CN114778796A - 一种推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，包括以下步骤：S1.进行土体的易溶盐离子含量的测定；S2.进行土体的湿密度、比重和天然含水量的测定；S3.采用步骤S2得到的土体湿密度、比重和天然含水量进行土体物理指标间的换算，推导出土体的干密度、天然孔隙比和饱和度；S4.采用土体的干密度、湿密度和易溶盐离子含量等换算出土体孔隙水中的易溶盐离子质量及矿化度指标。弱透水层孔隙水样品难以获取且相关测试成本高。将水土作为一个整体进行研究，进行水土的含盐特征及其相关性研究，建立水土盐分换算数学模型，建立的水土盐分换算数学模型具有较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于弱透水层水土含盐特征技术领域，具体涉及一种推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法。
背景技术
土体由固相(固体颗粒)、液相(土体中水与溶解矿物质)和气相(土体中气)组成。弱透水层孔隙水样品难以获取且相关测试成本高。弱透水层样品获取的方法分为原位提取方法与室内方法。原位提取方法包括渗析法与吸气引液法，适用于含水量高且埋深浅的海相软土。室内方法包括压榨法、浸提法、离心法等。原位提取方法耗时较长且成本高。压榨法与离心法测试难度较高。浸提法是一个不错的选择，测试结果单位为％或mg/kg，但不易进行相关测试结果的应用。
土体易容盐样品获取方便，测试分析已规范化，但这一指标应用起来非常不方便。因为现有进行沉积环境演化分析的方法大多都是基于土体孔隙水化学特征。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法。
本发明采用如下技术方案：
一种推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，包括以下步骤：
S1.进行土体中易溶盐离子含量测定；
S2.进行土体的湿密度、比重和天然含水量的测定；
S3.采用步骤S2得到的土体的湿密度、比重和天然含水量进行土体物理指标间的换算，推导出土体的干密度、天然孔隙比和饱和度；
S4.采用土体的干密度、湿密度和易溶盐离子含量换算出土体孔隙水中的离子质量及矿化度指标。
进一步地，步骤S1中进行土体的易溶盐含量(全盐量)的测定，包括Na+、Mg2+、K+、Ca2 +、Cl-、SO42-、HCO3 -和CO3 2-离子的含量。
进一步地，步骤S1中按照规范GB T50123-2019进行土体中易溶盐离子含量测定。
进一步地，步骤S2中按照规范GB T50123-2019进行土体的湿密度、比重和天然含水量的测定。
进一步地，步骤S3所述干密度通过
计算得到；所述天然孔隙比通过
得到；所述饱和度通过
得到；其中ρd为干密度(g/cm3)，ρ为湿密度，w为天然含水量(％)，e为天然孔隙比，Gs为比重，Sr为饱和度，ρw为4℃时水的密度(g/cm3)。
进一步地，步骤S3中土体的饱和度判定如下：若得到的土体的饱和度为100％，则为饱和土，土体由固体颗粒与孔隙水组成，为二相土；若土体的饱和度小于100％，则为非饱和土，土体由固体颗粒、孔隙水与气体组成，为三相土。
进一步地，步骤S4具体包括以下步骤：
S41.根据公式ms＝ρd×V和mw＝ρ×V-ρd×V分别计算出土体中固体颗粒的质量与孔隙水的质量，并根据公式
计算孔隙水的体积，其中ms为固体颗粒的质量(g)，ρd为干密度(g/cm3)，V为土体体积(cm3)，mw为土体中孔隙水的质量(g)，ρ为湿密度，Vw为土体中孔隙水的体积(cm3)，ρw为4℃时水的密度(g/cm3)；
S42.根据msau＝ms×S计算出易溶盐质量，其中msau为土体中易溶盐的质量(g)，S为步骤S1测得的土体中易溶盐含量(％)；
根据
计算孔隙水矿化度，其中MOW为孔隙水矿化度(g/L)。
进一步地，步骤S42中当Cl-的土工测试报告给出的易溶盐离子含量单位为mg/kg时，先根据
将mg/kg换算为g/g，再根据
计算孔隙水中的Cl-浓度，其中
为土体中Cl-质量(g)；
为孔隙水Cl-浓度(g/L)；
为土工测试报告给出的土体中易溶盐Cl-离子含量(mg/kg)，ms为土体中固体颗粒的质量(g)；Vw为土体中孔隙水的体积(cm3)。
发明的有益效果：弱透水层孔隙水样品的难以获取且相关测试成本高。本次将水土作为一个整体进行研究，进行水土体的含盐特征及其相关性研究，建立水土盐分换算数学模型。本次研究拟建立的水土盐分换算数学模型具有较高的应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法流程图；
