包气带与饱水带

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包气带与饱水带

地表以下一定深度内岩石空隙被重力水充满，地下水面以上称为包气带，地下水面以下称为饱水带。包气带中赋存着毛细水、结合水、重力水，统称为包气带水。包气带位于饱水带的外层，与大气系统、生物系统、地表水系统联系最为密切。雨季饱水带通过包气带得到降水的补给，而在干旱季节，饱水带通过包气带蒸发排泄，它是地下水与大气系统、地表水系统进行水量、水质交换的主要媒介。包气带由于处于水未饱和状态，未被水充满的空隙中含有空气和气态水。包气带含有水、固、气三相和来自太阳的辐射热，为微生物的繁衍进行生物化学作用提供了良好的环境。微生物对各种污染物的生物化学降解作用，使包气带具有自净能力，对保护地下水十分有利。

饱水带中岩石空隙全部被水充满，在饱水带中水体分布连续，能传递静水压力，在水头差作用下可发生运动，其中的重力水是地下水开发的主要对象。

包气带环境

一、包气带地质结构

(一)包气带厚度的确定

地表至潜水面之间的地带称为包气带。降水渗入、灌溉回渗等通过包气带才能到达潜水面，补给潜水。也就是说，浅层地下水主要通过垂直入渗得到补给，在浅层地下水得到补给的过程中，石油开采中的落地油、管道渗漏油等污染物质通过包气带污染地下水。因此，包气带是引起和防止地下水污染的主要途径和场所。根据调查资料，确定本区包气带厚度1～3m，在黄河河道带和决口扇高地包气带厚度较大，一般为2～3m，其他区域包气带厚度较小，一般1～2m。

照片13-1 落地原油污染

照片13-2 废油井污染

照片13-3 石油钻探中钻井岩屑及泥浆的污染

照片13-4 开采过程中油井附近石油原油抛撒

照片13-5 输油管线泄漏(1)

照片13-6 输油管线泄漏(2)

照片13-7 石油化工企业等废水排放

照片13-8 石油化工企业等废水排放

(二)岩性特征

依据土的特性，将其归属为砂性土和粘性土两大类。砂性土包括细砂、粉细砂、粉砂和粉土，粘性土包括粘土和粉质粘土。

粉土:浅黄、黄褐色，土体稍湿，松散。全区均有分布，主要分布在包气带中上部。

粉砂和粉细砂:黄褐色，可见云母碎片及暗色矿物，分选一般，可分辨石英和长石矿物，土体稍湿—湿，松散。主要分布在区中部以南沿金堤河一带包气带中下部。

粘土和粉质粘土:黄褐、灰褐色，可塑，含钙锰结核和少量的铁锈染。主要分布在调查区西北包气带下部。

该区中北部区域为黄泛平原区，包气带岩性为近代黄河泛滥冲决形成，颗粒较粗，岩性北部以砂性土为主。西南部区域为山前冲洪积扇前缘与黄河泛滥平原交接地带，包气带岩性相对较细，以粘性土为主。

(三)土体地质结构特征

粘性土和砂性土两类土体渗透性能、土体自净能力明显不同。因此，两类土体的不同组合，构成了本区包气带土体不同的地质结构类型。本区可分为:砂性土单层结构区、砂性土—粘性土多层结构区和粘性土单层结构区三种土体地质结构类型(图13-2)。

图13-2 包气带岩性结构图

砂性土单层结构区:岩性以粉土为主，砂性土中粉土占65%，粉砂土占35%。分布在陈官—六户以北和丁庄—田庄以东大部分区域，分布面积约为2890km2，占总面积的76%。

砂性土—粘性土多层结构区:岩性以砂性土为主，砂性土占61%，粘性土占29%。主要分布在垦利—永安—西宋之间，以及垦南胜采指挥部西部、胜坨西部黄河滩区、牛庄东北、陈官庄南部和广北农场等局部地段。分布面积约380km2。占总面积的10%。

粘性土单层结构区:岩性以粉质粘土为主，粉质粘土占85%以上，粘土10%左右。分布在陈官—六户一带及其南部区域，分布面积约530km2，占总面积的14%。

二、包气带渗透性能

包气带垂直渗透性对污染组分运移和淋洗、土壤自我净化有着很大影响。包气带垂直渗透性能主要受控于包气带岩性及土体地质结构。为了解包气带垂直渗透性，选择了不同土体结构区，采用双环法(图13-3)进行5组渗水试验。渗水试验点包气带岩性结构剖面见图13-4。

图13-3 渗水试验装置示意图

图13-4 渗水试验包气带岩性结构图

利用下式计算渗透系数(K):

山东省地质环境问题研究

式中:Q为稳定渗入水量(m3/d);L为试验结束时水的渗入深度(m);F为内环渗入面积(m2);Hk'为毛细压力(等于毛细上升高度之半)(m);Z为内环水层厚度(m)。

