小浪底引黃工程灌區(qū)土壤腐蝕性分析

渠繼明

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 序言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下金屬管網(wǎng)應(yīng)用越來越多，與之相對(duì)應(yīng)的地下管網(wǎng)的腐蝕問題隨之增多，金屬管網(wǎng)腐蝕造成的損失巨大，因此對(duì)金屬腐蝕程度的評(píng)價(jià)和有效防護(hù)對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

環(huán)境對(duì)金屬管網(wǎng)的腐蝕主要包括水對(duì)金屬管網(wǎng)的腐蝕和土對(duì)金屬管網(wǎng)的腐蝕，下文通過測定土壤電阻率、土壤氧化還原電位、土壤pH值、極化電流密度、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失等參數(shù)對(duì)土壤的腐蝕性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 測試方法及技術(shù)

2.1 土壤電阻率測試

測試儀器采用ZC-8型電阻測量儀，將4支探針按直線等距離排布插入土中，使兩相鄰探針的距離等于欲測土層的深度a，探針插入深度應(yīng)為0.05 a，將測試儀器水平放置好，調(diào)整檢流計(jì)指針使之在中心線上，再將儀器導(dǎo)線按順序接在電極上，將倍率尺置于最大倍數(shù)上，搖動(dòng)儀器手柄，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)測量標(biāo)度盤和倍率鈕，當(dāng)指針接近平衡位置時(shí)，加快搖動(dòng)速度，使其大于120 r/min，調(diào)整標(biāo)度盤，使其指針在中心線上，即可記錄數(shù)據(jù)，測試結(jié)果可得地表至a深度處的電阻率。在進(jìn)行上述測量的同時(shí)測量土的溫度。

土的電阻率ρ按下式計(jì)算：

式中：ρ——土的電阻率，Ω·m；

A——兩探針之間的距離，m；

R——ZC-8型電阻測量儀讀數(shù)。

土的溫度對(duì)電阻率有較大影響，土的溫度每增加1℃，電阻率減少2%。為便于對(duì)比，ρ值統(tǒng)一校正至15℃。校正公式為 ρ15=ρ[1+α（t-15）]，其中 ρ15為土壤溫度為15℃時(shí)的電阻率值，α為溫度系數(shù)，一般取2%；t為實(shí)測土的溫度（指0.5m以下的土溫）。

由于土壤在垂向上的不均勻性，導(dǎo)致不同深度土的電阻率差異較大，因此需要計(jì)算結(jié)構(gòu)物埋置深度處的電阻率。計(jì)算公式為：

式中：ρ(a-b)——結(jié)構(gòu)物埋置深度處的電阻率；

ρa(bǔ)——從地表到a深度處的電阻率；

ρb——從地表到b深度處的電阻率；

Ra——探針間距為a（m）時(shí)的儀表讀數(shù)；

Rb——探針間距為b（m）時(shí)的儀表讀數(shù)。

2.2 土壤pH值測試

土壤pH值是固相的土與其平衡的土溶液中氫離子的負(fù)對(duì)數(shù)，是表示土的活性酸度的一種方法。土壤pH值采用原位測試法，以錐形玻璃電極為指示電極，飽和氯化鉀甘汞電極為參比電極，在預(yù)定深度插入?yún)⒈入姌O，插入深度不小于3 cm，以參比電極為中心，在以20 cm為半徑的圓周上，按5等分插入指示電極，插入深度與參比電極相同。測試后，取各點(diǎn)pH值的算術(shù)平均值作為該土層的pH值。

2.3 土壤氧化還原電位測試

氧化還原電位采用原為測試法，氧化還原電位Eh由標(biāo)準(zhǔn)電位E0和氧化甘劑與還原劑的活度決定。測定方法以鉑電極為指示電極，飽和氯化鉀甘汞電極為參比電極進(jìn)行測試。操作方法與測定pH值時(shí)基本相同，但電極插入土中要平衡1 h。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失測試

標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失為室內(nèi)擾動(dòng)土的試驗(yàn)項(xiàng)目，采用管罐法。具體試驗(yàn)方法如下：取鋼鐵結(jié)構(gòu)物或普通碳素鋼，加工成一定規(guī)格的鋼管，埋置于盛試驗(yàn)土樣的鐵皮罐中，鋼管用導(dǎo)線連接直流電正極，鐵皮罐用導(dǎo)線連接直流電負(fù)極，加6 V電壓使其電解24 h，求電解后鋼管損失的質(zhì)量。

2.5 土壤極化電流密度測試

極化電流密度采用原位測試法，測試時(shí)將兩電極的光潔金屬面相向平行對(duì)立，間距5 cm，插入土中，插入深度不小于3 cm，將土稍壓，使電極金屬面與土緊密接觸。將儀器正極和負(fù)極上的導(dǎo)線分別連接在兩個(gè)電極上，開始時(shí)給儀器一個(gè)低電流，5 min后儀器顯示極化電位差ΔE的數(shù)值，然后逐步增大電流，則得到相應(yīng)的極化電位差，當(dāng)ΔE達(dá)到600 mV時(shí)，測試完畢。

