一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法，该方法包括如下步骤：1)挖井；2)从井中抽取地下咸水，并用蓄水库蓄积抽出的咸水；3)步骤2)中抽出的咸水在自然条件下冻结成冰；4)将步骤3)冻结成的冰块覆盖在土壤表面形成覆冰灌溉层；5)将步骤4)中冰层下方未冻结的咸水自蓄水库中抽出；6)在自然条件发生变化，覆冰灌溉层开始融化时，再次从井中抽取地下咸水，并将咸水蓄积到蓄水库中；7)重复实施步骤2)-6)，即可实现北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉。该方法充分利用了咸水资源，减少了对深层地下淡水的开采，有利于降低地下水位，抑制深层土壤返盐。
【专利说明】一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及灌溉技术。更具体地，涉及一种适用于我国北方滨海盐碱地的深层土壤淋洗脱盐的灌溉方法及系统。
【背景技术】
[0002]土壤盐分是我国北方滨海地区主要生态环境限制因子，也是导致生态环境系统脆弱和环境承载力低的制约因素，它也严重制约农业生长和农村经济的发展。北方滨海地区地下水位高、矿化度强，耕层土壤盐分累积，农业灌溉淡水资源缺乏。近年来，咸水结冰灌溉方法在渤海湾滨海地区盐碱地灌溉改良中取得了良好的效果。咸水结冰灌溉，是在指冬季抽取地表咸水灌溉盐碱地，咸水受低温作用会在盐碱地表面形成一定厚度的咸水冰层。春季融化时咸水冰层中浓盐水融化在先、微咸水融化在后，这样就形成了浓咸水和微咸水融化入渗。这种梯次入渗对滨海盐土具有很好灌溉洗盐作用，可以保持土壤墒情，为作物生长提供适宜的土壤水分条件。但这种灌溉咸水结冰(盐分含量在15g/L左右)融化进入土壤盐分较多，可能抬高地下水位和产生潜在土壤积盐层，增加土壤潜在盐溃化风险。也有研究者采用盐度较低的微咸水冰进行盐碱地土壤覆盖灌溉，这种灌溉方法相对于咸水结冰灌溉减少了盐分进入土壤，增加融化后期进入土壤淡水量，有利于土壤淋洗脱盐和春播土壤墒情的改善。但盐分会累积在深层土壤^O-1OOcm)中，表层土壤存在返盐风险。因此，在地下水盐度高、水位较浅的滨海地区，如果不将控制或降低地下水位与灌溉措施相结合，不论何种灌溉措施都不可避免引起地下水位上升，深层土壤积盐、表层土壤返盐。因此，需要一种新的滨海盐碱地的灌溉方法和系统来解决上述问题。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的第一个技术问题是提供一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法，该方法充分利用了咸水资源，减少了对深层地下淡水的开采，有利于降低地下水位，抑制深层土壤返盐。
[0004]本发明要解决的第二个技术问题是提供一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉系统。
[0005]为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案:
[0006]一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法，该方法包括如下步骤:
[0007]1)挖井；
[0008]2)从井中抽取地下咸水，并用蓄水库蓄积抽出的咸水；
[0009]3)步骤2)中抽出的咸水在自然条件下冻结成冰；因为是咸水的缘故，蓄积的盐水不会全部结冰，只会在表面部分冻结成冰；
[0010]4)将步骤3)冻结成的冰块覆盖在土壤表面形成覆冰灌溉层；
[0011]5)将步骤4)中冰层下方未冻结的咸水自蓄水库中抽出；该咸水的进一步处理用现有技术即可，与本发明无涉；[0012]6)在自然条件发生变化，覆冰灌溉层开始融化时，再次从井中抽取地下咸水，并将咸水蓄积到蓄水库中；通过该步骤，使得覆冰灌溉层的融化不致使地下水位升高，从而导致深层土壤返盐现象；这是因为再次抽取咸水后，地下水位已经有降低，覆冰灌溉层融化后的水不致提升地下水位，从而抑制了深层土壤返盐；
[0013]7)重复实施步骤2)-6)，即可实现北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉。
[0014]上述步骤即可以实现对土壤的结冰灌溉，充分利用了咸水资源，减少了对深层地下淡水的开采；并且有利于抑制深层土壤返盐。
[0015]优选地，如果一次结冰得到的覆冰灌溉层量不足时，重复步骤2)-5)。
[0016]优选地，步骤I)所述井的深度为15-20米，井口直径为0.4-0.6米。
[0017]优选地，步骤2)所述蓄水库中的咸水至少1.5米深，所述咸水的盐度为15_20g/L。