渗水外环直径50cm，内径28cm，采用定水头控制，试验水层控制深度10cm，稳定试验历时330～420min。试验计算成果见表13-3。

根据本次试验并结合搜集资料分析(表13-4)，本区砂性土垂直渗透性能较强，渗透系数较大，一般在大于0.5m/d;以粉粘为主的土层垂直渗透性能较弱，渗透系数相对较小，一般小于0.5m/d;而粘性土土层垂直渗透性能最弱，垂直渗透系数最小，一般小于0.1m/d。

表13-3 渗水试验计算成果表

表13-4 包气带岩性垂直渗透性能一览表

注:编号渗为本次试验资料，编号Sse为搜集资料。

三、包气带自净能力

(一)土壤自净试验

为了解土壤对污染物质的吸附净化和自净能力，在垦利县城南部进行了1组自净试验。试验过程是:对试验场地进行污水浸灌，取样测试试验前后不同时间、不同深度(0.2～1.0m)土壤污染组分含量变化。同时，还利用不同时期的5组自净试验资料，用来了解土壤污染自净能力。

1.Zj1自净试验(垦西)

Zj1自净试验位于垦利南部中瑞华工厂北溢洪河畔胜坨油田。2005年6月11日开始进行Zj1自净试验，包气带土体结构及石油类含量的动态曲线见图13-5。试验中地表水石油含量1.95mg/L(表13-5)，试验用水110m3，试验面积22m2×15m2，故试验注入土壤中油为0.65g/m2。

图13-5 Zj1自净试验(垦西)土体结构及土壤中石油类含量动态曲线

表13-5 Zj1土壤自净试验水土监测成果表

注:土壤污染组分单位为mg·kg－1，水污染组分单位为mg·L－1。

试验前试验场地不同深度土壤污染剖面石油类组分和重金属含量相对较低，并且浅部明显高于深部。

由于试验场地包气带岩性为粉土，试验用水源为中瑞华工厂废水(石油含量高)，试验后1d地下水迅速下渗，并且石油被大量吸附，不同深度(0.2～0.5m)的土壤迅速被污染，石油含量急剧升高。

随后的时间里，土壤石油类组分含量开始下降，在经过了1个雨季(116d)的包气带土壤淋滤和自净分解(主要是自然降水淋滤)后，浅表(0.2m)土壤石油类组分含量下降了近1/3，中层(0.5m)土壤石油类组分含量下降了近1/2。

在进入平水季节后，虽有降水，但明显降低，在不到2个月的时间里，浅表土壤石油类组分含量大幅度降低，可能与石油的自然降解周期、浅表土壤通透性和光合作用密切相关;中层土壤石油类组分含量不降反升，可能与石油污染组分下移的多次污染有关。

2.Sz1自净试验(黄河口北)

Sz1自净试验位于黄河口镇北黄河外滩区垦利油田，包气带土体结构及石油类含量的动态曲线见图13-6。试验中地表水石油含量0.16mg/L(表13-6)，试验用水110m3，试验面积22m2×15m2，故试验注入土壤中油为0.053g/m2。

图13-6 Sz1自净试验(黄河口北)土体结构及土壤中石油类含量动态曲线

试验前试验场地不同深度土壤污染剖面石油类组分和重金属含量由浅至深呈降低趋势，也就是说，浅表土壤较中、深部土壤污染重。

试验后3d，在入渗水流的淋滤作用下，地表水石油向下部迁移，致使0.2m处土壤中石油类含量明显升高;0.2～0.55m深处存在粘土夹层，对试验入渗水、油都有较强的隔阻作用，致使由上部地层淋滤下来的石油类滞留于该层中，使0.5m处石油浓度略有升高;0.55～2.0m处岩性为粉土层，对石油类的吸附作用较强，石油类迁移速度较慢，但水的渗流速度较快，淋滤作用较强，使1.0m以上土壤中被吸附石油经淋滤而向下迁移，使1.0m处土中石油类含量也有趋升。由于试验水源石油类组分含量相对较低，故3d后的各个深度土壤石油类组分含量虽有不同程度的升高，但升高的幅度较小。

试验30d后，在6月份1个月的降水自然淋滤下，0.2m处土中石油类含量明显下降;由于0.2～0.55m深处粘土层的存在，上部淋滤下来的石油继续在此聚集，致使0.5m处石油类含量不降反升，而且升幅还较大;雨季区内地下水位埋深小于1.0m，1.0m处土壤中被吸附的石油在地下水渗流的作用下，被洗刷分解吸附，土壤中的吸附石油含量降低。

自净试验注水后90d，试验场经过3个月的雨季淋滤作用和自然降解作用，浅中层土壤石油类组分含量均呈有较大的下降。

3.Sz2自净试验(丁庄南)

