预防土壤盐碱化和改良盐碱土的水利措施
1.预防灌区土壤盐碱化的水利措施
灌区土壤次生盐碱化产生的原因，主要是由于灌水量过多，排水量不足，地下水动态的平衡遭到破坏，造成地下水位的抬高而引起的。因此，预防灌区土壤次生盐碱化，关键在于控制地下水位。一方面应采取水利、农业综合措施，减少地下水的来水量，另一方面，在地下水位较高地区，应加强地下水监测，及时采取排水措施，降低地下水位。
（1）加强灌溉管理，实行合理用水。土地不平整，灌水技术不良，造成大量深层渗漏补给地下水，是招致地下水位抬高的主要原因。为此，必须搞好土地平整工作，采用合理的灌水方法和技术，避免大定额灌水，防止深层渗漏。
种稻面积分布不当，也是引起相邻旱作区地下水位上升，招致土壤盐碱化的原因，因此，灌区对水稻种植区位置应合理安排。一般水稻的种植应集中在地势较低、土质比较黏重的地区，避免水旱作物插花种植，以防稻田渗漏影响旱作区的地下水位。在水、旱田交界处，应修建有效的截渗沟，拦截稻区的地下渗流。
灌区应制定合理的灌溉制度，减少灌水次数，缩短渠系输水时间和采用防渗措施，以减少渠道的渗漏量。
（2）修建完整的灌溉排水系统。灌区在修建灌溉系统时必须考虑排水问题，以防止出现或加剧渍涝和土壤盐碱化的发生和发展。对灌区内排水系统应做好管理养护维修工作，防止坍塌淤塞，保证排水通畅。
（3）实行井灌与渠灌结合。在具有良好的地下水含水层而水质又适于灌溉的地区，应利用水井开采地下水进行灌溉，实行井灌与渠灌相结合，以减少渠灌的引水量，控制地下水位上升，起到排水的作用。在地面水源比较充足的地区，井渠结合的方式应以渠灌为主，以井灌补充渠灌之不足，在这类地区，渠灌水量和引水次数与井灌面积的大小和布局，均应根据控制地下水位的要求确定。
预防土壤盐碱化除水利措施外，还应采取农业、林业等综合措施。这方面的内容，可参考土壤与农作学教材。
2.改良盐碱地的水利措施
土壤盐碱化程度不同，其改良措施也不相同。
在轻度及中度土壤盐渍化地区，如无灌溉条件且雨量较多时，可以采取修建排水系统、修筑畦田、平整土地和利用雨水压盐，并结合种植耐盐作物，种植牧草和绿肥等农业措施，改良利用盐碱土。有灌溉条件的地区，在修建排水系统的基础上，可采用适当加大灌水定额的方法，结合灌溉促进土壤脱盐，达到改良利用的目的。
在重度盐渍化土地，一般可以采用冲洗排水的方法进行改良。由于冲洗排水需要的水量大和改良的周期长，在土壤含盐量高，透水性弱的地区可以采用排水种稻洗盐的方法，将改良与利用结合起来。在靠近高含沙量河流两岸，可以采用放淤改良轻重程度不同的盐碱化土壤。
对于轻度碱化土壤，可以采用种植绿肥和增施有机肥料，结合加大灌水定额进行改良。对于较重的碱化土壤，则需要采用种稻结合施用化学处理（如石膏等）加以改良。
以下对冲洗、种稻和放淤等改良盐碱土措施，分别进行简要介绍。
（1）冲洗改良盐碱土。
1）冲洗脱盐标准。土壤中的盐分，有时形成固体结晶聚集在土壤表层；有时存在于土壤水中形成含盐溶液。冲洗即是通过灌水将土壤中各种状态的盐分转化为自由溶液中的盐分，并自土壤中排除。除在表层土壤含盐量过高且透水性极弱的情况，有时采用地表明水冲洗排盐外，一般均采用向下冲洗的方式，由入渗的冲洗水将盐分带向深层，经由排水沟（或暗管）排除。
冲洗后应使一定深度的土壤中含盐量降低到耐盐限度以内，以便作物能够正常生长。土壤中允许的最高含盐限度随作物种类和土壤中盐分组成而异。对氯化物盐土，棉花的耐盐能力（即允许含盐量）为干土重的0.3%，小麦为0.2%，苜蓿＜0.2%。对氯化物硫酸盐土，棉花，小麦和苜蓿可分别提高到0.4%、0.4%和0.3%。
