基于粘性土分散性理论的地表水浑浊机理分析

毛会永(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

基于粘性土分散性理论的地表水浑浊机理分析

毛会永
(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

通过研究区内土体的基本物理特性、粘性土的主要矿物成分、化学成分和区内孔隙水的化学成分，对比区内土体和分散性粘性土的相似处，利用粘性土分散性理论，分析了地表水混浊的机理，利用分散性粘性土的治理工程经验，借鉴运用到地表水混浊的治理上来，给地区水环境治理提供了一个新的思路。

粘性土分散性，矿物成分，地表水混浊，胶粒

派河小流域地质调查初判符合土体胶粒分散悬浮水中致水体混浊的特征[1]。

1 流域代表性土体的基本物理特征

1.1 基本物理特征

流域代表性土体为重～中粉质壤土，灰黄色～褐黄色，软塑～可塑，含钙质团块、铁锰质结核及灰白色粘土矿物，冲洪积成因为主，网状裂隙发育，层理较清楚，裂隙中具灰白色高岭土条带，天然含水量一般20～30%，液限值较高，粘粒及胶粒含量高。其基本物理特性详见表1。

1.2 粘性土中的矿物成分及化学成分

区内粘性土主要矿物成分包括蒙脱石、伊利石、高岭石、云母等，详见表2，其中高岭石4.6%～6.8%，蒙脱石3.5%～6.7%、伊利石占15%～22%，蒙脱石和伊利石矿物晶体不稳定，亲水性很强。

1.3 区内水化学元素

区内水体可分为浅层孔隙水和承压孔隙水，其化学元素统计分析详见表3。

表1 流域土体的基本物理特性

表2 土的主要矿物成分、化学成分基本分析表(%)

表3 流域水的主要矿物成分、化学成分基本分析表(mg/L)

2 粘性土的分散性理论

2.1 粘性土分散性理论的概念和应用

在静水或动水条件下，土体表面粘聚力大部分甚至全部消失，呈团聚体存在的颗粒体自行分散成原级土颗粒。其工程特性是抗冲蚀能力差，易造成堤坝管涌、路基失稳等，危害性很大，在工程上意义重要。

遇水分散是土的固有特征，一般土体均具有程度不同的分散性，但只有其分散性达到对工程建设产生了危害，才具有了工程意义，具备研究价值。利用粘性土分散性理论延展到具备重～轻微分散性的粘性土上，利用其分散机制和工程特性，借鉴其工程手段，运用到水环境治理领域。

2.2 粘土分散性的判别方法

国际上，分散性粘土的判别是随着水利工程建设的进展而发展的，目前常用的判别方法有双比重计法、针孔试验、碎块试验和孔隙水溶液试验等。

碎块试验，是一种较为典型的粘土分散性试验，它利用土的自然分散性，按密度、含水率等规范要求制成土方块，静置于蒸馏水中，观察胶体颗粒分散并进入悬浮状态的趋势。

针孔试验。试验结果主要是依据流出水的混浊程度进行判断[2]。

双比重计试验主要是加入分散剂来测定其分散度，孔隙水溶液试验是用粘土饱和孔隙水抽取液中的Na+同其他主要金属离子的相对数量评价粘土分散性程度的。

2.3 粘土分散性的分散机制及影响因素

分散性粘土遇水分散的特征是自身物理化学性质的综合体现且受外界因素影响，因此分散机制较复杂。

土体颗粒分散的原因是由于在低含盐量水中(或纯水中)离子间排斥力超过吸引力，土粒在介质作用下被分散带走。粘土颗粒表面常带负电荷，需吸附阳离子来平衡，由于分子热运动和浓度差，导致阳离子脱离界面而扩散。吸附与扩散共同作用，使得在粘土颗粒与水的界面周围阳离子呈扩散状态分布。

引力与斥力都是距离的函数，决定颗粒间的距离主要是双电层厚度，而影响双电层厚度的因素主要有粘土矿物成分、介质pH值、介质中阳离子种类和浓度等，即影响粘土分散性的因素至少包括了以上几种。

3 地表水混浊机理分析

地表水体混浊是周围土壤能够和水体发生物理、化学、交换吸附、水解等一系列反应的外在表现，其本质是土-水-电解质系统的交换，其载体是可以分散悬浮于水体中的土胶粒， 水中胶体本身不仅是污染物，而且是水中细菌、病毒等微生物的重要附着载体，土胶粒及吸附其上的污染物的多少进一步反映了水质的优劣程度。

4 混浊地表水的危害及工程处理措施

治理地表水混浊就是降低分散到地表水中的土胶粒含量，可借鉴分散性粘性土筑堤填坝工程经验。例如粘性土的抗冲蚀经验。通过工程措施，人为降低(或加大)水动力条件，避免土体分散或促使其沉淀净化。

设置反滤层是防治土体渗透破坏的一种有效措施，同样也可以应用到净化水质上来，利用铺垫级配砾石、复合土工膜物理过滤、铺设生态虑床，利用水动力学对地表水质净化，利用吸附预处理技术、强化过滤工艺、膜分离技术等进一步减少地表水中悬浮物，最终达到符合目标要求的地表水体。

5 结 语

(1)区内土体中含有大量胶粒，而胶粒土体一旦分散到水介质，则能够长时间悬浮其中。区内土体具有遇水混浊并长时间难以澄清的特性，亲水性很强。(2)通过现场判断和室内分析，本区粘性土具有分散性粘土的潜质，地表水体中混浊的悬浮物以分散到粘性土中的胶粒为主，是各类污染物的载体，成为地表水质恶化的重要因素。(3)利用粘性土分散性理论对地表水混浊机理进行分析，利用水动力学、化学改性、渗滤等措施解决地表水中悬浮物，给小流域水环境治理提供一些思路。

[1]王文健，张野，王立文.南引水库用分散性粘土筑坝的实践与经验[J].黑龙江水利，2002(2)：43-45.

[2]李兴国，许仲生.分散性土的试验鉴别和改良 [J].岩土工程学报，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

毛会永，大学，工程师，主要从事水利水电工程、环境工程的勘察技术和科研工作

X21

A

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

引用文献格式：毛会永.基于粘性土分散性理论的地表水浑浊机理分析[J].环境与可持续发展，2017，42(1)：172-173.