滄州沿海地區(qū)土壤鹽漬化分布及工程地質(zhì)特征研究

丁玉蓉，劉有才 (河北省水文工程地質(zhì)勘查院，河北石家莊 050021)

鹽漬化是指在海潮的浸漬或含鹽地下水的影響下，土壤含鹽量增加(超過(guò)0.3%)的過(guò)程；一般用100 g土中所含可溶性鹽類(lèi)的總量(或稱(chēng)全鹽量)來(lái)衡量土壤的鹽堿化程度。由于鹽漬土特殊的物化性質(zhì)及工程地質(zhì)特征，對(duì)植物生長(zhǎng)及工程建設(shè)帶來(lái)巨大的危害。研究沿海地區(qū)土壤鹽分的時(shí)空分布規(guī)律及變異特征，對(duì)于查明鹽漬化成因、土體質(zhì)量改良及鹽漬土區(qū)工程施工具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)外研究資料顯示，關(guān)于土體鹽漬化程度的研究注重水平方向的研究，且主要集中在淺表地層中，側(cè)重于鹽漬土分布特征改良技術(shù)，使土壤實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)或生態(tài)利用。對(duì)以工程建設(shè)為目的的深部地層土壤鹽漬化地基鹽分空間動(dòng)態(tài)變化規(guī)律等方面的研究較少。筆者在搜集整理區(qū)域大量勘查資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地統(tǒng)分析及GIS空間數(shù)據(jù)處理相結(jié)合的方式，從水平、垂直2個(gè)維度在濱海地區(qū)開(kāi)展鹽漬土地基鹽分動(dòng)態(tài)變化特征及腐蝕性特征研究，對(duì)滄州沿海地區(qū)工程地基建設(shè)及環(huán)境工程地質(zhì)災(zāi)害防控具有重要意義。

1 資料與方法

研究區(qū)地處華北平原東部的黑龍港流域，包括河北省滄州市黃驊市、海興縣2個(gè)縣級(jí)行政單元，地勢(shì)平坦、多洼淀，自西南向東北略?xún)A斜，坡降1/8 000～1/1 500，地面標(biāo)高以1.0～4.0 m為主。根據(jù)區(qū)域地形特征與成因類(lèi)型，將研究區(qū)劃分為2個(gè)地貌類(lèi)型區(qū)，即沖積平原區(qū)、沖海積海積平原區(qū)。沖積平原區(qū)位于研究區(qū)西部，地勢(shì)低洼，海拔多小于6 m，局部形成季節(jié)性積水洼淀，故河道微高地、泛濫坡平地、泛濫洼地呈北東向條帶狀相間分布。沖海積海積平原區(qū)分布于研究區(qū)東部地區(qū)，屬古黃河、現(xiàn)代海河水系及海相沉積為主的海陸交互沉積區(qū)，地勢(shì)低平、“九河下梢”，人工渠網(wǎng)密布，一般年份溝內(nèi)有水，境內(nèi)的洼地小區(qū)地勢(shì)低洼，雨季積水連片，多數(shù)為鹽堿地，植被稀疏。

此次土體測(cè)試指標(biāo)為易溶鹽，包括Cl、SO、CO、HCO、Ca、Mg、Na、K，由測(cè)試結(jié)果可知，區(qū)內(nèi)土壤pH為7.5～9.0，為弱堿性-堿性土壤，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)，研究區(qū)鹽漬土類(lèi)型主要為氯鹽漬土及亞氯鹽漬土。

選取5個(gè)典型鉆孔全鹽量統(tǒng)計(jì)，其中ZK25最大值為15 837.67 mg/kg，最小值為4 367.65 mg/kg，是5個(gè)鉆孔中全鹽量變化幅度最大的，其他鉆孔變異系數(shù)相對(duì)較小，為0.29～0.43，詳見(jiàn)表1。

將采集的鹽漬土的分布數(shù)據(jù)、腐蝕性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，生成點(diǎn)文件，再利用ArcGIS軟件中地理分析工具進(jìn)行等值線(xiàn)生成，再結(jié)合實(shí)際地形地貌特征，調(diào)整分區(qū)，形成鹽漬化曲線(xiàn)圖、腐蝕性評(píng)價(jià)圖。

2 結(jié)果與分析

水平分布規(guī)律。該研究區(qū)鹽漬土主要為濱海鹽漬土，鹽漬土形成受氣候、河流水文、地形地貌、水文地質(zhì)條件及海侵等綜合因素影響，具有平面不連續(xù)性及不均勻性，鹽分主要聚集在地勢(shì)低洼路段及透水性差的路段，組分以氯化物為主。

