初始含水率對土壤中原油入滲的影響.pdf

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1、第26卷第3期2010年3月農(nóng)業(yè)工程學報TransactionsoftheCSAEV-oJ．26No．3Mar．20lO9初始含水率對土壤中原油入滲的影響張博聞1，邵明安1，2※(1．西北農(nóng)林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點試驗室，楊凌712100：2．中國科學院水利部水土保持研究所，楊凌712100)摘要：為確定土壤初始含水率對原油在土壤中入滲的影響，該文利用3種土壤，根據(jù)設(shè)定不同初始含水率進行配置，開展土柱模擬試驗，研究了不同初始含水率條件下原油在土壤中的入滲。試驗結(jié)果表明：對于同一質(zhì)地十壤，隨著初始含水率的增加，原油在土壤中入滲的濕潤距離和濕潤推進速率均增加。原油在土壤中的入

2、滲與土壤粉粒含量密切相關(guān)，當土壤初始含水率較低時，不同質(zhì)地土壤，粉粒含量越高，原油在土壤中入滲越慢；隨土壤深度增加，土壤中原油殘留物的含量呈波動遞減趨勢；原油在土壤中入滲的濕潤距離隨時間的變化可用對數(shù)函數(shù)擬合，濕潤推進速率與時間的關(guān)系可用KostiakOV公式擬合。關(guān)鍵詞：土壤，入滲，含水率，原油doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．03．002中圖分類號：x5文獻標識碼：A文章編號：1002—6819(2010卜03-0009-05張博聞，邵明安．初始含水率對土壤中原油入滲的影響[J]．農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26(3)：9—13．ZhangBowen，Sha

3、oMing’蛐．Effectofinitialsoilwatorcontent0ncrudeoilinfiltrationintosoils[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(3)：9--13．(inChinesewithEnglishabstract)0引言隨著中國能源需求的增長，石油工業(yè)迅猛發(fā)展，在其開采、提煉和輸送過程中，原油通過各種途徑進入大氣、水體、土壤，造成環(huán)境污染的可能性越來越大，由于管理不當引發(fā)的土壤污染已給我們的生存環(huán)境帶來壓力。據(jù)估計，中國有500萬hm2的土壤被原油污染【l】，占國土面積的0．52％。其中，嚴重污染地區(qū)土壤中石油類物質(zhì)質(zhì)量

4、分數(shù)可達到10000mg／kg[21。由于原油中高毒性、脂溶性、難降解和易生物放大等特點的各種有機污染物富集在土壤中，影響土壤通透性和土壤養(yǎng)分的釋放，使土壤綜合肥力下降，降低作物產(chǎn)量，嚴重時還威脅到地下水的質(zhì)量，致使原油中的有害物質(zhì)進入人體，而確定地下污染區(qū)域是任何修復的前提【3】?；诖?，研究原油在土壤中的入滲過程可以了解原油在土壤中的運移機制和對過程進行預報。土壤的性質(zhì)和狀態(tài)影響原油在土壤中的入滲。例如，土壤的含水率影響土壤的物理化學過程，包括土壤水的入滲、再分布和蒸發(fā)，它對土壤微生物的呼吸作用【4】和土壤水的轉(zhuǎn)化也有影響pJ?？梢酝茢啵涸妥鳛橐环N溶質(zhì)在土壤中的入滲勢必受到土壤初始含水

5、率的影響。原油是多種有機物組成的混合物。當原油接觸土壤收稿日期：2009-09-08修訂日期：2009．12．17基金項目：教育部“長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”(批準號：IRT0749)；中科院“創(chuàng)新團隊國際合作伙伴計劃”(流域水土過程模擬研究)資助作者簡介：張博聞(1985一)，女，內(nèi)蒙古人，從事土壤物理方面的研究。楊凌西北農(nóng)林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室，712100。Emaih吐angbw@yahoo．com．cn※通信作者：邵明安(1956一)，男，湖南常德人，研究員，博士生導師，從事七壤物理研究。楊凌中國科學院水利部水土保持研究所，712100。Email：ma

6、shao@ms．iswc．a(chǎn)c．cn后，主要通過2種方式進入環(huán)境：1)通過入滲進入土體；2)通過揮發(fā)進入大氣。當原油進入土壤中，土壤內(nèi)部存在著氣態(tài)和液態(tài)的水和油以及固態(tài)土壤顆粒，因此原油在土壤中的入滲屬于多孔介質(zhì)中的多相流問題。隨著入滲的進行，一部分易揮發(fā)組分散逸到空氣中。原油中各組分揮發(fā)情況各不相同，大多數(shù)組分揮發(fā)速率隨時間呈對數(shù)函數(shù)遞減【6】。關(guān)于有機污染物在土壤中的入滲研究也有一些報道。I．everett最初通過土壤中兩相流確定毛細管力、飽和度和壓力的關(guān)系【71。vanDam將非水相流體(NAPLs，non—aqueousphaseliquids)理想化為活塞流描述其在土壤中的運移過程

7、【8】。當原油入滲到土壤中后，大部分原油集中在O～30cm的表層土壤【9‘131。為了模擬地下水位較淺，上部有非飽和區(qū)的有機物入滲情況，Oostrom等利用雙能伽馬射線掃描儀研究了重質(zhì)非水相流體(DNAPLs，denseNAPLs)四氯化碳在均質(zhì)、部分被水飽和的沙柱中的入滲和再分布，結(jié)果表明，四氯化碳開始均勻入滲，到達飽和區(qū)形成指狀【141。此外，還有學者研究了在原油中添加其他溶質(zhì)對于入滲的影響。Adam研究