冲洗脱盐深度一方面应满足作物生长需要，另一方面也要防止土壤再度返盐。在作物根系活动层较深或气候干旱的地区，应采用较大脱盐深度；反之，可采用较小深度。
我国各地采用的脱盐深度，一般为0.6～1.0m。冲洗后允许的最高含盐量和达到这一含盐量的深度，一般称为脱盐标准。有关冲洗脱盐标准、冲洗技术等内容，已在《土壤与农作学》教材中论述，以下着重探讨冲洗定额和冲洗改良盐碱土地区的田间灌溉排水系统。
2）冲洗定额。为达到脱盐标准，每单位面积上所需的冲洗水量即是冲洗定额（以m3/亩计）。冲洗定额的大小与冲洗前土层含盐量、盐分在土壤中的分布状况、冲洗脱盐标准、土壤理化性质、冲洗水的水质以及水文地质条件和排水条件等有密切关系。由于影响因素十分复杂，冲洗定额的大小最好根据田间试验资料确定。在缺乏试验和调查资料的情况下，也可以采用下式估算：
式中 M——冲洗定额；
m1——在计算冲洗层内，冲洗以前的含水量与田间持水率的差额；
m2——为冲走计划层内过多盐分所需要的水量；
E——冲洗期内蒸发损失量；
P——冲洗期内可利用的降雨量。
当E与P两项大致相等时，冲洗定额计算式可简写为
式中 Wn——计划冲洗脱盐层的田间持水量；
W0——冲洗前计划层的含水量。
第二部分水量m2的计算方法，可分为两类：
a.以经验系数为基础的计算方法。目前常见的计算方法，多属于这一种，我国最常用的是以土壤含盐量为指标的排盐系数法。其计算式为
式中 S0——冲洗前的土壤含盐量（以占干土重的%数计）；
S——冲洗后要求达到的含盐量（以占干土重的%计）；
γ——土壤容重，kg/m3；
H——要求冲洗脱盐深度；
K——排盐系数，即每1m3冲洗水所能冲走的盐量，kg。
K值大小主要与冲洗前土壤含盐量、土壤物理性质、地下水埋深、冲洗技术以及排水沟间距有关，常根据试验确定。例如，根据山东打鱼张灌区试验资料，K值与初始含盐量S0和排水沟间距的关系如图9-12所示。试验地区为胶泥沙壤质滨海氯化物草甸盐土，排水沟深度为2.0～2.5m。
b.以溶质运移理论为基础的计算方法。近20年来，溶质运移（或弥散）理论得到了迅速发展，随着电子计算机的广泛应用，运用这种理论解决盐分运动问题有着广泛前途，以下作简要介绍。
土壤中盐分常通过对流和水动力弥散（机械弥散）而运移。水动力弥散又由分子扩散和机械弥散两部分组成。此外盐分在土壤中还有化合、分解、溶解、沉淀、吸附和离子交换等化学反应，与生物系统也有相互作用，但盐分运移主要是通过对流和弥散。
盐分在土壤中的分子扩散符合费克（Fick）第一定律，其通量Jd等于溶液的梯度与盐分在土壤中扩散系数Ds的乘积：
图9-12 排盐系数与初始含盐量和排水沟间距的关系图
式中 C——盐溶液的浓度；
Ds——盐分在土壤中的分子扩散系数；
z——水流方向坐标。
盐分随水分在土壤孔隙中运动的过程中，由于孔隙介质在微观上相互交错，形成盐分逐步分散的现象，这种现象常称为机械弥散，由于机械弥散而引起的盐分通量Jh也同样具有与扩散相同的形式：
式中 Dh——盐分在土壤中的机械弥散系数，其大小与平均孔隙流速成正比，即
z——水流方向坐标。
由于分子扩散和机械弥散所引起的盐分通量JD为
对流是指溶液运动时，同时携带着盐分运动，其通量Jc等于溶液浓度与土壤水流通量q的乘积，即
在水动力弥散和对流共同作用下盐分总通量为
根据质量守恒原理，溶质储存量在时间上的变化率，在数量上等于通量在空间上的变化率，但符号相反，即
将式（9-20）代入，得
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式中 q——土壤水流通量，即土壤的渗透速度。