[0018]优选地，步骤4)所述覆冰灌溉层的冰层厚度为40-60cm，冰层盐度为2_4g/L。在实际覆盖中，根据盐碱地耕种层的土壤含盐量来设置土壤表面的不同覆冰灌溉量，而盐碱地的耕种层厚度为0-40cm。
[0019]本发明的灌溉方法，是在滨海地区盐碱地上打抽水井，冬季用水泵抽取地下咸水蓄积在蓄水库中，形成时空上地下水位下降，取蓄水库中冻结的微咸水冰覆盖至盐碱地土壤表面，形成一定厚度的覆冰灌溉层，将蓄水库中未结冰的盐度较高的咸水抽干，然后再次从井中抽地下咸水，进一步降低地下水位，蓄水库中的咸水被冻结成微咸水冰，将微咸水冰覆盖在土壤表面，如此循环，通过降低地下水位和微咸水冰春季融化对盐碱地深层土壤进行灌溉洗盐。
[0020]为解决上述第二个技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0021]一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉系统，该系统包括抽水井、潜水泵、管道、蓄水库和咸水；
[0022]所述抽水井的深度为15-20米，井口直径为0.4-0.6米，所述抽水井的井壁固装有隔水管和滤水管，所述隔水管和滤水管相接并垂直于井底，所述隔水管固装在井深2米以下的管壁中，所述滤水管固装在地面至井深2米处；
[0023]所述潜水泵置于抽水井中，通过管道通向蓄水库；用于将井中的咸水抽至蓄水库。
[0024]优选地，所述抽水井设有多口，每口井之间相距50-60米，所述多口抽水井之间按正方形排列。
[0025]在北方滨海盐碱地打抽水井，抽水井在井壁安装隔水管和滤水管，在井深2米以下处安装的隔水管是防止深层土壤水渗入抽水井；从地面至地下2米处(即井深2米处)安装的滤水管是为让2米深以上的土壤水渗入抽水井。入冬时抽取地下咸水至蓄水库中，不仅降低地下水位减少深层土壤盐分，同时为冬季冻结形成微咸水冰提供咸水资源。冬季低温作用使得蓄水库中的咸水开始冻结，在咸水面形成厚度为10-15厘米的咸水冰层，其盐度为2-4g/L ;将蓄水库中的微咸水冰采集，覆盖至盐碱地土壤表面，形成厚度为40-60厘米的覆冰灌溉层，为冬季盐碱地土壤灌溉提供水源。在冬季，由于微咸水冰中的卤水胞盐度很高，在一般的低温条件下仍然为液态而不会冻结，卤水胞受重力作用会从冰体底部被排出剩下淡水冰晶。高盐度水进入土壤后，土壤盐分会增加，土壤通透性改善。随着春季气温上升，淡水冰晶缓慢融化，同时再次从抽水井中的咸水蓄积到蓄水池中，降低地下水位；淡水冰晶融化所形成的淡水会缓慢地渗入盐碱地土壤，这些淡水在下渗过程中会溶解一部分土壤盐分并淋洗至深层土壤，再配合抽水井抽取地下水，进一步降低地下水位，使得深层土壤脱盐。同时，春季淡水进入土壤，改善土壤墒情，为春播作物发芽和苗期生长提供良好的土壤淡化和水分条件。
[0026]这种挖抽水井、抽地下水、咸水冻结成冰、覆冰灌溉等多种措施的结合，可以降低地下水位，减少深层土壤盐分，土壤表面覆冰灌溉、通过微咸水冰缓慢融化、逐渐下渗的过程，降低耕层土壤盐分、增加土壤水分，使滨海地区能最大限度地充分利用地下咸水资源，实现在没有地表淡水灌溉条件下盐碱地土壤灌溉目的。
[0027]本发明的有益效果如下:
[0028]1、充分利用咸水资源。本发明充分利用滨海盐碱地地区丰富的地下咸水资源，减少对深层地下淡水开采；
[0029]2、充分利用北方滨海地区的低温资源，使得蓄水浅池中的咸水冬季冻结形成微咸水冰，为提供盐碱地土壤灌溉提供水源；
[0030]3、在盐碱地土壤上打抽水井，抽取地下水，降低地下水位，抑制深层土壤返盐；
[0031]4、抽取盐碱地地下水，腾空地下库容，增加冬季覆冰灌溉的融冰水渗入土壤的深度，使得盐碱地深层土壤脱盐；
[0032]5、融冰后期大量淡水渗入土壤，增加土壤含水量，改善土壤墒情，为春播作物发芽或苗期生长提供有利的水分条件；
【专利附图】
【附图说明】
[0033]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0034]图1示出本发明盐碱地灌溉方法和系统的原理示意图；
[0035]图2示出本发明抽水井的剖面图。
【具体实施方式】
[0036]为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0037]图中，I为抽水井，2为潜水泵，3为导水管，4为蓄水库，5为咸水，6为微咸水冰，7为覆冰灌溉层，8为隔水管，9为滤水管。
[0038]如图1，图2所示，滨海盐碱地上设置抽水井I,入冬时用潜水泵2连接导水管3抽取抽水井I中地下咸水至蓄水库4中，蓄水库4中咸水5在冬季低温作用下形成具有一定厚度的微咸水冰6，将这些微咸水冰6取出堆积至盐碱地土壤表面，形成40-60cm的覆冰灌溉层7。