鹽漬土的分布表現(xiàn)為垂直于海岸線(xiàn)方向向內(nèi)陸方向逐步弱化的趨勢(shì)，近幾年受自然氣候條件、水資源的不合理利用以及海侵的影響，土壤鹽漬化現(xiàn)象局部地段有增加的趨勢(shì)。

埋深0～1 m，全區(qū)廣泛分布有鹽漬土，鹽漬土區(qū)占該埋深土層總面積的80%，主要類(lèi)型為弱鹽漬土、中鹽漬土。其中，弱鹽漬土占60%，分布在研究區(qū)的中北部以及南部；中鹽漬土占20%，主要分布在研究區(qū)北部以及東部，包括齊家務(wù)鄉(xiāng)、呂橋鎮(zhèn)、羊三木回族鄉(xiāng)、小山西南部等區(qū)域。

表1 鹽漬土全鹽量分布特征Table 1 Distribution characteristics of total salinity in saline soil

埋深1～2 m對(duì)比埋深0～1 m，鹽漬土面積有所減少，鹽漬土區(qū)占該埋深土層總面積的55%，主要減少區(qū)域分布在海興縣東部沿海及黃驊市齊家務(wù)一帶。其中，弱鹽漬土區(qū)占40%，分布在黃驊市中南部、北部以及零星分布在海興縣中東部；中鹽漬土占15%，主要分布在研究區(qū)北部和東部(圖1a)。

埋深2～3 m對(duì)比埋深1～2 m，鹽漬土區(qū)面積有所增大，占該埋深土層總面積的85%。其中，弱鹽漬土占55%，分布在研究區(qū)的中部和北部，南部地區(qū)零星分布，包括黃驊市城區(qū)及周邊區(qū)域、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)及渤海新區(qū)；中鹽漬土占30%，主要分布在官莊鄉(xiāng)、呂橋鎮(zhèn)、南大港以及南排河地區(qū)。

埋深3～4 m，鹽漬土區(qū)占該埋深土層總面積的70%。其中，弱鹽漬土約占60%，主要分布在研究區(qū)的北部和東部，包括黃驊市城區(qū)及東部區(qū)域、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)、渤海新區(qū)及海興縣城區(qū)東部區(qū)域；中鹽漬土約占10%，主要分布在呂橋鎮(zhèn)西北部區(qū)域，零星分布在南部區(qū)域(圖1b)。

埋深4～5 m，鹽漬土區(qū)占該埋深土層總面積的60%。其中，弱鹽漬土占40%，主要分布在研究區(qū)的中北部、南部區(qū)域，包括黃驊市城區(qū)及周邊區(qū)域、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)及渤海新區(qū)；中鹽漬土占20%，主要分布在研究區(qū)的北部，如齊家務(wù)鄉(xiāng)、呂橋鎮(zhèn)、南大港、羊三木回族鄉(xiāng)等區(qū)域。

圖1 1～2 m(a)和3～4 m(b)鹽漬化程度分區(qū)Fig.1 Zoning of 1-2 m(a)and 3-4 m(b)salinization degree

垂直分布規(guī)律。研究區(qū)由于海相層的存在和地下水的溶解、溶濾作用，使介質(zhì)中的易溶鹽分不斷進(jìn)入地下水中，再經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮，大量鹽分積聚于海相層上部，成為鹽漬土的富集地，含鹽量隨之增加。從圖2可以看出，區(qū)內(nèi)鹽漬土垂直分布規(guī)律為隨著深度的增加，全鹽量相應(yīng)波動(dòng)，從表層到第二海相層底部均為鹽漬土。ZK57淺表含鹽量偏高，反映出毛細(xì)水作用的結(jié)果，而在農(nóng)田耕作區(qū)等其他地區(qū)由于挖溝排鹽，淺部含量偏低，反映出淋濾排鹽的特征。全鹽量垂向變化特征為陸相沉積段全鹽量較小，海相沉積段全鹽量較大，曲線(xiàn)呈波狀振動(dòng)。

圖2 全鹽量與土層深度的關(guān)系Fig.2 Relationship between total salt content and soil depth

區(qū)域鹽漬土鹽組分較為復(fù)雜，主要以Na、Cl、SO、HCO、Ca、Mg為主，隨著全鹽量的增大而增大。SO變化相對(duì)較小，說(shuō)明其與全鹽量的相關(guān)性較差，區(qū)域鹽漬土全鹽量及化學(xué)性質(zhì)主要受Na、Cl控制(圖3)。土壤pH是評(píng)價(jià)土壤鹽漬化程度的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)土壤氧化還原作用、沉淀溶解、吸附、解吸和配合反應(yīng)起到支配作用，區(qū)域土壤pH與含鹽量及大部分土壤可溶性鹽離子間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)。

