城市區(qū)域水化學(xué)環(huán)境下土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)變異分析

摘要：城市建設(shè)中地下水是不可忽視的建設(shè)體系，地下水是城市生態(tài)系統(tǒng)中最為活躍也是變化最為劇烈的要素，城市地下水與巖土結(jié)構(gòu)之間互相影響、互相助力，是城市建設(shè)中必然要考慮的重要因素。本文分析了城市區(qū)域地下水的化學(xué)環(huán)境因素對周圍土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，并做了土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變異分析。

關(guān)鍵詞：城市區(qū)域水;化學(xué)環(huán)境;土體結(jié)構(gòu);變異分析

中圖分類號：X833 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）06-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.100

Analysis of meso-structural variation of soils in the urban chemical environment

Kong Zhou

（Shandong University of Science and Technology，Qingdao Shandong 266590，China）

Abstract：Groundwater is a construction system that cannot be ignored in urban construction.Groundwater is the most active and most rapidly changing element in urban ecosystems.The interaction between urban groundwater and geotechnical structure and mutual assistance are inevitable considerations in urban construction key factor.This paper analyzes the chemical environmental factors of groundwater in urban areas and what kind of influence they have on the surrounding soil structure， and analyzes the variation of the mesostructure of the soil.

Key words：Urban area water;Chemical environment;Soil structure;Variation analysis

通過對土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)成分以及常量元素的分析，可以分析地下水化學(xué)環(huán)境變化對周邊巖土結(jié)構(gòu)的影響，運用科學(xué)的方法分析城市生態(tài)環(huán)境的變化，城市建設(shè)給生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了諸多的環(huán)境擾動，地下水化學(xué)環(huán)境的變化與土介質(zhì)發(fā)生相互作用很容易產(chǎn)生水土作用變更。本文從城市地下水化學(xué)相互作用的角度分析城市地下水化學(xué)環(huán)境的變化，揭示土體結(jié)構(gòu)細(xì)觀變異與土體結(jié)構(gòu)之間的緊密關(guān)系，為進(jìn)一步進(jìn)行水土作用的分析搭建夯實的理論平臺。

1 城市地下水水土作用的理論分析

城市區(qū)域內(nèi)的水土結(jié)構(gòu)是一個相互影響的復(fù)雜體系，城市建設(shè)會直接影響地下水的環(huán)境，水環(huán)境的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變異對城市環(huán)境尤其是巖土環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。

城市區(qū)域地下水在城市的地質(zhì)要素中是最為活躍也是最為多變的，一方面，對城市巖土結(jié)構(gòu)的物理、化學(xué)以及力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響，另一方面，也影響著地下水自身的物理、力學(xué)以及化學(xué)性質(zhì)，具體的水土作用表現(xiàn)形式有以下幾點：

（1）物理作用：地下水自身具有潤滑、軟化、泥化的作用，對周邊的巖土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。

（2）力學(xué)作用：城市地下水的水位變化會造成地面的沉降，孔隙之間的水壓變化也造成巖土之間的孔隙、顆粒之間的應(yīng)力發(fā)生變化，同時，地下水滲透壓力的變化會導(dǎo)致巖土孔隙發(fā)生改變，巖土之間的顆粒產(chǎn)生移動，地下水的靜水壓力、浮力以及毛細(xì)力作用都會給周邊的巖土結(jié)構(gòu)帶來或多或少的變化。

（3）化學(xué)作用：地下水與巖土結(jié)構(gòu)之間通過氧化還原反應(yīng)、分解、離子交換、水化、凝聚以及碳酸化等化學(xué)作用，會影響巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

水土作用在力學(xué)、物理以及化學(xué)作用之間相互作用，造成巖土之中要素發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，巖土結(jié)構(gòu)之間的作用力平衡被打破，最終巖土結(jié)構(gòu)的變化也會作用于地下水的環(huán)境之中，打破城市地下地質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定性以及平衡性。

地下水在土孔隙介質(zhì)中貯存、運移，使得地下水與介質(zhì)中的溶質(zhì)含量隨著時間與空間發(fā)生變化，通過分子擴(kuò)散、機(jī)械彌散、懸浮物和乳狀物的機(jī)械過濾、水稀釋、物理與化學(xué)吸附酒，造成水土之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過離子交換、溶解作用、水化作用、水解作用、氧化還原反應(yīng)等方式產(chǎn)生相互作用。

（4）離子交換：離子交換是土體顆粒的離子和分子與地下水進(jìn)行交換，地下巖土之中存在許多膠體物質(zhì)，在不同的層間離子交換，沿著層團(tuán)內(nèi)的基礎(chǔ)面進(jìn)行離子交換，離子交換的吸附反應(yīng)分為兩個過程，正相反應(yīng)是惡化土體性質(zhì)的離子交換反應(yīng)，逆向反應(yīng)有利于土體性質(zhì)，水土間的離子交換助力于土粒的礦物成分，最終影響溶液的化學(xué)成分、濃度、pH值，強(qiáng)化水土之間的相互作用。

（5）水化作用：地下水滲透到土體的礦物結(jié)晶之中發(fā)生微觀、細(xì)觀以及宏觀的改變，減少土體之間的內(nèi)聚力，膨化土與水作用之間的水化作用。

