小浪底引黄工程灌区土壤腐蚀性分析

渠继明

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 序言

随着国民经济的发展，地下金属管网应用越来越多，与之相对应的地下管网的腐蚀问题随之增多，金属管网腐蚀造成的损失巨大，因此对金属腐蚀程度的评价和有效防护对经济建设具有重要的现实意义。

环境对金属管网的腐蚀主要包括水对金属管网的腐蚀和土对金属管网的腐蚀，下文通过测定土壤电阻率、土壤氧化还原电位、土壤pH值、极化电流密度、标准质量损失等参数对土壤的腐蚀性进行综合评价。

2 测试方法及技术

2.1 土壤电阻率测试

测试仪器采用ZC-8型电阻测量仪，将4支探针按直线等距离排布插入土中，使两相邻探针的距离等于欲测土层的深度a，探针插入深度应为0.05 a，将测试仪器水平放置好，调整检流计指针使之在中心线上，再将仪器导线按顺序接在电极上，将倍率尺置于最大倍数上，摇动仪器手柄，同时转动测量标度盘和倍率钮，当指针接近平衡位置时，加快摇动速度，使其大于120 r/min，调整标度盘，使其指针在中心线上，即可记录数据，测试结果可得地表至a深度处的电阻率。在进行上述测量的同时测量土的温度。

土的电阻率ρ按下式计算：

式中：ρ——土的电阻率，Ω·m；

A——两探针之间的距离，m；

R——ZC-8型电阻测量仪读数。

土的温度对电阻率有较大影响，土的温度每增加1℃，电阻率减少2%。为便于对比，ρ值统一校正至15℃。校正公式为 ρ15=ρ[1+α（t-15）]，其中 ρ15为土壤温度为15℃时的电阻率值，α为温度系数，一般取2%；t为实测土的温度（指0.5m以下的土温）。

由于土壤在垂向上的不均匀性，导致不同深度土的电阻率差异较大，因此需要计算结构物埋置深度处的电阻率。计算公式为：

式中：ρ(a-b)——结构物埋置深度处的电阻率；

ρa——从地表到a深度处的电阻率；

ρb——从地表到b深度处的电阻率；

Ra——探针间距为a（m）时的仪表读数；

Rb——探针间距为b（m）时的仪表读数。

2.2 土壤pH值测试

土壤pH值是固相的土与其平衡的土溶液中氢离子的负对数，是表示土的活性酸度的一种方法。土壤pH值采用原位测试法，以锥形玻璃电极为指示电极，饱和氯化钾甘汞电极为参比电极，在预定深度插入参比电极，插入深度不小于3 cm，以参比电极为中心，在以20 cm为半径的圆周上，按5等分插入指示电极，插入深度与参比电极相同。测试后，取各点pH值的算术平均值作为该土层的pH值。

2.3 土壤氧化还原电位测试

氧化还原电位采用原为测试法，氧化还原电位Eh由标准电位E0和氧化甘剂与还原剂的活度决定。测定方法以铂电极为指示电极，饱和氯化钾甘汞电极为参比电极进行测试。操作方法与测定pH值时基本相同，但电极插入土中要平衡1 h。

2.4 标准质量损失测试

标准质量损失为室内扰动土的试验项目，采用管罐法。具体试验方法如下：取钢铁结构物或普通碳素钢，加工成一定规格的钢管，埋置于盛试验土样的铁皮罐中，钢管用导线连接直流电正极，铁皮罐用导线连接直流电负极，加6 V电压使其电解24 h，求电解后钢管损失的质量。

2.5 土壤极化电流密度测试

极化电流密度采用原位测试法，测试时将两电极的光洁金属面相向平行对立，间距5 cm，插入土中，插入深度不小于3 cm，将土稍压，使电极金属面与土紧密接触。将仪器正极和负极上的导线分别连接在两个电极上，开始时给仪器一个低电流，5 min后仪器显示极化电位差ΔE的数值，然后逐步增大电流，则得到相应的极化电位差，当ΔE达到600 mV时，测试完毕。