圖3 ZK26全鹽量與主要離子的關(guān)系Fig.3 Relationship between total salt content of ZK26 and main ions

鹽漬土具有轉(zhuǎn)化成鹽脹、翻漿、腐蝕的工程特性，其中腐蝕是主要的環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題。鹽漬土對(duì)鋼筋、混凝土等建筑材料均具有一定的腐蝕性。氯離子是鹽漬土中起主要腐蝕作用的離子，氯離子與水、鐵元素會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，生成氯化亞鐵，鐵離子再與氧氣結(jié)合形成氧化物，即通常的鐵銹。隨著時(shí)間的推移，在氯離子的作用下鐵受腐蝕量越來(lái)越大。

該研究在研究區(qū)內(nèi)按不同深度分別采取土壤可溶鹽樣品進(jìn)行分析測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析，按照該鉆孔在垂向上土壤腐蝕性最強(qiáng)的等級(jí)定義該鉆孔腐蝕性等級(jí)。

混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)。研究區(qū)0～20 m土體對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性存在微腐蝕性、弱腐蝕性、中腐蝕性、強(qiáng)腐蝕性4種類(lèi)型。微腐蝕性主要分布在海興縣大部地區(qū)；弱腐蝕性分布在黃驊市南部和東部，齊家務(wù)鄉(xiāng)、官莊鄉(xiāng)、滕莊子鄉(xiāng)、常郭鎮(zhèn)、舊城鎮(zhèn)，在海興縣呈零星分布；中腐蝕性分布在黃驊市城區(qū)—羊三木回族鄉(xiāng)—呂橋鎮(zhèn)一帶以東、渤海新區(qū)以北區(qū)域；強(qiáng)腐蝕性分布較少，主要分布在黃驊市城區(qū)—中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)以北及渤海新區(qū)北部區(qū)域。分布詳情見(jiàn)圖4。

圖4 鹽漬土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕性的影響Fig.4 Effect of saline soil on the corrosion of concrete structure

鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性評(píng)價(jià)。研究區(qū)0～20 m土體對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性存在弱腐蝕性、中腐蝕性、強(qiáng)腐蝕性3種類(lèi)型。弱腐蝕性呈片狀分布在黃驊市西部，官莊鄉(xiāng)、舊城鎮(zhèn)及海興縣西北部；中腐蝕性全區(qū)廣泛分布；強(qiáng)腐蝕性主要分布在黃驊市東北部、中捷東南部。分布詳情見(jiàn)圖5。

圖5 鹽漬土對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕性的影響Fig.5 Effect of saline soil on the corrosion of steel bars in reinforced concrete structures

3 結(jié)論與建議

研究區(qū)鹽漬土廣泛存在，鹽漬土類(lèi)型以氯鹽漬土及亞氯鹽漬土為主，按含鹽量劃分本區(qū)主要為弱鹽漬土、中鹽漬土區(qū)兩類(lèi)。土體鹽漬化程度水平向垂直于海岸線(xiàn)方向向內(nèi)陸方向逐步弱化的趨勢(shì)，在垂向上土壤鹽分剖面特征表現(xiàn)出波狀振動(dòng)類(lèi)型。混凝土腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，0～20 m土體對(duì)混凝土及鋼筋混凝土均有不同程度的腐蝕性。

鹽漬土工程防治應(yīng)因地制宜，針對(duì)本區(qū)特點(diǎn)，提出治理及防護(hù)措施如下：①鹽漬土地區(qū)混凝土施工要提高耐久性，必須加強(qiáng)混凝土及鋼筋抗氯離子腐蝕的能力，保持混凝土的高堿度，提高混凝土的密實(shí)度，增強(qiáng)抗?jié)B能力。可通過(guò)摻入少量粉煤灰提高抗?jié)B性，減少熱開(kāi)裂；摻入減水劑，降低水灰比，增加密實(shí)度；必要時(shí)再加入一定的防腐劑。②加強(qiáng)工程地基排水，通過(guò)明溝、暗管等途徑，降低地下水位，增加土壤中鹽分的排放；也可建立垂直(豎井)排水，降低工程建設(shè)區(qū)地下水位。③針對(duì)濱海地區(qū)鹽漬土分布范圍廣、等級(jí)較大的特點(diǎn)，加強(qiáng)鹽漬土清表厚度：非鹽漬土段落清除表土30cm，弱鹽漬土段落清除表土40～60 cm，中鹽漬土段落清除表土60 cm，強(qiáng)鹽漬土段落清除表土60～80 cm，填筑非—弱鹽漬土至路床底部設(shè)計(jì)標(biāo)高。