冷资源并存的特点，充分利用季节温度的变化规律，依据苦咸水冻冰分凝和融离原理，利用冬冷季节资源“冻冰灌溉苦咸水”.通过冻冰实现大面积盐碱地的快速改良.改善区域环境。
本发明的技术方案是这样实现的：这种利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，其特征在于它是由如下步骤完的：
A、建立取水和排水系统：在预改良地块就近设置抽取地下苦咸水的水井.地下设置排水管道或排水沟；
B、冬灌结冰：利用冬天气温达到稳定冻结期时分次灌水.自然结冰使冰层厚度达到18-25cm；
C、春暖融冰：在平均气温接近0℃的春暖季节.控制冰层的融化.导流排出1/3-1/2初融水，使后期的融化水渗入土壤之中；
D、适时播种：及时播种抗盐碱的作物。
所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法.所述步骤A盐碱地块的排水管道设置为地下40-60cm，相隔10m铺设一条排水管，应用于普通春作物或牧草的畦灌。
所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，所述步骤A盐碱地块的排水沟设置为每20米设置一条排水沟，排水沟宽1米，深60cm，沟间做畦，畦埂长10米宽5米，畦埂高40cm，灌水深度达到22cm以上，应用于普通春作物或牧草的畦灌。
所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，所述步骤B中冬灌方法也可采用直接取坑塘冰堆积于盐碱地块。
所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，所述步骤B中冬灌方法还包括坑灌方法，坑深60-100cm，直径80-100cm，留灌水渠道和蓄水坑沿30cm以上，坑域范围内灌水深度达到22cm以上，应用于植树造林。
所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，其特征在于所述步骤B中冬灌方法还包括沟灌方法，沟距100cm，沟宽40-80cm，深度20-30cm，沟域范围内灌水深度达到22cm以上，应用于棉花、向日葵及类似作物。
本发明的技术进步效果表现在：
①克服北方淡水资源不足的困难，依靠苦咸水资源实现盐碱地改良；
②通过苦咸水的利用，降低滨海地区地下水水位，为彻底改变滨海区低洼易涝盐碱化严重的环境创造了条件；
③淡水是绿色植物的生命源泉，可以低成本实现临港经济区的环境绿化。
附图说明
图1是一种抽取地下苦咸水的井位及喷灌分布图
图中：1、真空井 2、喷灌头
图2是暗管排水系统断面图
图中3、排水暗管 4、过滤网
图3是明沟排水系统示意图
图中：5、畦埂 6、明沟
图4是盐土冰改前后土体含盐量变化示意图
图5是地下水位抽水后的水位线示意图
图中：8、地平面 1、真空井 7、水位线
图6是经过平衡的地下水位线示意图
图中：7-1、7-2、动态水位线 7-3、平衡水位线
图7、图8、图9是地温变化与土壤冻结的关系图
图10是苦咸水浓度与分凝淡化效果图
图11是冰块融离过程水质变化曲线图
具体实施方式
盐土是含盐量超过植物生长耐受阈值的一类土地.滨海盐土潮湿粘重.富集多种无机盐.受地下水顶托.排水排盐困难。而苦咸水是滨海数量巨大的一种水资源.本发明的基本构思是利用苦咸水冬灌冻冰.在冬冻春融的顺势周期中.盐土的固、液、气、盐之间发生一系列复杂的物理相变和化学流变.土体变蓬松，透水性加强.无机盐类被递次淋洗改良盐碱土。其处理步骤如下：
①冻灌分凝：
图10中高矿化度苦咸水在温度低于零度时，发生分凝.以冰和卤水的形式产生盐和水的分离。初结晶冰体的矿化度小于4g/l；随着结冰程度加重，冰体裹挟的盐离子增多.冰的矿化度提高.同时剩余的不结冰卤水盐浓度增加，图10所示本发明苦咸水结冰到2/3左右时，即卤水/苦咸水体积比达到0.3左右，剩余卤水浓度可以达到原浓度的2倍以上，残留在卤水中的盐达总盐量的40-60％，随重力下移，渗入土壤之中，此时土壤表面上的结冰层脱盐率达40-60％。
灌水时间要在进入稳定冻结期以后至解冻前的时期，依据气象记录，一般在冬季日平均气温开始低于0度以后5-7天就可以开始。灌水方式采用交替分次灌水；灌水结冰厚度达到20-25cm左右，相当灌水深度22Cm。
在土壤表层覆冰的情况下如图5、图6所示地下水水位随井灌抽水而呈漏斗状下降.经过冬季的地下水运动.水位趋平.按照给水度(0.04)计算.等面积区域的水位可以下降3-5米。为容纳春季冰融化时入渗的咸水创造了条件。
②解冻融离洗盐：
含盐冰融化时，盐份随先融化的冰水析出渗入地下，通过排水系统将盐水排出，后融化的冰主要为淡水，再渗入地下将盐分洗去，所以称为融离洗盐。如图11所示：融离淡化的程度与融化的强度与程度有关.缓慢融化分离效果好.有利于淡化。以融化水先后分段的水质变化(矿化度)曲线为指数曲线：
其中y是水的矿化度.X是融水的单位份数，系数a、b与冰的盐度和融化条件有关。冰的盐度越低，融离淡水的质量和比例越大。
室温(17℃)融化参数表
| 冰盐度(g/l) | a系数 | b系数 |
