初始含水率对土壤中原油入渗的影响.pdf

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1、第26卷第3期2010年3月农业工程学报TransactionsoftheCSAEV-oJ．26No．3Mar．20lO9初始含水率对土壤中原油入渗的影响张博闻1，邵明安1，2※(1．西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点试验室，杨凌712100：2．中国科学院水利部水土保持研究所，杨凌712100)摘要：为确定土壤初始含水率对原油在土壤中入渗的影响，该文利用3种土壤，根据设定不同初始含水率进行配置，开展土柱模拟试验，研究了不同初始含水率条件下原油在土壤中的入渗。试验结果表明：对于同一质地十壤，随着初始含水率的增加，原油在土壤中入渗的湿润距离和湿润推进速率均增加。原油在土壤中的入

2、渗与土壤粉粒含量密切相关，当土壤初始含水率较低时，不同质地土壤，粉粒含量越高，原油在土壤中入渗越慢；随土壤深度增加，土壤中原油残留物的含量呈波动递减趋势；原油在土壤中入渗的湿润距离随时间的变化可用对数函数拟合，湿润推进速率与时间的关系可用KostiakOV公式拟合。关键词：土壤，入渗，含水率，原油doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．03．002中图分类号：x5文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010卜03-0009-05张博闻，邵明安．初始含水率对土壤中原油入渗的影响[J]．农业工程学报，2010，26(3)：9—13．ZhangBowen，Sha

3、oMing’蛐．Effectofinitialsoilwatorcontent0ncrudeoilinfiltrationintosoils[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(3)：9--13．(inChinesewithEnglishabstract)0引言随着中国能源需求的增长，石油工业迅猛发展，在其开采、提炼和输送过程中，原油通过各种途径进入大气、水体、土壤，造成环境污染的可能性越来越大，由于管理不当引发的土壤污染已给我们的生存环境带来压力。据估计，中国有500万hm2的土壤被原油污染【l】，占国土面积的0．52％。其中，严重污染地区土壤中石油类物质质量

4、分数可达到10000mg／kg[21。由于原油中高毒性、脂溶性、难降解和易生物放大等特点的各种有机污染物富集在土壤中，影响土壤通透性和土壤养分的释放，使土壤综合肥力下降，降低作物产量，严重时还威胁到地下水的质量，致使原油中的有害物质进入人体，而确定地下污染区域是任何修复的前提【3】。基于此，研究原油在土壤中的入渗过程可以了解原油在土壤中的运移机制和对过程进行预报。土壤的性质和状态影响原油在土壤中的入渗。例如，土壤的含水率影响土壤的物理化学过程，包括土壤水的入渗、再分布和蒸发，它对土壤微生物的呼吸作用【4】和土壤水的转化也有影响pJ。可以推断：原油作为一种溶质在土壤中的入渗势必受到土壤初始含水

5、率的影响。原油是多种有机物组成的混合物。当原油接触土壤收稿日期：2009-09-08修订日期：2009．12．17基金项目：教育部“长江学者和创新团队发展计划”(批准号：IRT0749)；中科院“创新团队国际合作伙伴计划”(流域水土过程模拟研究)资助作者简介：张博闻(1985一)，女，内蒙古人，从事土壤物理方面的研究。杨凌西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，712100。Emaih吐angbw@yahoo．com．cn※通信作者：邵明安(1956一)，男，湖南常德人，研究员，博士生导师，从事七壤物理研究。杨凌中国科学院水利部水土保持研究所，712100。Email：ma

6、shao@ms．iswc．ac．cn后，主要通过2种方式进入环境：1)通过入渗进入土体；2)通过挥发进入大气。当原油进入土壤中，土壤内部存在着气态和液态的水和油以及固态土壤颗粒，因此原油在土壤中的入渗属于多孔介质中的多相流问题。随着入渗的进行，一部分易挥发组分散逸到空气中。原油中各组分挥发情况各不相同，大多数组分挥发速率随时间呈对数函数递减【6】。关于有机污染物在土壤中的入渗研究也有一些报道。I．everett最初通过土壤中两相流确定毛细管力、饱和度和压力的关系【71。vanDam将非水相流体(NAPLs，non—aqueousphaseliquids)理想化为活塞流描述其在土壤中的运移过程

7、【8】。当原油入渗到土壤中后，大部分原油集中在O～30cm的表层土壤【9‘131。为了模拟地下水位较浅，上部有非饱和区的有机物入渗情况，Oostrom等利用双能伽马射线扫描仪研究了重质非水相流体(DNAPLs，denseNAPLs)四氯化碳在均质、部分被水饱和的沙柱中的入渗和再分布，结果表明，四氯化碳开始均匀入渗，到达饱和区形成指状【141。此外，还有学者研究了在原油中添加其他溶质对于入渗的影响。Adam研究