[0039]抽水井I的井壁采用隔水管8和滤水管9相结合的管柱，垂直安装在预先打好的井孔中，管子垂直井底。隔水管安装在地下2米以下处，滤水管安装在地面至地下2米处。
[0040]在河北省黄骅市中捷友谊农场13队盐碱地实验本发明所述的冬季灌溉方法，包括如下步骤:
[0041]1,2012春季在盐碱荒地上(土壤盐度为2.5g/kg)打3个抽水井，抽水井深度为20米，井 口直径为0.4米，抽水井之间的相距60米；井壁采用隔水管和滤水管想结合的管柱，垂直安装在预先打好的井孔中；隔水管安装在地下2米以下处，滤水管用无纺布包裹安装在地面至地下2米处；
[0042]2、入冬时用潜水泵连续抽取地下水排入至蓄水库中，使得抽水井中的水位降低至2米以下；蓄水库中形成1.7米深的咸水层，咸水盐度为15g/L ；
[0043]3、冬季低温使得蓄水库中咸水冻结，2012年12月20日咸水表面形成咸水冰层；2012年12月30日时咸水冰厚度为15厘米，其盐度为2.5g/L ；
[0044]4、重复步骤1-3。
[0045]5、多次采集蓄水库的咸水冰覆盖至盐碱地土壤表面，最终在盐碱地土壤上形成厚度为40厘米的覆冰灌溉层；
[0046]6、将步骤5中冰层下方未冻结的咸水自蓄水库中抽出处理；
[0047]7、在春季自然条件发生变化，覆冰灌溉层开始融化时，再次从井中抽取地下咸水，并将咸水蓄积到蓄水库中；通过该步骤，使得覆冰灌溉层的融化不致使地下水位升高，从而导致深层土壤返盐现象；这是因为再次抽取咸水后，地下水位已经有降低，覆冰灌溉层融化后的水不致提升地下水位，从而抑制了深层土壤返盐。
[0048]盐碱地咸水冰灌溉前后各层土壤盐分和脱盐率如下表:
[0049]表1盐碱地覆冰灌溉下土壤含水量和含盐量的变化
[0050]
【权利要求】
1.一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)挖井； 2)从井中抽取地下咸水，并用蓄水库蓄积抽出的咸水； 3)步骤2)中抽出的咸水在自然条件下冻结成冰； 4)将步骤3)冻结成的冰块覆盖在土壤表面形成覆冰灌溉层； 5)将步骤4)中冰层下方未冻结的咸水自蓄水库中抽出； 6)在自然条件发生变化，覆冰灌溉层开始融化时，再次从井中抽取地下咸水，并将咸水蓄积到蓄水库中； 7)重复实施步骤2)-6)，即可实现北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉。
2.根据权利要求1所述北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法，其特征在于:优选地，如果一次结冰得到的覆冰灌溉层量不足时，重复步骤2)-5)。
3.根据权利要求1所述北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法，其特征在于:优选地，步骤I)所述井的深度为15-20米，井口直径为0.4-0.6米。
4.根据权利要求1所述北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法，其特征在于:优选地，步骤2)所述蓄水库中的咸水至少1.5米深，所述咸水的盐度为15-20g/L。
5.根据权利要求1所述北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉方法，其特征在于:优选地，步骤4)所述覆冰灌溉层的冰层厚度为40-60cm，冰层盐度为2_4g/L。
6.一种北方滨海地区盐碱地的冬季灌溉系统，其特征在于:该系统包括抽水井(I)、潜水泵(2)、管道(3)、蓄水库(4)和咸水(5)； 所述抽水井(I)的深度为15-20米，井口直径为0.4-0.6米，所述抽水井的井壁固装有隔水管(8)和滤水管(9)，所述隔水管(8)和滤水管(9)相接并垂直于井底，所述隔水管(8)固装在井深2米以下的管壁中，所述滤水管(9)固装在地面至井深2米处。 所述潜水泵⑵置于抽水井⑴中，通过管道⑶通向蓄水库(4)。
7.根据权利要求6所述的冬季灌溉系统，其特征在于:所述抽水井(I)设有多口，每口井之间相距50-60米，所述多口抽水井之间按正方形排列。
8.根据权利要求6所述的冬季灌溉系统，其特征在于:所述蓄水库(4)中的咸水(5)深度至少1.5米，所述咸水的盐度为15-20g/L ;所述咸水被冻结成冰的冰层厚度为15-20cm，冰层盐度为2-4g/L。
【文档编号】A01G25/00GK103999739SQ201410246044
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】陶军, 顾卫, 许映军, 张化 申请人:北京师范大学