基于粘性土分散性理論的地表水渾濁機理分析

毛會永(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

基于粘性土分散性理論的地表水渾濁機理分析

毛會永
(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

通過研究區內土體的基本物理特性、粘性土的主要礦物成分、化學成分和區內孔隙水的化學成分，對比區內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理，利用分散性粘性土的治理工程經驗，借鑒運用到地表水混濁的治理上來，給地區水環境治理提供了一個新的思路。

粘性土分散性，礦物成分，地表水混濁，膠粒

派河小流域地質調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～中粉質壤土，灰黃色～褐黃色，軟塑～可塑，含鈣質團塊、鐵錳質結核及灰白色粘土礦物，沖洪積成因為主，網狀裂隙發育，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表1。

1.2 粘性土中的礦物成分及化學成分

區內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定，親水性很強。

1.3 區內水化學元素

區內水體可分為淺層孔隙水和承壓孔隙水，其化學元素統計分析詳見表3。

表1 流域土體的基本物理特性

表2 土的主要礦物成分、化學成分基本分析表(%)

表3 流域水的主要礦物成分、化學成分基本分析表(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用

在靜水或動水條件下，土體表面粘聚力大部分甚至全部消失，呈團聚體存在的顆粒體自行分散成原級土顆粒。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，但只有其分散性達到對工程建設產生了危害，才具有了工程意義，具備研究價值。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，利用其分散機制和工程特性，借鑒其工程手段，運用到水環境治理領域。

2.2 粘土分散性的判別方法

國際上，分散性粘土的判別是隨著水利工程建設的進展而發展的，目前常用的判別方法有雙比重計法、針孔試驗、碎塊試驗和孔隙水溶液試驗等。

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

針孔試驗。試驗結果主要是依據流出水的混濁程度進行判斷[2]。

雙比重計試驗主要是加入分散劑來測定其分散度，孔隙水溶液試驗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數量評價粘土分散性程度的。

2.3 粘土分散性的分散機制及影響因素

分散性粘土遇水分散的特征是自身物理化學性質的綜合體現且受外界因素影響，因此分散機制較復雜。

土體顆粒分散的原因是由于在低含鹽量水中(或純水中)離子間排斥力超過吸引力，土粒在介質作用下被分散帶走。粘土顆粒表面常帶負電荷，需吸附陽離子來平衡，由于分子熱運動和濃度差，導致陽離子脫離界面而擴散。吸附與擴散共同作用，使得在粘土顆粒與水的界面周圍陽離子呈擴散狀態分布。

引力與斥力都是距離的函數，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pH值、介質中陽離子種類和濃度等，即影響粘土分散性的因素至少包括了以上幾種。

3 地表水混濁機理分析

地表水體混濁是周圍土壤能夠和水體發生物理、化學、交換吸附、水解等一系列反應的外在表現，其本質是土-水-電解質系統的交換，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一步反映了水質的優劣程度。

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驗。例如粘性土的抗沖蝕經驗。通過工程措施，人為降低(或加大)水動力條件，避免土體分散或促使其沉淀凈化。

設置反濾層是防治土體滲透破壞的一種有效措施，同樣也可以應用到凈化水質上來，利用鋪墊級配礫石、復合土工膜物理過濾、鋪設生態慮床，利用水動力學對地表水質凈化，利用吸附預處理技術、強化過濾工藝、膜分離技術等進一步減少地表水中懸浮物，最終達到符合目標要求的地表水體。

5 結 語

(1)區內土體中含有大量膠粒，而膠粒土體一旦分散到水介質，則能夠長時間懸浮其中。區內土體具有遇水混濁并長時間難以澄清的特性，親水性很強。(2)通過現場判斷和室內分析，本區粘性土具有分散性粘土的潛質，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，成為地表水質惡化的重要因素。(3)利用粘性土分散性理論對地表水混濁機理進行分析，利用水動力學、化學改性、滲濾等措施解決地表水中懸浮物，給小流域水環境治理提供一些思路。

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

[2]李興國，許仲生.分散性土的試驗鑒別和改良 [J].巖土工程學報，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

毛會永，大學，工程師，主要從事水利水電工程、環境工程的勘察技術和科研工作

X21

A

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

引用文獻格式：毛會永.基于粘性土分散性理論的地表水渾濁機理分析[J].環境與可持續發展，2017，42(1)：172-173.