在土壤含水达到饱和（θ=θs），且初始含盐浓度上下基本均匀（浓度C=C0），冲洗水含盐浓度为C1，冲洗下渗水孔隙流速（在土壤孔隙中的流速）为v的情况下，若开始冲洗后表层含盐浓度瞬时降低至冲洗水的浓度时，方程式（9-22）及其定解条件为
式（9-23）的解为
若水动力弥散系数D已知，在初始含盐浓度为C0，冲洗后要求达到的含盐浓度C和脱盐深度z一定，孔隙速度v已知时，式（9-27）中仅有一个未知数t（冲洗持续时间），将入渗速度vθs乘以要求的冲洗时间，即得冲洗定额m2。在冲洗过程中表层含盐浓度并非瞬时降低至冲洗水浓度，且在渗入水的含盐量已知的情况下，同样可有冲洗定额的计算公式。
在土壤比较黏重时，土壤的较大孔隙可有溶液流通，微孔中的溶液则不能流动，仅依靠质量交换作用自非流通的微孔向流通孔隙转移。在这种情况下，盐分运移基本方程可写成
式中 α——质量交换系数；
C——流通区溶液浓度；
Cim——非流通区溶液浓度；
θim——非流通孔隙与土壤总体积之比，θim一般为一常量；
θm——流通孔隙与土壤总体积之比，θm=θ-θim；
vm——流通区孔隙流速。
在剖面上初始含盐浓度C0、θim、vm、D和冲洗水含盐浓度C1已知的情况下，对式（9-28）和式（9-29）同样可利用解析解或数值解，求得达到一定脱盐标准和脱盐浓度的冲洗定额m2。
在黏质土地区，土壤颗粒的表面有一定的吸附作用。吸附在土粒表面的溶质不能流动，但吸附相的离子可以和溶液中的离子交换，若单位体积土壤颗粒表面的吸附相溶质的浓度为S，则离子交换速率可用下式表示：
饱和土壤在均衡吸附的情况下，由于液相溶质存在的空隙为饱和含水率θs，固相溶质所在的体积与土体之比为1-θs，因此，在吸附作用下单位时间单位体积溶液中溶质浓度减少的速率为
考虑吸附作用时水动力弥散方程式（9-23）可写为
由于Rd＞1，其值越大，溶液浓度的变化越缓慢，因此，在冲洗条件下吸附具有延缓脱盐的作用。在黏质土壤中存在着非流通孔隙时，其水动力弥散方程式为式（9-28），比较式（9-28）和式（9-33）可以看到，二者形式是相同的，表明非流通孔隙也同样具有延缓土壤脱盐的作用。为此，在黏质土地区，为了提高冲洗效率，一般应采用间歇冲洗方式，即一次灌水后，待田面落干，地下水位下降至一定深度后，再进行下一次灌水。一次灌水量的大小，视土质和初始含盐量而定。一般轻质土一次冲洗水量小，重质土冲洗水量大。间歇期的长短，需结合气温、地下水埋深和土壤质地确定。土壤越轻，间歇期越短；土壤越重，间歇期越长，一般间歇期为2～8d。
3）冲洗改良盐碱土地区的田间工程。排水是冲洗改良的前提，为了达到冲洗脱盐的目的，必须有良好的排水系统。在冲洗（灌水和降雨入渗）过程中，排水明沟（暗管）的任务是保证整个地段冲洗水有足够的下渗速度，并使入渗的总水量达到冲洗定额，以保证土壤脱盐和地下水淡化。在冲洗压盐以后，排水沟的任务则是加速地下水位的回降，并使其控制在一定深度，以减少地下水的蒸发，防止土壤再度返盐。
冲洗改良盐碱土地区的田间排水工程，包括控制地下水位的农沟和冲洗前临时修筑的毛沟。在灌水和降雨淋洗的情况下，排水沟对土壤脱盐的影响范围与土壤质地和排水沟深度有关。盐碱土地区排水沟的深度和间距的确定，已在本书第七章田间排水部分介绍。