（6）水解作用：水解作用是地下水中離子與土體之間的離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，土體中的陽離子與地下水發(fā)生水解作用，使得地下水的酸性增加，同時巖土中的陰離子與地下水發(fā)生水解作用，讓地下水的堿性增加，打破了地下水原有的酸堿平衡，最終對巖土內(nèi)的物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)也造成了影響。

（7）氧化還原反應(yīng)：氧化還原反應(yīng)是電子從一個原子轉(zhuǎn)移到另一個原子的化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)失去自由電子過程，地下水內(nèi)的氧氣以及二氧化碳含量不斷增強(qiáng)，氧化過程依賴于水中的溶解氧，隨著深度的加深氧化效果逐漸降低，還原作用卻隨著深度加深而逐漸增強(qiáng)，使得地下水中的有機(jī)物質(zhì)逐漸分解，釋放電子，給土體中的礦物質(zhì)造成一定的影響，最終改變地下水的化學(xué)環(huán)境，影響土體的力學(xué)特征。

各類不同的化學(xué)反應(yīng)在城市的地下環(huán)境中多是同時進(jìn)行的，化學(xué)反應(yīng)主要改變巖土體積的礦物質(zhì)組成，最終改變巖土的力學(xué)性質(zhì)，嚴(yán)重的時候甚至?xí)斐傻刭|(zhì)災(zāi)害。

2 城市區(qū)域地下水化學(xué)環(huán)境下土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)變異分析

城市地下巖土中含有叫多種類的礦物質(zhì)，地下土壤中的巖石是經(jīng)過物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化形成的，地下水化學(xué)環(huán)境的變異對土壤的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及功能產(chǎn)生較大的影響。隨著城市建設(shè)，地下水的酸堿平衡被打破，土壤中還有土壤礦物質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)，土壤中的礦物質(zhì)占比固體總量的90%以上，且礦物質(zhì)的化學(xué)成分復(fù)雜，包括氧、硅、鈣、鎂、鈉、鉀和碳等化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)?shù)叵滤乃釅A性質(zhì)發(fā)生變化的時候，土體將會在特殊的酸堿環(huán)境下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，例如：氧化鐵與稀鹽酸的反應(yīng)、鐵和稀鹽酸的反應(yīng)、鹽酸與燒堿的反應(yīng)、大理石與稀鹽酸的反應(yīng)以及氫氧化鈉與氯化鐵的反應(yīng)等等，這些簡單的化學(xué)反應(yīng)因為地下水的酸堿平衡被打破而發(fā)生，經(jīng)過一系列同時進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，土體與地下水結(jié)合在一起造成離子濃度增加，給土體的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響和變化。

水土作用中分為物理吸附和化學(xué)吸附，化學(xué)吸附主要是因為化學(xué)反應(yīng)造成化學(xué)鍵形成，產(chǎn)生熱力，具有不可逆性，且化學(xué)活性較強(qiáng)，簡單的化學(xué)反應(yīng)附加了許多的電荷，吸引來的離子也就愈多，地下水與土體物質(zhì)之間的化學(xué)吸附作用雖則時間以及化學(xué)反應(yīng)的不斷變化達(dá)成平衡的狀態(tài)，最終水土作用中的化合價隨著離子濃度的變化逐漸改變，改變了土體對于不同離子的吸附效力，干擾了土壤整體架構(gòu)的穩(wěn)定性。

隨著人類活動對地質(zhì)環(huán)境的影響，地下水發(fā)生化學(xué)變異的情況時有發(fā)生，城市地下水是一個復(fù)雜動態(tài)的體系，受到諸多的因素影響。隨著溫室效應(yīng)的加劇大氣中的二氧化碳含量增多，冰川的融化海平面上升造成咸水越流的情況，引發(fā)淡水體發(fā)生化學(xué)變異，地下水內(nèi)二氧化碳含量的增加造成鈣和鎂等碳酸鹽物質(zhì)發(fā)生溶解，造成地下水的硬度增加，影響土體結(jié)構(gòu)中礦物質(zhì)的含量，巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會發(fā)生改變。

隨著城市內(nèi)大量燃料的燃燒造成二氧化硫含量增加，酸雨現(xiàn)象造成地下水內(nèi)的氫離子以及硫離子含量增加，促使土壤中的方解石、白云石等加速溶解，既造成土壤中物質(zhì)的加快溶解，還讓地下水的酸性大大提高，影響了城市地下環(huán)境的穩(wěn)定性以及平衡性。

3 總結(jié)

城市地下水系統(tǒng)是城市地質(zhì)環(huán)境中最活躍也是變化最快的系統(tǒng)，地下水與城市的巖土結(jié)構(gòu)之間互相影響、互相作用，共同構(gòu)成城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)。隨著城市建設(shè)，大量的混凝土覆蓋地表，人為阻斷大氣降水、地表水以及地下水的循環(huán)，影響了城市區(qū)域水系統(tǒng)的均衡狀態(tài)，最終造成地下水化學(xué)性質(zhì)的變異，在水土作用的影響下，城市的巖土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及平衡性受到影響，原有的化學(xué)平衡狀態(tài)受到影響，嚴(yán)重的時候造成城市地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。為了更好地保護(hù)城市地質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)，要細(xì)致地研究城市的水土作用，從中提煉出有助于水土平衡維護(hù)的措施。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-04-04

作者簡介：孔洲（1998-），男，漢族，本科學(xué)歷，研究方向為化工、環(huán)境、材料。