图2为土体的三相组成结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述，实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。
本发明实施例按照规范GB T50123-2019进行土的全盐量、Na+、Mg2+、K+、Ca2+、Cl-、SO4 2-、HCO3 -、CO3 2-等离子的含量测定，具体方法如下：
取土壤风干样品，除去可见植物残渣后磨碎过2mm标准筛，取筛下样品50-150g，以水土比5:1比例进行混合浸提。吸取浸提液注入蒸发皿中，放在水浴锅上蒸干，反复称蒸发皿加试样的总质量至质量差值不大于0.0001g。土壤盐分含量计算公式为：
式中，S为土壤盐分含量(％)；mmz为蒸发皿加烘干残渣质量(g)；mm为蒸发皿质量(g)；Vw为制取浸提液所加纯水量(mL)；Vx1为吸取浸提液量(mL)。
Na+与K+测定采用火焰光度法，Ca2+测定采用EDTA法，Mg2+测定采用钙镁合量滴定法，CO3 2-与HCO3 -测定采用双指示剂中和滴定法，Cl-测定采用硝酸银滴定法，SO4 2-测定采用EDTA络合滴定法，具体参考规范GB T50123-2019。
本发明按照规范GB T50123-2019进行土的湿密度、比重、天然含水量3个基本换算指标的测定，弱透水层为细粒土，湿密度ρ测定采用环刀法：
表1 用于密度测试的环刀参数
式中：ρ为湿密度湿密度(g/cm3)，V为环刀容积(cm3)，m0为湿土质量。
比重Gs测定采用比重瓶法，一般土粒的Gs采用纯水测定；当土中富含易溶盐、亲水性胶体或有机质的土，应采用煤油或其它中性液体，不能采用纯水。
天然含水量w的测定采用烘干法，取具有代表性式样15-30g，在105-110℃烘到恒量。
式中：w为天然含水量(％)，m0为湿土质量(g)，md为干土质量(g)。
实施例1
本实施例使用连云港浅表粘性土(非饱和土)作为土体，并推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法如图1所示，包括以下步骤：
(1)按照规范GB T50123-2019进行土体中全盐量、Na+、Mg2+、K+、Ca2+、Cl-、SO4 2-、HCO3 -、CO3 2-等离子的含量测定，测定结果汇总于表2；
表2 粘性土体中易溶盐各组分含量统计
(2)按照规范GB T50123-2019进行土体的湿密度、比重、天然含水量3个基本换算指标的测定，测定结果汇总于表3；
(3)采用3个基本物理指标进行土体物理指标间的换算，推导出饱和度、干密度、孔隙比等指标，推导结果见表3；其中干密度通过
计算得到；所述天然孔隙比通过
得到；所述饱和度通过
得到；其中ρd为干密度(g/cm3)，ρ为湿密度，w为天然含水量(％)，e为天然孔隙比，Gs为比重，Sr为饱和度，ρw为4℃时水的密度(g/cm3)。根据饱和度可以判断土体为非饱和土，如图2所示，土体由固体颗粒、孔隙水与气体组成，为三相土。
表3 土体的基本物理指标与换算指标汇总
(4)采用土体的干密度、密度、比重及含盐指标等换算出相应孔隙液中的离子及矿化度指标，具体步骤如下推导结果汇总于表4，
S41.根据公式ms＝ρd×V和mw＝ρ×V-ρd×V分别计算出土体中固体颗粒的质量与孔隙水的质量，并根据公式
计算孔隙水的体积，其中ms为固体颗粒的质量(g)，ρd为干密度(g/cm3)，V为土体体积(cm3)，mw为土体中孔隙水的质量(g)，ρ为湿密度，Vw为土体中孔隙水的体积(cm3)，ρw为4℃时水的密度(g/cm3)；
S42.根据msau＝ms×S计算出易溶盐质量，其中msau为土体中易溶盐的质量(g)，S为步骤S1测得的土体中易溶盐离子含量(％)；
根据
计算孔隙水矿化度，其中MOW为孔隙水矿化度(g/L)。
易溶盐各离子含量单位为mg/kg。以Cl-为例，需将mg/kg换算为g/g，其它离子计算原理相同。
根据易溶盐中各离子含量，计算孔隙水中易溶盐各离子浓度。以Cl-为例，进行单位换算，最终换算单位为g/L，其它离子计算同理。
注：
为土体中Cl-质量(g)；
为孔隙水Cl-浓度(g/L)；
为土工测试报告给出的土体中易溶盐Cl-离子含量(mg/kg)，ms为土体中固体颗粒的质量(g)；Vw为土体中孔隙水的体积(cm3)。
表4 推演换算的孔隙水矿化度与离子浓度统计表
这里采用Cl-为例说明本发明的应用。Cl-是指示地下水来源及演化过程有效的水化学组分。Cl-主要来源于海水，参与的地球化学作用少，难以被吸附，其可以作为环境示踪剂，是研究海水侵入的重要指标。可以采用二元混合模型(采用孔隙水Cl-浓度对比标准海水与当地淡水)来研究海水混合比例，这是本发明用于环境演化分析的一个重要应用。
实施例2
