滄州沿海地區土壤鹽漬化分布及工程地質特征研究

丁玉蓉，劉有才 (河北省水文工程地質勘查院，河北石家莊 050021)

鹽漬化是指在海潮的浸漬或含鹽地下水的影響下，土壤含鹽量增加(超過0.3%)的過程；一般用100 g土中所含可溶性鹽類的總量(或稱全鹽量)來衡量土壤的鹽堿化程度。由于鹽漬土特殊的物化性質及工程地質特征，對植物生長及工程建設帶來巨大的危害。研究沿海地區土壤鹽分的時空分布規律及變異特征，對于查明鹽漬化成因、土體質量改良及鹽漬土區工程施工具有重要意義。

目前國內外研究資料顯示，關于土體鹽漬化程度的研究注重水平方向的研究，且主要集中在淺表地層中，側重于鹽漬土分布特征改良技術，使土壤實現農業或生態利用。對以工程建設為目的的深部地層土壤鹽漬化地基鹽分空間動態變化規律等方面的研究較少。筆者在搜集整理區域大量勘查資料的基礎上，應用地統分析及GIS空間數據處理相結合的方式，從水平、垂直2個維度在濱海地區開展鹽漬土地基鹽分動態變化特征及腐蝕性特征研究，對滄州沿海地區工程地基建設及環境工程地質災害防控具有重要意義。

1 資料與方法

研究區地處華北平原東部的黑龍港流域，包括河北省滄州市黃驊市、海興縣2個縣級行政單元，地勢平坦、多洼淀，自西南向東北略傾斜，坡降1/8 000～1/1 500，地面標高以1.0～4.0 m為主。根據區域地形特征與成因類型，將研究區劃分為2個地貌類型區，即沖積平原區、沖海積海積平原區。沖積平原區位于研究區西部，地勢低洼，海拔多小于6 m，局部形成季節性積水洼淀，故河道微高地、泛濫坡平地、泛濫洼地呈北東向條帶狀相間分布。沖海積海積平原區分布于研究區東部地區，屬古黃河、現代海河水系及海相沉積為主的海陸交互沉積區，地勢低平、“九河下梢”，人工渠網密布，一般年份溝內有水，境內的洼地小區地勢低洼，雨季積水連片，多數為鹽堿地，植被稀疏。

此次土體測試指標為易溶鹽，包括Cl、SO、CO、HCO、Ca、Mg、Na、K，由測試結果可知，區內土壤pH為7.5～9.0，為弱堿性-堿性土壤，根據《巖土工程勘察規范》(GB 50021—2001)，研究區鹽漬土類型主要為氯鹽漬土及亞氯鹽漬土。

選取5個典型鉆孔全鹽量統計，其中ZK25最大值為15 837.67 mg/kg，最小值為4 367.65 mg/kg，是5個鉆孔中全鹽量變化幅度最大的，其他鉆孔變異系數相對較小，為0.29～0.43，詳見表1。

將采集的鹽漬土的分布數據、腐蝕性評價數據進行規范化處理，生成點文件，再利用ArcGIS軟件中地理分析工具進行等值線生成，再結合實際地形地貌特征，調整分區，形成鹽漬化曲線圖、腐蝕性評價圖。

2 結果與分析

水平分布規律。該研究區鹽漬土主要為濱海鹽漬土，鹽漬土形成受氣候、河流水文、地形地貌、水文地質條件及海侵等綜合因素影響，具有平面不連續性及不均勻性，鹽分主要聚集在地勢低洼路段及透水性差的路段，組分以氯化物為主。

鹽漬土的分布表現為垂直于海岸線方向向內陸方向逐步弱化的趨勢，近幾年受自然氣候條件、水資源的不合理利用以及海侵的影響，土壤鹽漬化現象局部地段有增加的趨勢。

埋深0～1 m，全區廣泛分布有鹽漬土，鹽漬土區占該埋深土層總面積的80%，主要類型為弱鹽漬土、中鹽漬土。其中，弱鹽漬土占60%，分布在研究區的中北部以及南部；中鹽漬土占20%，主要分布在研究區北部以及東部，包括齊家務鄉、呂橋鎮、羊三木回族鄉、小山西南部等區域。

表1 鹽漬土全鹽量分布特征Table 1 Distribution characteristics of total salinity in saline soil

埋深1～2 m對比埋深0～1 m，鹽漬土面積有所減少，鹽漬土區占該埋深土層總面積的55%，主要減少區域分布在海興縣東部沿海及黃驊市齊家務一帶。其中，弱鹽漬土區占40%，分布在黃驊市中南部、北部以及零星分布在海興縣中東部；中鹽漬土占15%，主要分布在研究區北部和東部(圖1a)。

埋深2～3 m對比埋深1～2 m，鹽漬土區面積有所增大，占該埋深土層總面積的85%。其中，弱鹽漬土占55%，分布在研究區的中部和北部，南部地區零星分布，包括黃驊市城區及周邊區域、中捷產業園區及渤海新區；中鹽漬土占30%，主要分布在官莊鄉、呂橋鎮、南大港以及南排河地區。

埋深3～4 m，鹽漬土區占該埋深土層總面積的70%。其中，弱鹽漬土約占60%，主要分布在研究區的北部和東部，包括黃驊市城區及東部區域、中捷產業園區、渤海新區及海興縣城區東部區域；中鹽漬土約占10%，主要分布在呂橋鎮西北部區域，零星分布在南部區域(圖1b)。

