冷祥陽，許士國，許 翼

（大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部水利工程學(xué)院，遼寧 大連116024）

0 引 言

濱海地區(qū)是人類活動和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域，經(jīng)濟(jì)的高速增長和人口的快速膨脹使土地資源越來越稀缺，圍填海就成為解決人地矛盾的重要措施。然而填海造陸區(qū)的鹽漬化使得該區(qū)域的土地綠化、工程建設(shè)和路基穩(wěn)定面臨一系列特殊的問題，直接影響整個回填區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，降低各類結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定和使用壽命。

濱?；靥顓^(qū)鹽分的來源主要有海水、地下水、地表徑流和高含鹽層，大量學(xué)者對回填區(qū)表層土體的鹽分運(yùn)移和積累過程做了有針對性的調(diào)查和實(shí)驗(yàn)分析，證明地下水礦化度越高、地下水位越高、海水入侵越嚴(yán)重，鹽分在回填區(qū)表層中積累的機(jī)會和數(shù)量就越多[1]，但是對鹽田上填海造陸鹽漬化的研究較少。當(dāng)鹽田處于極限蒸發(fā)深度之內(nèi)時，溶解的鹽分在蒸發(fā)作用下直接形成地表積鹽；當(dāng)鹽田處于極限蒸發(fā)深度之外時，溶解的鹽分雖無法直接形成地表積鹽，但會使上層土壤的含鹽量增加，當(dāng)極限蒸發(fā)深度范圍內(nèi)的土壤含鹽量達(dá)到一定濃度時，同樣會形成回填區(qū)的地表積鹽。由此可見，高含鹽層的研究不僅是針對表層土體內(nèi)鹽分運(yùn)移規(guī)律的研究，還包括深層土壤中水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究，在空間上，就形成了上層土壤與下層土壤的有機(jī)結(jié)合，使回填區(qū)水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究具有整體性。因此，本文以建立在鹽田上的填海造陸工程為研究對象，對其危害進(jìn)行初步調(diào)查與分析，為實(shí)驗(yàn)?zāi)M高含鹽層水鹽運(yùn)移規(guī)律提供初步論證，也為控制和改善回填區(qū)地表鹽漬化提供技術(shù)支撐。

1 調(diào)查區(qū)概況

本文研究的環(huán)渤海地區(qū)是地理意義上的環(huán)渤海地區(qū)，包括大連、盤錦、營口、曹妃甸、東營、萊州等。這些城市的多年平均氣溫、日照時間、降水量和蒸發(fā)量等氣象數(shù)據(jù)基本一致，并且都已經(jīng)完成或者正在進(jìn)行大量的填海造陸工程。

研究區(qū)地處我國中緯度地帶，屬于半干旱、半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。沿海地區(qū)受海洋性氣候影響，春季多風(fēng)少雨，夏季炎熱多雨，秋季晴朗高爽，冬季寒冷干燥，具有四季分明的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該區(qū)年平均氣溫12.2 ℃，無霜時間為220 d，光照十分充足，全年日照時間為2 550 h[2]。

濱海回填區(qū)表層土中，易溶鹽份運(yùn)移的主要載體是水，它隨著水分的運(yùn)動而運(yùn)動。水分的主要來源及其運(yùn)動特點(diǎn)在很大程度上取決于降水和蒸發(fā)等氣候因素。環(huán)渤海研究區(qū)平均年降水量623 mm[3]，蒸發(fā)量1 657 mm，從降水量和蒸發(fā)量的關(guān)系來看（見表1），平均蒸發(fā)降水比為2.70，說明該區(qū)的蒸發(fā)量遠(yuǎn)高于降水量，這必然會使鹽分在運(yùn)移的過程中出現(xiàn)明顯的表層積聚現(xiàn)象，最終會導(dǎo)致濱?；靥顓^(qū)出現(xiàn)大量的鹽土。

表1 環(huán)渤海各城市多年平均降水量和蒸發(fā)量 mm

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集

通過前期的調(diào)查考證，將取樣目標(biāo)鎖定在大連普灣新區(qū)、盤錦新區(qū)、天津?yàn)I海新區(qū)、東營港和萊州龍口，這些地區(qū)都是建立在鹽田之上，且填海造陸工程結(jié)束多年之后土壤含鹽量已趨于穩(wěn)定。每個地區(qū)取兩組土樣進(jìn)行對比分析，分別是回填區(qū)表層的土樣和回填區(qū)附近原狀鹽田的土樣。由于春秋季處于蒸發(fā)積鹽階段，夏季處于降雨淋洗階段，而冬季處于鹽量均衡穩(wěn)定階段[4]，所以選擇能代表區(qū)域平均含鹽水平的冬季進(jìn)行樣品采集；在距離海邊2 km 的地方用鐵鏟挖取表層20 cm 的土樣，對采集的土樣進(jìn)行編號，記錄采樣時間、地點(diǎn)，采樣結(jié)束后立即用袋子密封，供化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用。