本实施例采用连云港海相软土(饱和土)，其孔隙水水化学组分获取方法，基本与实施例1相同，包括以下步骤：
(1)按照规范GB T50123-2019进行土体的全盐量、Na+、Mg2+、K+、Ca2+、Cl-、SO4 2-、HCO3 -、CO3 2-等离子的含量测定，测定结果汇总于表5；
表5 海相软土体中易溶盐各组分含量统计
(2)按照规范GB T50123-2019进行土体的湿密度、比重、天然含水量3个基本换算指标的测定，测定结果汇总于表6；
(3)采用3个基本物理指标进行土体物理指标间的换算，与实施例1的换算方法相同，推导出饱和度、干密度、孔隙比等指标，推导结果见表6。根据饱和度可以判断土体为饱和土。
表6 海相软土体的基本物理指标与换算指标汇总
(4)采用土体的干密度、密度、比重及含盐指标等换算出相应孔隙液中的离子及矿化度指标，与实施例1的换算方法相同，推导结果汇总于表7。
表7 推演换算的海相软土孔隙水矿化度与离子浓度统计表
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.进行土体中易溶盐离子含量测定；
S2.进行土体的湿密度、比重和天然含水量的测定；
S3.采用步骤S2得到的土体的湿密度、比重和天然含水量进行土体物理指标间的换算，推导出土体的干密度、天然孔隙比和饱和度；
S4.采用土体的干密度、湿密度和易溶盐离子含量换算出土体孔隙水中的离子浓度及矿化度指标。
2.根据权利要求1所述的推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，其特征在于，步骤S1中进行土体的易溶盐离子含量的测定，包括Na+、Mg2+、K+、Ca2+、Cl-、SO42-、HCO3 -和CO3 2-离子的含量。
3.根据权利要求2所述的推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，其特征在于，步骤S1中按照规范GB T50123-2019进行土体的易溶盐离子含量的测定。
4.根据权利要求1所述的推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，其特征在于，步骤S2中按照规范GB T50123-2019进行土体的湿密度、比重和天然含水量的测定。
5.根据权利要求1所述的推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，其特征在于，步骤S3所述干密度通过
计算得到；所述天然孔隙比通过
得到；所述饱和度通过
得到；其中ρd为干密度(g/cm3)，ρ为湿密度，w为天然含水量(％)，e为天然孔隙比，Gs为比重，Sr为饱和度，ρw为4℃时水的密度(g/cm3)。
6.根据权利要求1所述的推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，其特征在于，步骤S3中土体的饱和度判定如下：若得到的土体的饱和度为100％，则为饱和土，土体由固体颗粒与孔隙水组成，为二相土；若土体的饱和度小于100％，则为非饱和土，土体由固体颗粒、孔隙水与气体组成，为三相土。
7.根据权利要求1所述的推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：
S41.根据公式ms＝ρd×V和mw＝ρ×V-ρd×V分别计算出土体中固体颗粒的质量与孔隙水的质量，并根据公式
计算孔隙水的体积，其中ms为固体颗粒的质量(g)，ρd为干密度(g/cm3)，V为土体体积(cm3)，mw为土体中孔隙水的质量(g)，ρ为湿密度，Vw为土体中孔隙水的体积(cm3)，ρw为4℃时水的密度(g/cm3)；
S42.根据msau＝ms×S计算出易溶盐质量，其中msau为土体中易溶盐的质量(g)，S为步骤S1测得的土体中易溶盐离子含量(％)；根据
计算孔隙水矿化度，其中MOW为孔隙水矿化度(g/L)。
8.根据权利要求7所述的推演弱透水层孔隙水水化学组分的方法，其特征在于，步骤S42中当Cl-的土工测试报告给出的易溶盐离子含量单位为mg/kg时，先根据
将mg/kg换算为g/g，再根据
计算孔隙水中的Cl-浓度，其中
为土体中Cl-质量(g)；
为孔隙水Cl-浓度(g/L)；
为土工测试报告给出的土体中易溶盐Cl-离子含量(mg/kg)，ms为土体中固体颗粒的质量(g)；Vw为土体中孔隙水的体积(cm3)。
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| CN114778796B (zh) | 2023-12-05 |
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