| 15 | 76 | -0.52 |
| 10 | 61 | -0.61 |
| 5 | 53 | -0.g5 |
③洗盐的效果：洗盐的效果与苦咸水矿化度、灌溉数量及土壤含盐量有关。
融离冰水的递次入渗流动，使盐在土层中的分布改变，盐土在冰冻改良前后的含盐量如图4所示。
本发明的一组试验数据是相当灌水深度30mm的苦咸水冰(矿化度15g/l)在土表融化后，土壤含盐量分布如下：
本发明的另外一组试验数据是相当灌水深度20cm、苦咸水(15g/l)、一米土体(沙性土)平均含盐0.7％的灌溉实验表明：土壤的耕层盐分可以降到植物生长需要的水平(<0.2％)。结果如下表：
当春暖气温回升的季节，平均气温接近-2℃时，土壤开始融化，达到0℃时，土壤自下向上融通，同时冰层也开始融化。可以采用覆盖等措施延缓冰的融化速度，冰层比土壤晚融化、慢融化有利于提高洗盐效果。地温变化与土壤冻结的关系如图7、8、9所示。
实施例
1、“畦灌”是全面改良盐碱地的基本方式，可以用于普通春作物或牧草种植。首先采用井灌抽取地下水.以降低地下水位。抽取地下苦咸水的井位布设与土质的给水速度、井型有关.本发明给出的一种实施方式如图1所示：以真空井1为中心每隔30米设置一个喷灌头2；真空井、管井、大口井等井型都可以使用.全面整地作畦，完善排水系统。
本发明的“畦灌”给出两种排水的实施方式：
①暗管排水.如图2所示；冻灌融离洗盐效果与土体的排水能力密切相关.排水是本发明的系统工程.图中距地面40-60cm，每隔10米设置排水暗管3.排水暗管的基本设计思路是一个半开放的水管结合过滤介质构成.在水管上部的开放部分复合过滤网4，使形成外部渗流水能进入，又能汇集的集蓄管路，过滤网还可以复合在管道内壁，管道的上部开有渗入孔以达到同样目的。
②明沟排水，如图3所示；其中畦长10米，畦宽5米.畦埂高40cm，排水沟间距20米.宽1米，深60cm，到结冰季节，进行畦灌.灌水深度达到22cm以上为好。控制结冰融通过程，就可以保证畦内土壤含盐量降到作物或牧草等种植需要的标准。
2、坑灌：主要应用于植树造林。在地面按照造林要求确定种植点：株行距2×2或3×3米，按照大坑整地的标准，一般翻耕深度60-100cm，直径80-100cm，在秋季进行整地，留灌水渠道和蓄水坑沿30cm以上。
到结冰季节.进行坑灌.坑域范围内灌水深度达到22cm以上为好。控制结冰融通过程.就可以保证植树坑内土壤含盐量降到造林需要的标准.
3、沟灌：用于棉花、向日葵等经济作物。秋季进行开沟整地.一般沟距100cm、沟距1-2米，沟宽0.4-0.8米.耕翻整地深度20-30cm.可以利用深松犁或开沟犁作业。
到结冰季节，进行沟灌.沟域范围内灌水深度达到22cm以上为好。控制结冰融通过程.就可以保证沟内土壤含盐量降到棉花等种植需要的标准。
本发明列举的实施例旨在更进一步地阐明这种利用自然冷源冻冰融离改良盐碱地的方法和实施方式，而不对本发明的保护范围构成任何限制。
Claims (6)
1、利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，其特征在于它是由如下步骤完成的：
A、建立取水和排水系统：在拟改良地块就近设置抽取地下苦咸水的水井.地下设置排水管道或排水沟：
B、冬灌结冰：利用冬天气温达到稳定冻结期分次灌水.自然结冰使冰层厚度达到18-25cm；
C、春暖融冰：在平均气温接近0℃的春暖季节.控制冰层的融化.导流排出1/3-1/2初融咸水.使后期的融化淡水渗入土壤之中：
D、适时播种：及时播种抗盐碱的作物。
2、根据权利要求1所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法.其特征在于所述步骤A盐碱地块的排水管道设置为地下40-60cm，相隔10m铺设—条排水管，应用于普通春作物或牧草的畦灌。
3、根据权利要求1所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，其特征在于所述步骤A盐碱地块每20米设置—条排水沟，排水沟宽1米，深60cm，沟间做畦，畦埂长10米.宽5米，畦埂高40cm，排水沟灌水深度达到22cm以上，应用于普通春作物或牧草的畦灌。
4、根据权利要求1所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，其特征在于所述步骤B中冬灌方法也可采用直接取坑塘冰堆积于盐碱地块。
5、根据权利要求1所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，其特征在于所述步骤B中冬灌方法还包括坑灌方法，坑深60-100cm，直径80-100cm，坑域范围内灌水深度达到22cm以上，应用于植树造林。
6、根据权利要求1所述利用苦咸水自然冻冰改良盐碱地的方法，其特征在于所述步骤B中冬灌方法还包括沟灌方法，沟距100cm，沟宽40-80cm，深度20-30cm，沟域范围内灌水深度达到22cm以上，应用于棉花或向日葵。
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