2.2 樣品分析方法

首先將從野外采集的土壤樣品置于通風(fēng)處，自然風(fēng)干后剔除樣品里的有機(jī)殘?jiān)⒅参锔岛颓秩塍w；然后研磨并過1 mm 篩，稱取過篩后的土樣50 g，放入500 ml 三角瓶中，加水250 ml，密封，在震蕩機(jī)上震蕩3 min；最后放入離心機(jī)內(nèi)離心5 min，提取上清液立即測定其電導(dǎo)率和各種水溶性鹽分離子的含量。

土壤水溶性鹽的測定包括陰陽離子的測定：陽離子包括Ca2+，Mg2+，K+，Na+，本文采用EDTA 滴定法測定Ca2+和Mg2+的含量；采用火焰光度法測定K+和Na+的含量。陰離子包括HCO3-，CO32-，SO42-，Cl-，采用雙指示劑中和滴定法測定HCO3-和CO32-的含量；采用AgNO3滴定法測定Cl-的含量；采用EDTA 間接絡(luò)合滴定法測定SO42-的含量[5]。電導(dǎo)率用Multi-340i 多參數(shù)水質(zhì)分析儀測定。

2.3 樣品含鹽量的計(jì)算

電導(dǎo)率與含鹽量成線性關(guān)系，這跟離子的電荷數(shù)和鹽份離子常數(shù)有關(guān)。將土壤樣品的含鹽量和1∶5 土水比浸提液電導(dǎo)率（25 ℃）作相關(guān)分析，查看兩者的相關(guān)程度，求相關(guān)方程和相關(guān)系數(shù)。這也從側(cè)面印證數(shù)據(jù)的可靠性。

取上述8 個離子含量之和作為土樣的總含鹽量。根據(jù)樣品采集的原則，對比回填區(qū)表層土壤含鹽量與周邊高含鹽層土壤含鹽量，分析兩者之間的關(guān)系，驗(yàn)證高含鹽層上的填海造陸是否會加劇回填區(qū)的地表鹽漬化。同時分析土樣的顆粒級配與鹽分之間的聯(lián)系。

3 結(jié)果分析

3.1 鹽分測定結(jié)果

實(shí)驗(yàn)室測得土樣各離子含量見表2，總含鹽量為8 種離子含量之和。

3.2 填海造陸前后總含鹽量的對比

根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對土樣分別進(jìn)行化學(xué)鹽分和電導(dǎo)率的測定，繪制了電導(dǎo)率與鹽分濃度之間的關(guān)系圖并求其相關(guān)方程，得：S1∶5=0.295 3X+0.580 4，S1∶5為1∶5 土水比的土壤浸提液電導(dǎo)率（ms/cm），X 為土壤總含鹽量（g/kg）；相關(guān)系數(shù)R2=0.899 9。所以實(shí)驗(yàn)獲取的土樣鹽分含量具有可靠性，可以用來進(jìn)一步對比分析[6]。

這些濱海區(qū)的地下水埋藏較淺，深度在1.5～2.5 m 范圍內(nèi)，基本處于極限蒸發(fā)深度之內(nèi)，對地表積鹽影響較大。普蘭店與盤錦采樣區(qū)地下水的鹽度分別是18.4%和19.1%，兩份土樣的含鹽量基本一致；天津采樣區(qū)地下水的鹽度為9.7%，東營采樣區(qū)地下水的鹽度為24.9%，所以濱海新區(qū)的土壤鹽度偏低，而東營港的土壤鹽度偏高。由此可以看出，地表土壤的含鹽量與地下水的鹽度和埋深也具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

由圖1可以看出，如果附近鹽田土壤的含鹽量較高（東營），則相應(yīng)回填區(qū)表層土壤的含鹽量也較高；如果附近鹽田土壤的含鹽量較低（天津和萊州），則相應(yīng)回填區(qū)表層土壤的含鹽量也較低，即回填區(qū)表層土壤的含鹽量與附近鹽田土壤的含鹽量具有明顯的一致性。從大連、盤錦、天津和東營土樣含鹽量的對比分析中可以看出，回填區(qū)表層土壤的含鹽量只會接近附近鹽田土壤的含鹽量，而不會超出過多，這是由于鹽田底層粘土含量較高，使其滲透性降低、聚鹽能力增強(qiáng)，以及鹽田在長期運(yùn)行下對鹽分的積聚等外界條件造成的。萊州回填區(qū)土壤的含鹽量反而高于附近鹽田土壤，這可能是因?yàn)槿R州鹽田已經(jīng)荒廢已久，淋洗等作用使土壤鹽分稀釋。天津建成20 余年，土壤質(zhì)地條件穩(wěn)定，回填區(qū)與附近鹽田土壤鹽分相近；而大連、盤錦和東營的填海相對較晚，所以兩者鹽分有差異，且隨著回填區(qū)年份的推移，回填區(qū)表層土壤的含鹽量將趨近附近鹽田土壤的含鹽量。

