黄河三角洲结构紧凑局部盐碱土排盐模型的构建与工程应用

抽象的

液氮真空冷冻干燥机的微观试验方法研究了黄河三角洲局部盐碱土壤的结构特征，全自动汞侵入孔隙率，X射线衍射仪和高压真空扫描电子显微镜。盐碱土壤的渗透性属于两种微型微型水和极端微渗水。直径直径的平均体积比不超过2 μ.m是86.25%;因此，盐碱土可能主要由微孔和超微孔组成。土壤孔隙率大多不超过0.5，干密度均大于1.6 g/cm^3.．由于粘土矿物的平均比例仅为12.24%，显然不是当地盐碱土渗透性差的主要原因。根据局部盐碱土结构紧凑、裂隙微发育的结构特征、地表径流及水盐运移机理，建立了以地表径流为主、考虑辅助入渗、无中流的排盐工程模型。实验研究了局部盐碱土的含盐量分布，拟合出含盐量与电导率的关系为y＝ 2.74x．从盐碱土区排水深度与含盐量的关系来看，明渠排水工程的深度应在60 cm以上。从降水与含盐量的关系来看，该放盐模型所显示的工程措施的有效性得到了直接或间接的验证，工程放盐模型可能适用于黄河三角洲盐碱地的治理。

1.介绍

世界农业发展受到盐碱土壤的严重限制。在中国，盐水 - 碱度的地区每年增加，特别是在黄河三角洲地区，灌溉养殖主要依赖于黄河的水;严重的盐水 - 碱土壤可能是由于这些原因，包括较低甚至土地，差的排水，黄河水的侧浸润，以及升高海水或其渗透。管理盐碱土壤的关键措施是排除土壤中可溶性盐并止羊盐。目前，通常推荐涉及物理，液压，化学品和生物学方法的综合措施[1- - - - - -3.］．

工程措施是一种直接有效的控制盐碱土壤的方法，但工程有效性易于丢失，材料成本高，经济效益低。为了基本上管理盐碱土壤，应研究土壤的微观结构，以揭示其工程特征和物理特性。土壤的微观结构是确定的因素，许多研究人员已经验证了其工程特征[4，5］．通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析粘土污垢的固结试验结果的微观结构，不同的矿物质和微观结构在改善水垢时研究了膨胀，可压缩性和渗透率的变形特征[6］．利用扫描电子显微镜和x射线衍射仪对软粘土的微观结构和矿物进行了鉴定;同时对其轴向抗压强度进行了检测[7］．采用扫描电子显微镜、压汞法和气体吸附试验研究了湛江市粘土矿物微观结构与物理力学参数的关系[8］．研究结果为研究土的微观结构与其物理力学性质之间的关系提供了重要的参考。这些文献主要是关于粘性土、软土和黄土的，而对盐碱土微观结构的研究较少。

2.黄河三角洲盐碱地的基本情况

2.1。自然条件

黄河三角洲位于118°07'-119°10'e和37°14'-38°12'n，地形特征是水平，因为它的高度仅在+1.0 m和+13.3米之间。该地区的年平均降水量约为530-630毫米，蒸发可高达750-2400毫米。黄河三角洲的极端温度是冬季-23.3°C;因此，黄河三角洲冻土的最大深度不超过60厘米。黄河三角洲地下水的深度仅为0-3米，确定形成盐水 - 碱土地[9］．盐碱地的天然含水率约为22%。

２.２.盐碱地影响因素分析

黄河三角洲盐碱地的形成受到泥沙淤积、气候、海水返盐和地下水位上升等多种因素的影响。

来自黄河的沉积物含有大量的盐和碱性成分以及埋藏量的海水，这将使土壤成为盐碱土地。黄河三角洲属于温暖的温带大陆季风气候;因此，地下水和土壤水迅速蒸发。同时，土壤和地下水中的可溶性盐在土壤表面上连续积聚，蒸发水。盐水 - 碱土地的发展受到海水从海水返回地下水和海潮到土壤的侵袭的影响。盐和碱逐渐沉积在土壤中最终在黄河三角洲形成了独特的盐碱土地。黄河灌溉和其他因素的地下水位升高导致土壤表面蒸发和盐的积累[6，7，10.］．

2.3。盐碱土地中盐含量的空间和时间分布特征

从1987年到2007年，黄河三角洲的严重盐碱土地面积迅速增加。然而，2007年至2014年，轻盐水 - 碱土地的地区增加，重质盐碱土地面积显着下降，这表明土壤盐渍化程度与治疗和时间大大有关[11.- - - - - -13.］．

在传统意见中，沿海盐水 - 碱土地的盐渍化程度随着深度的增加而严重，因为海水可能会侵蚀，结论应该是有条件的。在黄河三角洲的盐水碱陆地45厘米中，盐含量的平均值为0.68％（0-15厘米深度），0.72％（深度15-30厘米），0.77％（30-45 cm depth), respectively [14.，15.］．在黄河三角洲的土壤表面下方0-20厘米的深度，盐碱土壤的盐含量往往距离大海的近距离较近，这被认为是一般规则[16.，17.］．

