梅生成

(上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335)

徐圩新区应急备用水源工程地理位置临近黄海海岸，成陆时间较短，受海潮和海水型地下水的双重影响，该区域土质盐分高，其中尤其是氯离子含量高[1-2]。前期地勘资料显示，工程所在位置库底深度土层土壤含盐量大于1.5%，为盐化土壤，高盐土壤盐分释放将导致徐圩新区应急备用水源水体氯离子浓度超标，引起饮用水口感偏咸，并影响市政供水管网的稳定，也增加了大部分企业工业用水的前处理成本[3]。

同时，土壤高盐与水环境高盐是本工程生态净化系统构建的最重要限制因素[4-5]。地勘结果表明，工程区域地下水水位、库区设计开挖深度的土层及地下水盐度含量较高，Cl-浓度达到1500～4500 mg/L左右。高盐生环境会抑制水生植物的光合作用，还会对水生生物造成影响，从而对生态净化工艺中水生动、植物的群落构建造成较大的胁迫[6-9]。

关于滨海滩涂盐土修复，目前国内外已有较多的研究，并提出了物理、化学和生物改良等修复措施[10-11]。但这些研究均是基于滩涂盐土耕作种植的改良目标需求，以耕作层土壤改良和提高农作物耐盐性为主要研究对象，而对于滨海高盐地区湖库底部高盐土壤本底生境修复，特别是以滨海盐碱地湖库水体淡化为关注点的研究尚不多见。

因此，在资料查阅、现场小试的基础上，进行原位中试示范工程，深入分析土壤脱盐的关键控制参数，提出本试验方案，指导徐圩新区应急备用水源地库区建设过程中及建成后的脱盐工作，同时也为区域内其它湖库的脱盐提供技术支撑。

1 研究方法

1.1 试验布置

在室内模拟试验获取的脱盐关键参数基础上，通过控制变量等试验方法，进行野外原位的小规模小试及大规模中试研究，进一步验证试验结果参数，为徐圩库区脱盐提供更加科学可靠的数据支撑。

原位中试池平面布置在徐圩库区工程平面布置的基础上，按照1∶25的比例进行缩放，确定单个示范试验池的面积大致在3.5亩左右，示范工程试验池的形状、进出水口位置均与库区相同，且库底通过土壤换填，平铺50cm徐圩库区库底原位土层，增加示范工程中试试验研究的可参考性，原位中试试验池设计断面见图1。

1.2 试验方法

通过现场取样的方式，监测分析各点位水质和底泥理化性质指标，同时观察记录周边水生植物和水生动物等生态环境现状。底泥样品的分析指标包括土壤全盐量、Cl-、土壤电导率、pH值、含水率、粒度共六项指标。水质的分析指标包括水温、CODMn、氮磷指标、全盐量、Cl、pH值共9项指标，底泥及水体监测方法见表1。

图1 原位中试试验池设计断面图

表1 底泥及水体监测方法

2 结果与讨论

2.1 换水脱盐量变化分析

原位中试库底换填厚度50cm含盐量2%左右的库底原位土，采用手扶式拖拉机进行旋耕，翻耕深度15cm，脱盐水深30cm。原位中试池面积大约3.5亩，共进行10轮搅拌换水脱盐，总用水量 6174m3。

在原位中试旋耕搅拌脱盐中，原水的氯离子浓度较高，达到2200mg/L以上，脱盐初期的前5轮搅拌换水，氯离子浓度快速下降，随后土壤盐分释放缓慢，水体氯离子浓度和旋耕脱盐次数呈幂指数关系，。至完成10轮搅拌换水脱盐后，上覆水氯离子浓度低于250mg/L标准限值，基本完成原位中试池土壤脱盐，完成脱盐的单位面积用水量3.36t/m2。

计算每次搅拌换水外排的脱盐量，其变化趋势与上覆水氯离子浓度变化情况一致，初期前5轮脱盐排水的脱盐量较大，当土壤盐分降低到一定程度后，每次换水的脱盐量均相对较小，原位中试历次换水脱盐量见图2。