3 应用实例

小浪底引黄工程灌区及工业和城镇生活供水主要位于运城市东部的垣曲、闻喜、绛县、夏县及盐湖区。主体工程源于垣曲县境内中条山南麓的黄河左岸，经中条山至闻喜县境内的吕庄水库。包括垣曲灌区、涑水灌区、南垣灌区和吕庄水库灌区四部分，涉及垣曲、绛县、闻喜和夏县，设计灌溉面积4.239万hm2，为大（二）型灌区。灌区海拔高程300～730m，高差超过300m，地形起伏较大。灌区范围内需新建约35条412.8 km的灌溉管道。

由于该输水线路较长，各区域土层物性特征较为复杂，为满足输水管线施工设计的要求，需对小浪底引黄工程灌区输水管道沿线的土壤腐蚀性进行测试，以评价土壤对钢结构等材料的腐蚀性。

4 测试成果及评价

4.1 土壤腐蚀性测试成果

本次土壤腐蚀性测试的参数为土壤电阻率、土壤氧化还原电位、土壤pH值、极化电流密度、标准质量损失测试，其中土壤电阻率在地表进行，标准质量损失为室内扰动土的试验项目，极化电流密度取原状试样进行测试，土壤氧化还原电位、土壤pH值在竖井内测试。根据需要分别在垣曲灌区、涑水灌区、南垣灌区、吕庄水库灌区各测试1个点，共完成4个点的土壤腐蚀性测试。测试成果见表1。

表1 小浪底引黄工程灌区工程土壤腐蚀性测试成果表

4.2 土壤腐蚀性评价

根据《岩土工程勘察规范》中土的腐蚀性评价标准，对按试验指标对应评价标准评价的腐蚀等级不同时，应按下列规定综合评定：腐蚀等级中，只出现弱腐蚀，无中等腐蚀或强腐蚀时，应综合评价为弱腐蚀；腐蚀等级中，无强腐蚀，最高为中等腐蚀时，应综合评价为中等腐蚀；腐蚀等级中，有一个或一个以上为强腐蚀时，应综合评价为强腐蚀。根据以上规定，对土的腐蚀性进行单项评价及综合评价。

4.2.1 土壤电阻率

本次测试土壤电阻率4个点，土壤电阻率值介于20～50 Ω·m之间，依据土对钢结构腐蚀评价标准，4个点全部属于中等腐蚀性。

4.2.2 土壤pH值

本次测试土壤pH值4个点，土壤pH值介于7.0～8.0之间，依据土对钢结构腐蚀评价标准，4个点全部属于微腐蚀性。

4.2.3 土壤氧化还原电位

本次测试土壤氧化还原电位4个点，土壤氧化还原电位均大于400 mV，依据土对钢结构腐蚀评价标准，4个点全部属于微腐蚀性。

4.2.4 标准质量损失

本次测试标准质量损失4个点，TJ12s-11点的标准质量损失小于1 g，属微腐蚀性，其余3个测点的标准质量损失介于1～2 g之间，属弱腐蚀性。

4.2.5 极化电流密度

本次测试极化电流密度4个点，TJ12n-13（南垣灌区）与TJ12s-11（涑水灌区）测点的极化电流密度介于 0.02～0.05 mA/cm2之间，属弱腐蚀性；TJ12y-13（垣曲灌区）与TJ12l-20（吕庄灌区）测点的极化电流密度介于0.05～0.20 mA/cm2之间，属中等腐蚀性。

根据上述土壤腐蚀性评价标准，对土壤腐蚀性进行综合评价可知，4个点全部为中等腐蚀性。

5 结语

土壤腐蚀性指标中，土壤的电阻率、极化电流密度等指标与土壤的含水率有直接关系，而土壤的含水率随着季节的不同而有所变化，且与测试前的降水情况等有关，故土壤的电阻率、极化电流密度等指标会随着季节的不同以及测试前的降水情况有所变化，因此应对测点进行不同季节电阻率及极化电流密度等指标的测试，经分析对比变化规律作出综合评价。