毛會(huì)永(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065)

基于粘性土分散性理論的地表水渾濁機(jī)理分析

毛會(huì)永
(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065)

通過(guò)研究區(qū)內(nèi)土體的基本物理特性、粘性土的主要礦物成分、化學(xué)成分和區(qū)內(nèi)孔隙水的化學(xué)成分，對(duì)比區(qū)內(nèi)土體和分散性粘性土的相似處，利用粘性土分散性理論，分析了地表水混濁的機(jī)理，利用分散性粘性土的治理工程經(jīng)驗(yàn)，借鑒運(yùn)用到地表水混濁的治理上來(lái)，給地區(qū)水環(huán)境治理提供了一個(gè)新的思路。

粘性土分散性，礦物成分，地表水混濁，膠粒

派河小流域地質(zhì)調(diào)查初判符合土體膠粒分散懸浮水中致水體混濁的特征[1]。

1 流域代表性土體的基本物理特征

1.1 基本物理特征

流域代表性土體為重～中粉質(zhì)壤土，灰黃色～褐黃色，軟塑～可塑，含鈣質(zhì)團(tuán)塊、鐵錳質(zhì)結(jié)核及灰白色粘土礦物，沖洪積成因?yàn)橹?，網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，層理較清楚，裂隙中具灰白色高嶺土條帶，天然含水量一般20～30%，液限值較高，粘粒及膠粒含量高。其基本物理特性詳見(jiàn)表1。

1.2 粘性土中的礦物成分及化學(xué)成分

區(qū)內(nèi)粘性土主要礦物成分包括蒙脫石、伊利石、高嶺石、云母等，詳見(jiàn)表2，其中高嶺石4.6%～6.8%，蒙脫石3.5%～6.7%、伊利石占15%～22%，蒙脫石和伊利石礦物晶體不穩(wěn)定，親水性很強(qiáng)。

1.3 區(qū)內(nèi)水化學(xué)元素

區(qū)內(nèi)水體可分為淺層孔隙水和承壓孔隙水，其化學(xué)元素統(tǒng)計(jì)分析詳見(jiàn)表3。

表1 流域土體的基本物理特性

表2 土的主要礦物成分、化學(xué)成分基本分析表(%)

表3 流域水的主要礦物成分、化學(xué)成分基本分析表(mg/L)

2 粘性土的分散性理論

2.1 粘性土分散性理論的概念和應(yīng)用

在靜水或動(dòng)水條件下，土體表面粘聚力大部分甚至全部消失，呈團(tuán)聚體存在的顆粒體自行分散成原級(jí)土顆粒。其工程特性是抗沖蝕能力差，易造成堤壩管涌、路基失穩(wěn)等，危害性很大，在工程上意義重要。

遇水分散是土的固有特征，一般土體均具有程度不同的分散性，但只有其分散性達(dá)到對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生了危害，才具有了工程意義，具備研究?jī)r(jià)值。利用粘性土分散性理論延展到具備重～輕微分散性的粘性土上，利用其分散機(jī)制和工程特性，借鑒其工程手段，運(yùn)用到水環(huán)境治理領(lǐng)域。

2.2 粘土分散性的判別方法

國(guó)際上，分散性粘土的判別是隨著水利工程建設(shè)的進(jìn)展而發(fā)展的，目前常用的判別方法有雙比重計(jì)法、針孔試驗(yàn)、碎塊試驗(yàn)和孔隙水溶液試驗(yàn)等。

碎塊試驗(yàn)，是一種較為典型的粘土分散性試驗(yàn)，它利用土的自然分散性，按密度、含水率等規(guī)范要求制成土方塊，靜置于蒸餾水中，觀察膠體顆粒分散并進(jìn)入懸浮狀態(tài)的趨勢(shì)。

針孔試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果主要是依據(jù)流出水的混濁程度進(jìn)行判斷[2]。

雙比重計(jì)試驗(yàn)主要是加入分散劑來(lái)測(cè)定其分散度，孔隙水溶液試驗(yàn)是用粘土飽和孔隙水抽取液中的Na+同其他主要金屬離子的相對(duì)數(shù)量評(píng)價(jià)粘土分散性程度的。