２.４.土壤结构研究对排盐工程的初步影响

黄河中沉积物的粒度将使她通过河口流入大海。在黄河上游，沉积物主要粗粒，粒径大于0.05毫米，结构松散，渗透性良好。在她的中距离中，沉积物主要是中粗粒粒度，粒度小于0.05mm，一些发达的孔隙。在下游，沉积物主要是直径小于0.025毫米的细砂，结构紧凑，孔隙的孔隙，渗透性差，而在黄河河口，沉积物主要是非常精细的粒径为0.004-0.032 mm，结构非常紧凑，渗透率差[18.- - - - - -23.］．

根据黄河三角洲盐碱土的结构特征，颗粒结构应破碎，均匀，紧凑，以提高土壤的渗透率，该渗透性与工程措施采用盐水 - 碱土壤。通过几种微观试验方法研究了涉及透水性，孔隙率，干密度，矿物成分和紧凑结构的局部盐碱土壤的微观结构。考虑到局部盐碱土壤的微观结构特征，其表面径流机构和水盐迁移机制，建立了盐排放工程模型，其中确定了表面径流，渗透是辅助的，并且不包括渗透。分析盐含量和深度或沉淀之间的关系，以评估盐排放工程模型的有效性，并提交开放间距的深度。

3.当地盐碱土的结构特征

在黄河三角洲，当地盐碱土试验样品位于山东美奥生物工程有限公司(山东省东营市广饶县;37°18′8″N, 118°38′7″E)，如图所示1;采样深度从表面到100厘米，收集的土壤样品的宏观性能几乎没有分层和紧凑的结构，地下水的毛细管现象可能不明显。

3．1.当地盐碱土的渗透性

表层盐碱土在30cm和60cm深度的渗透系数为7.14 × 10⁻⁵ cm/s, 3.06 × 10⁻⁶ cm/s, and 8.33 × 10⁻⁷cm / s,分别。由于耕作，表层土壤结构松散，渗透性好。无表土的盐碱土平均渗透系数仅为1.95 × 10⁻⁶cm/s，根据水利水电工程地质勘察规范，透水性属于微渗透水或极微渗透水[24.］．

３．２．当地盐碱土的孔隙度

为了分析局部盐碱土壤的孔隙率，通过PM-33-18全自动自动汞侵入孔隙测定法，通过LGJ-12N液氮真空冷冻干燥机制备土壤标本。

3.2.1。体积比孔隙

孔的体积比是阶段累积汞侵入和完全累积汞侵入的比率，以及表面层中土样品孔的体积比，深度为10,20,30,40,50和60cm区域盐碱土壤如表所示1．

孔径均不大于2的孔的平均体积比μ.M是86.25％，表面土壤的较低，较低，局部盐碱土壤的孔主要用微孔和超微孔构建。也就是说，骨髓孔隙和腔内毛孔是主体[25.];因此，渗透性可能极为弱。

3.2.2。空白比率

通过使用汞侵入孔隙测定法，在表中显示在0,10,20,30,40,50和60cm深度处的局部盐碱土壤的空隙率2．

除了表面土壤的空隙率外，由于农业的较高，空隙率越大，高达60厘米，但几乎不超过0.500。

３．３．当地盐碱土的干密度

局部盐碱土的干密度分布与孔隙比分布呈耦合关系，见表3.．

除表层土壤干密度因耕作而降低外，表层土壤干密度随埋深至60 cm而降低，但均在1.600 g/cm以上^3.．

3．4．盐碱土的矿物组成

通过使用TD-3500 X射线衍射仪研究局部盐碱土壤的矿物成分，如表所示4．

由于粘土矿物中伊利石、高岭石和绿泥石的平均比例仅为12.24%，研究区盐碱土不具有典型的粘土矿物性质;也就是说，粘土矿物并不是盐碱土透水性差的主要原因。

3．5．盐碱土结构紧凑

通过液氮真空冷冻干燥方法制备土壤样品并由IB-5离子溅射仪加工，在0,10,20,30,40,50和60的深度扫描局部盐碱土壤的图片 cm have been received by FEI Quanta250 high- and low-vacuum scanning electron microscope in the US. Scanning pictures enlarged 1000 times are shown in Figure2．