图2 原位中试历次换水脱盐量

2.2 土壤盐度变化分析

通过多点取样监测原位中试脱盐的土壤盐度变化趋势，监测结果显示，搅拌换水脱盐前，原位中试池底换填的库底土壤盐分在2.0%左右，与库底表层土壤盐度的监测值保持一致，其中表层10cm土壤盐度1.95%，10～20cm土壤盐度1.99%，20～30cm土层盐度2.06%；脱盐后，表层0～20cm土层的盐度降低显著，其中表层10cm土层的盐度降低至0.43%，10～20cm土壤盐度降低至0.64%，受搅拌设备的旋耕深度限制，20～30cm土层的盐度降低量较小，脱盐后的土壤盐度平均值在1.13%左右。

从不同取样位置土壤盐度的变化情况(表2)可以看出，在完成10轮的搅拌换水脱盐后，东侧Z1取样点土壤盐度在各取样点中，自表层10cm至30cm不同深度土层的盐度均达到最低，表层0～10cm土壤盐度仅 0.27%，而该取样点位于搅拌脱盐换水的进水口，进水期间低盐度的原水冲刷是该点位土壤脱盐彻底的主要原因；而距离进水口最远的Z3取样点，脱盐后的土壤盐度相较其他几个取样点最高。因此，库区脱盐工程实施过程中，要综合考虑进出水位置[12]。

表2 原位中试脱盐前后土壤盐度变化

表2(续)

2.3 蓄水期水体Cl-浓度变化分析

原位中试经10轮搅拌换水脱盐后，自10月28日起蓄高水位至深度为1.0m，模拟库区脱盐完成后蓄水期阶段水体中的氯离子含量变化情况。在经持续30天的跟踪监测后，原位中试脱盐后蓄水期水体氯离子浓度变化情况见图5。

持续跟踪监测结果显示，在蓄水水深1.0m的条件下，善后河原水在脱盐覆盖后的原位中试池内停留30天左右的时间里，水体氯离子含量从184 mg/L升高至220 mg/L，未超过饮用水标准限值的250 mg/L，除进水蓄水时氯离子含量自初始的184 mg/L快速上升至202 mg/L后，氯离子含量上升缓慢，水质维持在相对稳定的状态(见图3)。

图3 原位中试脱盐后蓄水期水体氯离子浓度变化

2.4 蓄水期盐分释放通量分析

从原位中试脱盐后蓄水期盐分释放通量(图4)来看，土壤盐分的释放通量极低，平均低于0.03g/(m2·h)，按此释放通量，排除初次进水冲刷的影响，徐圩库区常水位7m水深的条件下，库区水体氯离子含量在一个月内预计仅上升2～5mg/L左右，能够达到库区脱盐目标需求。

图4 原位中试脱盐后蓄水期盐分释放通量

2.5 关键参数分析

原位中试脱盐的关键参数如下：原位中试换水10次，用水量 6174m3，脱盐量 12257kg，单位面积用水3.36 t/m2，表层土壤脱盐率 73.1%，距库区表层土壤脱盐率 80%还有一点差距，建议增加搅拌换水次数。

3 小结

(1)相较静态释放和流动换水，搅拌换水脱盐是最快速高效，且节约水资源的脱盐方案，且土壤脱盐较彻底，可达到库区脱盐目标需求。

(2)原位中试经10次搅拌换水后，上覆水氯离子浓度达到250mg/L以下，蓄水期氯离子浓度上升缓慢，具有较好的工程示范意义，可推广应用于徐圩库区土壤脱盐。考虑土壤脱盐的彻底性，库区脱盐时建议增加搅拌换水次数。

(3)进出水方式可一定程度上影响土壤的脱盐效果，库区脱盐工程实施过程中，建议采用多点进水的方式，提高库区脱盐效率。