2.3 粘土分散性的分散機(jī)制及影響因素

分散性粘土遇水分散的特征是自身物理化學(xué)性質(zhì)的綜合體現(xiàn)且受外界因素影響，因此分散機(jī)制較復(fù)雜。

土體顆粒分散的原因是由于在低含鹽量水中(或純水中)離子間排斥力超過(guò)吸引力，土粒在介質(zhì)作用下被分散帶走。粘土顆粒表面常帶負(fù)電荷，需吸附陽(yáng)離子來(lái)平衡，由于分子熱運(yùn)動(dòng)和濃度差，導(dǎo)致陽(yáng)離子脫離界面而擴(kuò)散。吸附與擴(kuò)散共同作用，使得在粘土顆粒與水的界面周圍陽(yáng)離子呈擴(kuò)散狀態(tài)分布。

引力與斥力都是距離的函數(shù)，決定顆粒間的距離主要是雙電層厚度，而影響雙電層厚度的因素主要有粘土礦物成分、介質(zhì)pH值、介質(zhì)中陽(yáng)離子種類和濃度等，即影響粘土分散性的因素至少包括了以上幾種。

3 地表水混濁機(jī)理分析

地表水體混濁是周圍土壤能夠和水體發(fā)生物理、化學(xué)、交換吸附、水解等一系列反應(yīng)的外在表現(xiàn)，其本質(zhì)是土-水-電解質(zhì)系統(tǒng)的交換，其載體是可以分散懸浮于水體中的土膠粒， 水中膠體本身不僅是污染物，而且是水中細(xì)菌、病毒等微生物的重要附著載體，土膠粒及吸附其上的污染物的多少進(jìn)一步反映了水質(zhì)的優(yōu)劣程度。

4 混濁地表水的危害及工程處理措施

治理地表水混濁就是降低分散到地表水中的土膠粒含量，可借鑒分散性粘性土筑堤填壩工程經(jīng)驗(yàn)。例如粘性土的抗沖蝕經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)工程措施，人為降低(或加大)水動(dòng)力條件，避免土體分散或促使其沉淀凈化。

設(shè)置反濾層是防治土體滲透破壞的一種有效措施，同樣也可以應(yīng)用到凈化水質(zhì)上來(lái)，利用鋪墊級(jí)配礫石、復(fù)合土工膜物理過(guò)濾、鋪設(shè)生態(tài)慮床，利用水動(dòng)力學(xué)對(duì)地表水質(zhì)凈化，利用吸附預(yù)處理技術(shù)、強(qiáng)化過(guò)濾工藝、膜分離技術(shù)等進(jìn)一步減少地表水中懸浮物，最終達(dá)到符合目標(biāo)要求的地表水體。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)區(qū)內(nèi)土體中含有大量膠粒，而膠粒土體一旦分散到水介質(zhì)，則能夠長(zhǎng)時(shí)間懸浮其中。區(qū)內(nèi)土體具有遇水混濁并長(zhǎng)時(shí)間難以澄清的特性，親水性很強(qiáng)。(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)判斷和室內(nèi)分析，本區(qū)粘性土具有分散性粘土的潛質(zhì)，地表水體中混濁的懸浮物以分散到粘性土中的膠粒為主，是各類污染物的載體，成為地表水質(zhì)惡化的重要因素。(3)利用粘性土分散性理論對(duì)地表水混濁機(jī)理進(jìn)行分析，利用水動(dòng)力學(xué)、化學(xué)改性、滲濾等措施解決地表水中懸浮物，給小流域水環(huán)境治理提供一些思路。

[1]王文健，張野，王立文.南引水庫(kù)用分散性粘土筑壩的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)[J].黑龍江水利，2002(2)：43-45.

[2]李興國(guó)，許仲生.分散性土的試驗(yàn)鑒別和改良 [J].巖土工程學(xué)報(bào)，1989，11(1)：62-66.

Based on the Theory of the Dispersion of Cohesive Soil Surface Water Turbidity Mechanism Analysis

MAO Huiyong
(Northwest Engineering Corporation Limited，POWERCHINA，Xi′an，710065)

By studying the basic physical properties of soil and cohesive soil in the area of the main mineral composition，chemical composition and chemical composition of pore water in the studied area，comparing similarities of soil and dispersion of cohesive soil in the studied area，using the theory of dispersion of cohesive soil，analyzed the mechanism of surface water turbidity，using dispersion cohesive soil treatment engineering experience，using for reference to the management of surface water turbidity，for regional water environment governance provides a new train of thought.

clay dispersion；mineral composition；surface water turbidity；colloidal particles

毛會(huì)永，大學(xué)，工程師，主要從事水利水電工程、環(huán)境工程的勘察技術(shù)和科研工作

X21

A

1673-288X(2017)01-0172-02

引用文獻(xiàn)格式：毛會(huì)永.基于粘性土分散性理論的地表水渾濁機(jī)理分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：172-173.