在冲洗改良盐碱土地区，如排水沟间距较大，在距排水沟较远处，冲洗过程中地下水会上升至地表。冲洗水将受到地下水的顶托，不仅使入渗减缓，冲洗时间加长；同时在排水地段的不同部位，由于入渗强度相差悬殊，脱盐效果也有很大差异，靠近排水沟处入渗水量过大，造成冲洗水的浪费，而排水地段中部则因入渗强度过小，达不到冲洗脱盐要求。为此，在排水地段应采用分区冲洗灌水的方法，将地段分为三区，中心区、过渡区和沟边区。冲洗首先自中心区开始，由于入渗的冲洗水到达地下水后可向两侧扩散，在中心区脱盐达到一定程度后再将冲洗灌水范围扩大到过渡区，一定时间后再扩展到整个灌水地段。这种冲洗方法不仅可以达到整个地段脱盐均匀，且可避免冲洗水浪费。除采用分区灌水的方法外，为加速土壤脱盐，在冲洗改良阶段，可采用深浅沟相结合的方法，即在深沟控制地段，加开深度为1m左右的临时毛排。待土壤脱盐后再行填平。根据山东打渔张灌区资料，冲洗灌水后田面灌水量需2～6d才能渗完，而有毛排的地段，仅需1d左右。在土壤原始含盐量为1%～2%，采用冲洗定额320m3/亩冲洗后，土壤脱盐至0.2%～0.3%的土层深度，在距毛排（深1m，间距150m）20m、50m、75m处分别为100cm、80cm、40cm，如图9-13所示。这表明毛排对加速土壤脱盐具有重要作用。根据该灌区六户试验站资料，在砂壤土地区毛排深度为1m时，其间距可采用150m，在土壤黏重地区可采用100m。
由于洗盐时用水量大，冲洗用的毛渠流量应大于一般灌溉时的流量。根据山东经验，毛渠流量以50～70L/s为宜。利用井水冲洗压盐时，毛渠流量视水井的出水量而定。冲洗时灌水畦田大小与地形有关。地形平坦的地区一般畦长50～100m，宽7～15m，畦埂高度30～40cm。冲洗前，应耕翻、晒垡和平整土地，保证冲洗效率。
冲洗改良盐碱土地段的毛排和毛渠布置应尽量采用相间布置形式，这样既可两边灌水，减少毛渠的长度，同时又可使渠道渗漏水起到洗盐的作用。
（2）放淤改良盐碱土。利用含沙量大的河水（如我国的黄河和永定河等）进行放淤，改良涝洼盐碱砂荒地，是我国北方农民创造的成功经验。放淤形成的淤泥层，可以改善土壤的物理性质，增加土壤养分；放淤时大量淡水下渗，可以起到冲洗压盐和改良盐碱土的作用；放淤可以抬高地面，改造涝渍砂荒；在高出地面的地上河的堤背放淤，还可以起到固堤的作用。
放淤应选择在水量充足，含砂量大和含黏粒多（粒径小于0.005mm）的季节进行。
图9-13 与排水沟不同距离处冲洗前后脱盐过程
淤区田间工程包括放淤格田，田间灌排渠系和淤区临时控制性建筑物等。放淤格田的大小和布置形式，应根据地形和引水流量而定，如山东省采用的放淤格田（淤区）的面积自200～300亩至1500～2000亩不等。在动水放淤和动静水结合放淤时，格田一般采用长方形，其布置形式有两种：一种是长边垂直于放水渠道，退水直接入排水沟或下游灌溉渠道，如图9-14（a）所示；另一种是长边平行于放水渠道，退水仍回原放水渠道，如图9-14（b）所示。
图9-14 放淤格田布置形式示意图
灌区的面积应与引水流量相适应。如果面积大、流量小、放水时间长，主流槽延伸困难，泥沙不能运送，落淤就不均匀；反之，面积小、流量大、主流槽占淤区面积的比例大、沉积层砂多泥少、放淤质量也难保证。据山东省菏泽地区经验，1m3/s控制的淤区面积，以100～150亩为宜。长方形放淤格田规格，可根据下式近似计算：
式中 L、B——格田长度和宽度，m；
Q——引水流量，m3/s；
ω——泥沙沉降速度，m/s，要求沉落在落区的0.005mm粒径黏粒沉降速度为0.000023，m/s；
K——系数，一般取1.4。
实际应用上，格田长度主要取决于地形条件，在长度确定后，则根据格田长度和引水流量用式（9-35）计算格田宽度。
放淤区淤层厚度，视放淤的目的和任务而定，根据各地经验，一般为0.3～0.5m。为使落淤均匀，格田放淤水深应为1～1.5m。放淤前应修筑围堤和控制建筑物，以保证放淤工作顺利进行。围堤高度为1.5～2.0m，超高应不小于0.5m，顶宽2～3m。控制建筑物如进水口、出水口等多为临时性建筑物，故落差小时，可用柳梢作成；落差较大时，出水口可采用1∶3白灰黏土滚水坝，下设消力池，用铅丝网柳条捆块石筑成。