3 應(yīng)用實(shí)例

小浪底引黃工程灌區(qū)及工業(yè)和城鎮(zhèn)生活供水主要位于運(yùn)城市東部的垣曲、聞喜、絳縣、夏縣及鹽湖區(qū)。主體工程源于垣曲縣境內(nèi)中條山南麓的黃河左岸，經(jīng)中條山至聞喜縣境內(nèi)的呂莊水庫。包括垣曲灌區(qū)、涑水灌區(qū)、南垣灌區(qū)和呂莊水庫灌區(qū)四部分，涉及垣曲、絳縣、聞喜和夏縣，設(shè)計(jì)灌溉面積4.239萬hm2，為大（二）型灌區(qū)。灌區(qū)海拔高程300～730m，高差超過300m，地形起伏較大。灌區(qū)范圍內(nèi)需新建約35條412.8 km的灌溉管道。

由于該輸水線路較長，各區(qū)域土層物性特征較為復(fù)雜，為滿足輸水管線施工設(shè)計(jì)的要求，需對(duì)小浪底引黃工程灌區(qū)輸水管道沿線的土壤腐蝕性進(jìn)行測試，以評(píng)價(jià)土壤對(duì)鋼結(jié)構(gòu)等材料的腐蝕性。

4 測試成果及評(píng)價(jià)

4.1 土壤腐蝕性測試成果

本次土壤腐蝕性測試的參數(shù)為土壤電阻率、土壤氧化還原電位、土壤pH值、極化電流密度、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失測試，其中土壤電阻率在地表進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失為室內(nèi)擾動(dòng)土的試驗(yàn)項(xiàng)目，極化電流密度取原狀試樣進(jìn)行測試，土壤氧化還原電位、土壤pH值在豎井內(nèi)測試。根據(jù)需要分別在垣曲灌區(qū)、涑水灌區(qū)、南垣灌區(qū)、呂莊水庫灌區(qū)各測試1個(gè)點(diǎn)，共完成4個(gè)點(diǎn)的土壤腐蝕性測試。測試成果見表1。

表1 小浪底引黃工程灌區(qū)工程土壤腐蝕性測試成果表

4.2 土壤腐蝕性評(píng)價(jià)

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》中土的腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)按試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)的腐蝕等級(jí)不同時(shí)，應(yīng)按下列規(guī)定綜合評(píng)定：腐蝕等級(jí)中，只出現(xiàn)弱腐蝕，無中等腐蝕或強(qiáng)腐蝕時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)為弱腐蝕；腐蝕等級(jí)中，無強(qiáng)腐蝕，最高為中等腐蝕時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)為中等腐蝕；腐蝕等級(jí)中，有一個(gè)或一個(gè)以上為強(qiáng)腐蝕時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)為強(qiáng)腐蝕。根據(jù)以上規(guī)定，對(duì)土的腐蝕性進(jìn)行單項(xiàng)評(píng)價(jià)及綜合評(píng)價(jià)。

4.2.1 土壤電阻率

本次測試土壤電阻率4個(gè)點(diǎn)，土壤電阻率值介于20～50 Ω·m之間，依據(jù)土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)點(diǎn)全部屬于中等腐蝕性。

4.2.2 土壤pH值

本次測試土壤pH值4個(gè)點(diǎn)，土壤pH值介于7.0～8.0之間，依據(jù)土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)點(diǎn)全部屬于微腐蝕性。

4.2.3 土壤氧化還原電位

本次測試土壤氧化還原電位4個(gè)點(diǎn)，土壤氧化還原電位均大于400 mV，依據(jù)土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)點(diǎn)全部屬于微腐蝕性。

4.2.4 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失

本次測試標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失4個(gè)點(diǎn)，TJ12s-11點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失小于1 g，屬微腐蝕性，其余3個(gè)測點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量損失介于1～2 g之間，屬弱腐蝕性。

4.2.5 極化電流密度

本次測試極化電流密度4個(gè)點(diǎn)，TJ12n-13（南垣灌區(qū)）與TJ12s-11（涑水灌區(qū)）測點(diǎn)的極化電流密度介于 0.02～0.05 mA/cm2之間，屬弱腐蝕性；TJ12y-13（垣曲灌區(qū)）與TJ12l-20（呂莊灌區(qū)）測點(diǎn)的極化電流密度介于0.05～0.20 mA/cm2之間，屬中等腐蝕性。

根據(jù)上述土壤腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)土壤腐蝕性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)可知，4個(gè)點(diǎn)全部為中等腐蝕性。

5 結(jié)語

土壤腐蝕性指標(biāo)中，土壤的電阻率、極化電流密度等指標(biāo)與土壤的含水率有直接關(guān)系，而土壤的含水率隨著季節(jié)的不同而有所變化，且與測試前的降水情況等有關(guān)，故土壤的電阻率、極化電流密度等指標(biāo)會(huì)隨著季節(jié)的不同以及測試前的降水情況有所變化，因此應(yīng)對(duì)測點(diǎn)進(jìn)行不同季節(jié)電阻率及極化電流密度等指標(biāo)的測試，經(jīng)分析對(duì)比變化規(guī)律作出綜合評(píng)價(jià)。