柯雄 王志平 候迎彬
摘 要：水动力弥散系数是包气带污染物迁移的关键参数，是控制地表水污染物在土壤中运移的重要因素。本次研究通过对洪湖东蓄洪区系统开展现场调查和室内试验工作，在室内进行了原状土样的一维土柱弥散试验研究，确立了研究区各区域土壤的水动力弥散系数的分布特性，为该区包气带土壤的防污能力评价提供了重要依据。
关键词：包气带;一维弥散;水动力弥散系数;防污能力
Experimental Study On The Hydrodynamic
Dispersion Parameters Of Soil In East Honghu Flood Area
Ke Xiong Wang Zhiping Hou Yingbin
Hebei Electric Power Design & Research Institute Shijiazhuang Hebei 050031
Abstract：
The hydrodynamic dispersion coefficient is a key parameter in the migration of air transport， It is an important factor to control the migration of surface water pollutants in soil. Through the field investigation and indoor test method of Honghu east flood storage area system， We carry out a one-dimensional soil column dispersion test study of the original soil sample， The distribution characteristics of the hydrodynamic dispersion coefficient of soil in the study area are established， which provides an important basis for evaluation of soil anti-fouling ability.
Key words：Vadose zone One dimensional dispersion Antifouling properties Hydrodynamic dispersion Parameters
包氣带土壤的水动力弥散系数，直接控制着污染物进入含水层的数量和速度，关系到未来该地区地下水污染的程度，是评价该区地下水防污性能的重要指标。
洪湖分蓄洪工程是分蓄长江中下游城陵矶地区超额洪水容积最大的分蓄洪工程，总面积达2782.84km2，面积广大，现有人口117.41万人，区内经济产业主要以农业为主，地下水资源丰富，是工农业和生活用水的重要来源。然而该区地下水埋深较浅，深度为0.5～1.0m，包气带厚度薄且固结程度差，蓄洪区蓄水以后，洪水必然会通过包气带土壤下渗到地下含水层并且对地下水水质会造成影响，包气带的防污性能的评价就显得尤为重要。
本文在对研究区地形地貌条件以及包气带岩性的调查和分区的基础上，系统开展了各典型分区的现场和室内试验工作。进行了室内原状土柱的一维土柱水动力弥散试验，通过对试验资料的分析、整理研究，确立了研究区各典型区域包气带土壤的水动力弥散系数，为包气带防护能力评价提供了依据。
1土样采集与试验方法
1.1土样采集
研究区包气带根据岩性可以划分为黏土、粉质黏土以及粉土，根据取样点均匀分布的原则结合包气带的岩性特征，在研究区选取14个点进行室内一维水动力弥散试验，每个点各取一个包气带原状土样。
土样采集前，选用PVC管（Φ100mm*250mm）作为取样器，管内用凿子刻成粗糙面，从而最大程度的防止优先流对弥散试验的影响，取样过程中，先清除地表含有虫孔和根孔的耕植土层，至新鲜土层后用取样器缓慢嵌入土层，然后用密封胶带密封，取样点分布如图1-1。
1.2试验装置与方法
1.2.1 试验装置
1、实验装置的主要组成部分及功能
目前国内外还没有现成统一的室内一维土柱弥散试验装置出售，所以本次试验所选的装置是自行设计的，将土样装填于PVC管中（内径100mm），土柱高度为250mm，装置示意图如图1-2所示：
（1）土柱体：取自研究区包气带的原状土，长250mm，内径100mm。
（2）供水装置：采用马氏瓶供水，用于保持进水口处水头恒定。
（3）示踪剂溶液：本试验采用NaCl溶液，其浓度为0.01mol/L。
2、浓度检测装置：采用SX751型电导率测量仪测定不同时刻出水口处溶液的电导率。
3、量筒、温度计、记录表。
1.2.2试验方法
1、原状土样的采集及土柱安装
采集研究区各试验点包气带土样，出去草根、石块等杂物，野外现场用PVC管（Φ100mm*250mm）共采集14组原状土并密封好，作为室内一维土柱试验的供试土样。
用pvc管帽将土柱两端盖紧，并在两端管帽中间各打上进水口、出水口，底部垫上四层纱布，上覆少量的碎石，作为缓冲层。
2、配置不同浓度的NaCl示踪剂，分别测定各浓度溶液的电导率值（见表1-2），得出示踪剂浓度与电导率关系曲线（见图1-3）及关系式（1）。
由以上关系图可以得出NaCl溶液浓度与电导率的线性关系式为：
y=12935x+12.84 （1）
3、试验过程
（1）试验开始前，先用蒸馏水将土柱饱和，目的是为了驱赶掉残留在土柱介质中的气体，使土柱处于均匀饱水状态，稳定柱内土层孔隙结构和渗透速度，将土柱按如图1-2与进水和出水装置连接，从进水口连续稳定注入蒸馏水，当土柱内的渗流速度到达稳定状态后，测定土柱中水流的平均速度。（见表1-3）
（2）在保持土柱中的渗流为稳定状态的情况下，选用NaCl作为示踪剂，进行室内弥散试验，试验开始时间以NaCl示踪剂替换原有水溶液的时间为准，当渗流形成一维稳定流动以后，在出水口处用量筒接取渗出液，每间隔6小时测定渗出液的电导率，获得渗出液的电导率随时间的变化曲线。
（3）根據土柱末端渗出液的电导率随时间的变化关系，通过式（1）可以求得渗出液的～t关系曲线，当接近1时，停止试验，并据下式计算纵向弥散系数DL：
求出DL之后，根据计算纵向弥散度。
2试验结果
试验期间共进行了14组一维水动力弥散试验，并绘制了各组试验的～t关系曲线，即土柱的穿透曲线，各试验土柱的穿透曲线如图2-1～图2-14所示。
根据上式（1）计算求得到研究区包气带的饱和弥散系数DL及弥散度，计算结果如下表2-1所示。
3 结论
通过室内以为水动力弥散试验，模拟了洪湖东分蓄洪区蓄洪时，该区包气带土壤水动力弥散系数的数据大小及分布特点，主要结论如下：
（1）该区的地下水弥散系数，大小在0.006 ～15.716 cm2/h之间变化，弥散度在0.759～1.992cm之间，其中粉土（试验点12）的弥散度最大，最大值为10.992cm，粉质黏土的弥散度其次，平均值为6.257cm，黏性土的弥散度最小，平均值为1.953cm。
（2）孔隙介质的弥散度主要由的介质颗粒的不均匀系数、颗粒大小决定。12号试验点所在处为粉土，颗粒较其他试验点处都大，所以该处包气带的弥散度最大。在远离南部长江以及北部东荆河中间地带，包气带岩性以黏性土为主，地下水弥散度最小，主要是由于中间低洼地带主要是湖积层，包气带颗粒的不均匀系数小，包气带弥散度小，靠近长江及河流地带主要为冲积层及冲洪积层，包气带颗粒的不均匀系数大，导致弥散度大。
（3）弥散度的这种分布特征表明，弥散度小的湖积层、冲湖积层地区污染物一旦进入含水层后，它的迁移和扩散能力较差。这种特性有利有弊，有利的是污染物不易扩散，容易控制在一定的范围内，但是不利的就是一旦污染物进入就不容易被驱替，包气带污染不容易修复。
（4）在长江沿岸原决口扇处以及东荆河沿岸等地，包气带岩性以粉土或粉细砂为主，包气带水动力弥散度较大，其不利的方面是污染物容易扩散，不容易将污染物控制在某个特定的范围内，但有利的方面是污染物容易被驱替，包气带一旦污染相对易于修复。
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