淤区田间排水系统应根据地形条件，格田宽度和当地对排水沟间距的要求综合规划。例如，当要求的排水沟间距为300m、格田宽为100m时，可采用三个格田为一组的形式，建立田间排水系统（图9-15）。田间排水沟的开挖应与修筑围堤结合进行，一般在围堤外侧取土，挖沟筑堤，以防与淤区相邻的地块产生盐碱化。
为了保证放淤质量，必须掌握泥砂运行规律，采取多口引水、导流送淤、低引高泄、先静后动、以清顶浑、倒灌回淤等措施。
（3）种稻改良盐碱土。由于种稻改良盐碱土的方法多用于土壤含盐量大、地势低洼、土质黏重、地下水位高的地区，泡田后地下水位往往上升至地面（或接近地面）。在这种情况下，如无排水措施，势必影响泡田水和灌溉水下渗，阻碍土壤脱盐和地下水淡化。排水沟可以保证田面有一定的入渗速度，因而具有促进土壤脱盐和地下水淡化的作用。田块距沟越远，田面水入渗速度越小（田面水入渗速度分布曲线如图9-16所示）。为了加速土壤脱盐和地下水的淡化，对稻作区内排水沟的规格应有一定的要求。在土壤含盐量相对较小和经泡田冲洗后当年即可种稻的地区，由于常年种稻，土壤不断脱盐，根据一些地区的经验，农排深度可采用1.5～2.0m，间距可达200m以上。在土质黏重，且土壤原始含盐量大的重盐碱土地区，为了加速土壤脱盐，常采用深浅沟相结合的田间排水系统。毛排深度一般可采用0.6～0.8m，间距为40～80m，随着土壤脱盐和地下水的淡化，毛排间距可以逐渐加大。例如河北滨海地区土质黏重、且含盐量大，第一年种稻采用末级排水沟间距为15～20m，第二年采用30～40m。宁夏引黄灌区土质较轻，采用毛排间距70～100m。辽宁省盘锦农场，重盐碱地采用毛排间距25～30m，中盐碱地采用33～35m，轻盐碱地采用40～50m。图9-17表示打渔张灌区种稻改良盐碱土地区土壤脱盐过程，种稻前表层土壤含盐量为3%以上，3月末泡田后，降低至0.5%以下，在生长后期经过几个月的入渗淋盐，水稻收割前使1m土层内含盐量降低至0.1%左右。
图9-15 淤区田间排水系统
图9-16 地下水淡化过程示意图
图9-17 稻田土壤脱盐过程
种稻改良盐碱土地区，田间灌排渠系通常采用相间布置的形式，如图9-18所示。毛渠水位一般应高出地面0.15m。
在盐分较轻的地区，为了节约土方、减少占地，毛渠可以采用灌排两用的布置形式（图9-19），格田一般为长方形或正方形，面积1～3亩为宜。
图9-18 田间工程排灌相间布置图
图9-19 灌排两用毛渠平面布置图
由于种稻地区灌溉水的长期渗入，不仅使表层土壤脱盐，也将使地下水不断淡化。在有排水的情况下，地下水淡化过程如图9-17所示。在形成一定厚度淡水层后，就可以种植旱作物或实行水旱轮作。在水旱轮作条件下，其排水沟的沟深和间距可以参照旱作地区排水沟要求确定。
除稻田内部排水设施外，为了防止种稻引起邻近地区地下水位的上升和返盐，在稻田周围，还必须修建截渗排水沟。根据我国山东和河南等地资料，在无排水条件下稻田影响范围可达400m以上，一般为200～300m；长期种稻，影响范围还要更大。排水沟越深，影响范围越小。我国各地稻田对邻近旱作区地下水的影响范围和引起土壤返盐的范围见表9-5。
表9-5 稻田对邻近地区影响范围表
自表9-5可以看到，土质越黏重，截水沟深度越大，影响范围越小；种稻时间越久，影响范围越大。为了避免引起稻田附近地区土壤返盐，种稻区周围修建的截水沟深度应不小于旱作地区的排水沟深。