表2 土樣鹽分離子含量 g/kg

圖1 回填區(qū)表層與附近鹽田土壤含鹽量的對比

3.3 土壤的含鹽量與物理特性的關(guān)系

對采集的土樣按照GBJ145-90《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行機(jī)械篩分，根據(jù)各土樣礫粒、砂粒和細(xì)粒含量的不同，將土樣劃分為不同的類別：東營的土樣是細(xì)粒土，大連和盤錦的土樣是含粗粒的細(xì)粒土，天津的土樣是粉土質(zhì)砂，萊州的土樣是級配良好砂。在地下水等外界條件相似的情況下，土樣的顆粒級配與土樣的含鹽量具有較強(qiáng)的聯(lián)系。從圖2中可以看出，大連和盤錦土樣的顆粒級配相近，且兩地地下水的埋深與礦化度相近，所以兩者土樣的含鹽量比較接近；天津的土樣顆粒級配較粗，對水鹽的吸附能力較弱，所以含鹽量低于前兩者；萊州的土樣就是砂土，粒徑最大，而東營的土樣是粘土，粒徑最細(xì)，相應(yīng)地萊州土樣的含鹽量最低，而東營土樣的含鹽量最高。土壤顆粒級配對水鹽運(yùn)移的影響是基于不同粒徑土壤對水鹽的滲透能力和土壤顆粒吸附能力的差異，細(xì)粒土滲透能力弱，顆粒吸附能力強(qiáng)，降低了其中水鹽運(yùn)移的活躍度，使鹽分更容易在積聚、不易被淋洗。

圖2 土壤含鹽量與顆粒級配的關(guān)系

顆粒級配是土壤的一個重要指標(biāo)，直接決定土壤的諸多物理性質(zhì)和土壤質(zhì)地。通過測定土樣的比重和滲透性，發(fā)現(xiàn)隨著土壤顆粒級配的變化，土壤比重、滲透性等物理指標(biāo)都隨之發(fā)生有規(guī)律的變化，例如隨著粒徑的增加，土壤的滲透性增加（表3），這與已有研究得出的結(jié)論相同[7]。在土壤中，鹽分是隨著水分進(jìn)行遷移運(yùn)動的，期間伴隨著顆粒的吸附作用，而水分在土壤中的運(yùn)動規(guī)律又取決于土壤的孔隙度、滲透性等物理指標(biāo)，所以土壤的顆粒級配間接影響鹽分在土壤中的運(yùn)移規(guī)律，進(jìn)而影響地表積鹽的程度。

4 結(jié) 論

通過對幾個鹽田的調(diào)查取樣與實(shí)驗(yàn)分析，得出鹽田之上填海造陸的鹽漬化現(xiàn)狀，對比分析回填前后含鹽量的差異，并分析土壤的含鹽量與其顆粒級配的關(guān)系，總結(jié)如下：

表3 土樣的含水量 比重和滲透性

1）土樣的含鹽量與1∶5 土壤浸提液的電導(dǎo)率具有極顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2=0.899 9。實(shí)驗(yàn)測定的土壤含鹽量能很好地代表土樣的真實(shí)含鹽量，可以用來進(jìn)一步對比分析。

2）回填區(qū)表層的土壤含鹽量與附近鹽田的土壤含鹽量具有一致性，而且隨著回填區(qū)年份的推移，回填區(qū)表層的土壤含鹽量與附近鹽田的含鹽量越接近。為了有效控制回填區(qū)表層土壤的含鹽量，就必須在回填之前降低鹽田的土壤含鹽量。地表土壤的含鹽量與地下水的鹽度和埋深也具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

3）土壤顆粒級配對水鹽運(yùn)移的影響是基于不同粒徑土壤對水鹽的滲透能力和土壤顆粒吸附能力的差異，細(xì)粒土滲透能力弱，顆粒吸附能力強(qiáng)，降低了其中水鹽運(yùn)移的活躍度，使鹽分更容易積聚、不易被淋洗。顆粒級配是土壤的一個重要物理性質(zhì)，直接決定土壤的諸多物理指標(biāo)和土壤質(zhì)地，進(jìn)而影響鹽分在土壤中的運(yùn)移規(guī)律，決定地表積鹽的程度。

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