埋深4～5 m，鹽漬土區占該埋深土層總面積的60%。其中，弱鹽漬土占40%，主要分布在研究區的中北部、南部區域，包括黃驊市城區及周邊區域、中捷產業園區及渤海新區；中鹽漬土占20%，主要分布在研究區的北部，如齊家務鄉、呂橋鎮、南大港、羊三木回族鄉等區域。

圖1 1～2 m(a)和3～4 m(b)鹽漬化程度分區Fig.1 Zoning of 1-2 m(a)and 3-4 m(b)salinization degree

垂直分布規律。研究區由于海相層的存在和地下水的溶解、溶濾作用，使介質中的易溶鹽分不斷進入地下水中，再經過蒸發濃縮，大量鹽分積聚于海相層上部，成為鹽漬土的富集地，含鹽量隨之增加。從圖2可以看出，區內鹽漬土垂直分布規律為隨著深度的增加，全鹽量相應波動，從表層到第二海相層底部均為鹽漬土。ZK57淺表含鹽量偏高，反映出毛細水作用的結果，而在農田耕作區等其他地區由于挖溝排鹽，淺部含量偏低，反映出淋濾排鹽的特征。全鹽量垂向變化特征為陸相沉積段全鹽量較小，海相沉積段全鹽量較大，曲線呈波狀振動。

圖2 全鹽量與土層深度的關系Fig.2 Relationship between total salt content and soil depth

區域鹽漬土鹽組分較為復雜，主要以Na、Cl、SO、HCO、Ca、Mg為主，隨著全鹽量的增大而增大。SO變化相對較小，說明其與全鹽量的相關性較差，區域鹽漬土全鹽量及化學性質主要受Na、Cl控制(圖3)。土壤pH是評價土壤鹽漬化程度的一個重要指標，對土壤氧化還原作用、沉淀溶解、吸附、解吸和配合反應起到支配作用，區域土壤pH與含鹽量及大部分土壤可溶性鹽離子間呈現極顯著負相關。

圖3 ZK26全鹽量與主要離子的關系Fig.3 Relationship between total salt content of ZK26 and main ions

鹽漬土具有轉化成鹽脹、翻漿、腐蝕的工程特性，其中腐蝕是主要的環境工程地質問題。鹽漬土對鋼筋、混凝土等建筑材料均具有一定的腐蝕性。氯離子是鹽漬土中起主要腐蝕作用的離子，氯離子與水、鐵元素會發生電化學腐蝕，生成氯化亞鐵，鐵離子再與氧氣結合形成氧化物，即通常的鐵銹。隨著時間的推移，在氯離子的作用下鐵受腐蝕量越來越大。

該研究在研究區內按不同深度分別采取土壤可溶鹽樣品進行分析測試。根據測試結果分析，按照該鉆孔在垂向上土壤腐蝕性最強的等級定義該鉆孔腐蝕性等級。

混凝土結構的腐蝕性評價。研究區0～20 m土體對混凝土結構的腐蝕性存在微腐蝕性、弱腐蝕性、中腐蝕性、強腐蝕性4種類型。微腐蝕性主要分布在海興縣大部地區；弱腐蝕性分布在黃驊市南部和東部，齊家務鄉、官莊鄉、滕莊子鄉、常郭鎮、舊城鎮，在海興縣呈零星分布；中腐蝕性分布在黃驊市城區—羊三木回族鄉—呂橋鎮一帶以東、渤海新區以北區域；強腐蝕性分布較少，主要分布在黃驊市城區—中捷產業園區以北及渤海新區北部區域。分布詳情見圖4。

圖4 鹽漬土對混凝土結構腐蝕性的影響Fig.4 Effect of saline soil on the corrosion of concrete structure

鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性評價。研究區0～20 m土體對鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性存在弱腐蝕性、中腐蝕性、強腐蝕性3種類型。弱腐蝕性呈片狀分布在黃驊市西部，官莊鄉、舊城鎮及海興縣西北部；中腐蝕性全區廣泛分布；強腐蝕性主要分布在黃驊市東北部、中捷東南部。分布詳情見圖5。

圖5 鹽漬土對鋼筋混凝土結構中鋼筋腐蝕性的影響Fig.5 Effect of saline soil on the corrosion of steel bars in reinforced concrete structures

3 結論與建議

研究區鹽漬土廣泛存在，鹽漬土類型以氯鹽漬土及亞氯鹽漬土為主，按含鹽量劃分本區主要為弱鹽漬土、中鹽漬土區兩類。土體鹽漬化程度水平向垂直于海岸線方向向內陸方向逐步弱化的趨勢，在垂向上土壤鹽分剖面特征表現出波狀振動類型。混凝土腐蝕性評價結果顯示，0～20 m土體對混凝土及鋼筋混凝土均有不同程度的腐蝕性。

鹽漬土工程防治應因地制宜，針對本區特點，提出治理及防護措施如下：①鹽漬土地區混凝土施工要提高耐久性，必須加強混凝土及鋼筋抗氯離子腐蝕的能力，保持混凝土的高堿度，提高混凝土的密實度，增強抗滲能力。可通過摻入少量粉煤灰提高抗滲性，減少熱開裂；摻入減水劑，降低水灰比，增加密實度；必要時再加入一定的防腐劑。②加強工程地基排水，通過明溝、暗管等途徑，降低地下水位，增加土壤中鹽分的排放；也可建立垂直(豎井)排水，降低工程建設區地下水位。③針對濱海地區鹽漬土分布范圍廣、等級較大的特點，加強鹽漬土清表厚度：非鹽漬土段落清除表土30cm，弱鹽漬土段落清除表土40～60 cm，中鹽漬土段落清除表土60 cm，強鹽漬土段落清除表土60～80 cm，填筑非—弱鹽漬土至路床底部設計標高。