在微观空间上，局部盐碱土可能结构致密，透水性极弱，其中表层土壤发育程度较低。渗水通道主要依靠局部盐碱土，特别是表土轻微发育的裂隙;因此，它不应该有典型的交流。

4.局部盐碱土地表径流机理及水盐迁移规律

在黄河三角洲盐碱土壤的研究领域，2018年7月至12月的天气主要是多云，因此由于地面蒸发而恢复到大气中的降水量很少。由于其相对显影的裂缝，松散的结构，孔隙和透过渗透性，表面土壤易于形成饱和层。由于结构紧凑，骨折和弱渗透性，土壤的其他部分不会呈现典型的交互。在研究期间，随着大雨的降雨，随着较大的降雨量增加了表面径流系数的每个饱和状态。因此，表面径流模式是垂直层上方的斜率流动，而不会混溶流。

如果中下盐碱土壤和低级盐碱土壤的渗透性非常弱，水无法将盐携带到更深的区域。然而，如果在饱和状态下遇到大雨，则表面土壤将立即产生表面径流，这将与盐一起迁移。

5.局部盐碱土排盐工程模型

由于表层土壤饱和后会产生地表径流，而其他部分可能结构紧凑、渗透性差、缺乏中流，因此针对局部盐碱土，建立以地表径流为主，辅助入渗，无中流的排盐工程模型。其中开口坡度设计为3 ~ 5‰，如图所示3.．表面土壤中的盐将通过表面径流传递到开放间距，这将显着降低其盐含量。

6.当地盐碱土含盐量的分布

6．1.当地盐碱土含盐量与电导率的关系

采样84种盐碱土壤标本，深部位为0至1000 mm，3次进行（2018.08.13; 2018.11.07〜11.08; 2018.11.30~12.01）;使用干燥方法测定42个样品的盐含量;盐含量和电导率之间的关系如图所示4．

等式（1)是通过拟合当地盐碱土的含盐量与电导率的关系来建立的，在此基础上，其他土样只需通过电导率的测试来确定其含盐量:

式中，相关系数为0.9967，y是含盐量(%)，和x为电导率(mS/mm)。

6.2。盐含量与局部盐碱土壤深度的关系

在实验的基础上，测量了样品的含盐量，建立了含盐量与盐碱土深度的关系，如图所示5．

局部盐碱土含盐量随土层深度的增加而降低，当深度达到60 cm时趋于稳定;因此，露天沥青等排盐工程的深度应大于60cm。

7.盐料模型的工程应用

开放间距的设计深度为60厘米，用于验证储盐工程模型的应用有效性，如图所示6．

7.1。盐碱地中下部盐含量低且稳定

在学习期间盐碱土壤中下部和下部区域的盐含量较低，稳定（图5)，指出降雨不能产生典型的入渗和汇流，因此对土壤没有排盐作用。同时，验证了盐碱土中下部结构紧凑、渗透性差，具有辅助入渗、无中流机制的排盐工程模型较为合适。

7.2。表面土壤中的盐含量显着降低

对应于来自国家降雨量的日本降雨量的分布（2018年，山东省东营市，中国），3次采样日期和2次饱和土壤日期的饱和土壤日期被标记，如图所示7．

通过逐日降雨分析发现，当地盐碱土在2018年7 - 12月出现了2次地表饱和状态(8月13日之前和8月30日之前)，每次都伴有强降雨，是产生地表径流的充分和必要条件。表层盐碱土样品含盐量显著降低(图1)5）在饱和土层的表面径流动作2次后。显而易见的盐液效果验证表面盐碱土壤具有宽松的结构，渗透性和发育孔隙，以及主要考虑表面径流的盐排放工程模型是可矫正的。

7.3。表面径流主导的盐放电模型的辅助证据

在图中7，第2日至第3日采样周期为23天(2018.11.08-2018.11.30)，降水仅23 mm，不集中。显然，这一时期没有地表径流，两种土壤样品的含盐量差异非常小(图)5)，间接证明了地表径流是排盐方法的决定因素，该排盐工程模型适用于局部盐碱土的管理。

8.主要结论

（1)黄河三角洲地区局部盐碱土结构特征为结构致密，裂缝微发育，以微孔、超微孔为主，孔隙比低，干密度高，缺乏粘土矿物，微渗透和极微渗透水。(2）局部盐碱土地表径流模式为饱和层上坡流，无混相流;因此，表层土壤中的盐分会被地表径流带到露天沥青中，而其他部分的盐分不能迁移。（3）考虑到主要表面径流，辅助渗透和基于结构特征，表面径流机制和水盐迁移，建立了盐排放工程模型。（4）局部盐碱土区试验样品含盐量随深度的增加而降低，露天沥青排盐工程的深度不应超过60 cm。(5）降雨与含盐量的关系表明，中下部土壤含盐量较低且稳定。在盐碱土表面，经过两次地表径流后，含盐量显著降低，且在没有地表径流的情况下，含盐量没有变化，直接或间接证明了该排盐工程模式适用于局部盐碱土的治理。

数据可用性

用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

本研究得到了山东省重点发展计划项目(批准号:20081010901)的资助。基金资助:国家自然科学基金资助项目(no. 2018GNC110023);51574156)，谨此致谢。

参考

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