Sz2自净试验位于广饶县东北部丁庄镇南部小清河畔八面河油田区，包气带土体结构及石油类含量的动态曲线见图13-7。试验中地表水石油含量0.053mg/L(表13-7)，试验用水120m3，试验面积22m2×15m2，故试验注入土壤中油为0.019g/m2。

表13-6 Sz1土壤自净试验水土监测成果表

注:土壤污染组分单位为mg·kg－1，水污染组分单位为mg·L－1。

图13-7 Sz2自净试验(丁庄南)土体结构及土壤中石油类含量动态曲线

表13-7 Sz2土壤自净试验水土监测成果表

注:土壤污染组分单位为mg·kg－1，水污染组分单位为mg·L－1。

试验前试验场地不同深度土壤污染剖面石油类组分和重金属含量由浅至深呈降低趋势，即浅表土壤较中、深部土壤污染重。

石油水源石油类组分含量较低，但试验场地西50m有一新建油井，场地表层土中石油含量较高。试验后3d，在入渗水流的淋滤作用下，地表石油向下部迁移，致使0.2m处土壤中石油类含量迅速升高。0.3～0.5m深处存在有粘土层，其孔隙度很小，对试验入渗水、油都有较强的隔阻作用，致使由上部地层淋滤下来的石油类滞留于该层中，使0.5m处石油浓度也有较明显的升高。0.5m以下岩性为粉土，对石油类的吸附作用较强，石油类迁移速度较慢，但水的渗流速度较快，淋滤作用较强;1.0m以上土壤中被吸附的石油经淋滤而向下迁移，使1.0m处土中石油类含量也随之增高。

试验30d后，在6月份1个月的降水自然淋滤下，0.2m处土中石油类含量明显下降;0.3m以上均为粉土层，其对石油类的吸附作用较强，上部淋滤下来的石油类还没有穿越该层，致使0.5m处石油类含量在入渗水流的淋滤作用下逐渐降低。雨季区内地下水位埋深小于1.0m，1.0m处土壤中被吸附的石油在地下水渗流的作用下，被洗刷分解吸附，土壤中的吸附石油含量趋降。

试验后90d，试验场经过3个月的雨季淋滤作用及自然降解作用，土壤中不同深度的石油类污染物含量均呈下降趋势。

以上3个不同土体结构自净试验表明，土中石油类污染物的降解及迁移受多种因素的共同作用，一般说来，粉土对石油类的吸附能力大于粉质粘土，但由于粉土中水的渗流速度快，其淋滤作用强于粉质粘土;粘土层由于其孔隙的孔径小，对石油类污染物的迁移具有明显的阻滞作用。三处试验的共同特点是各处土中石油类含量经过雨季的淋滤均处于减小趋势，表明在淋滤及自然降解作用下，土壤对石油类具有一定的自净能力。在自然降水淋滤和自然降解作用下，包气带不同深度的土壤石油类组分虽有不同程度的降解，但是，随着水、油向下迁移，地下水中石油污染物却有不同程度趋升(表13-8)。

在自净试验中，重金属组分没有明显的规律性变化。

(二)土壤淋洗试验

为了解土壤在自然状态下对石油污染物质自净能力，选择有代表性的油井附近4处，围堰后作为自然淋洗试验场地，分别采取雨季前(6月)后(9月)土壤污染分析样品。

经过1个雨季(6～9月)的降水淋洗和土壤自然降解，浅表(0.2m)土壤污染组分均有不同程度的淋洗降解，特别是石油组分含量明显降低(表13-9)。

表13-8 搜集土壤自净试验成果汇总表

注:土壤污染组分单位为mg·kg－1，水污染组分单位为mg·L－1。

表13-9 土壤淋洗试验水土分析成果表

注:土壤污染组分单位为mg·kg－1。

(三)土壤石油自净机理分析

1.石油污染物自然降解及影响因素

石油类污染物在土壤中的自然降解主要是通过挥发、淋溶及微生物降解作用实现。

(1)挥发

土壤中石油类污染物以固、液、气三相存在于土壤颗粒之间，以固态吸附相居多。土颗粒吸附分子态的油类方式主要为物理吸附，由于分子引力随分子量的增加而增大，故优先吸附熔点较高、难挥发的高分子量的油类，常态下这部分油类多呈固态;低分子量的油类往往是以液相或气相形式存在，挥发性较高。包气带中气态油类浓度远远高出地表以上同类物质浓度，在浓度差的驱动下，气态油分子不断从包气带中挥发逸出至大气中。土颗粒表面的固态油类，以及难挥发的某些液态组分同时发生的各种降解作用使大分子分解为易挥发的小分子，可源源不断地弥补已挥发逸出的气态油类。影响石油污染物挥发的主要因素为温度、油类组分、风速、太阳辐射等，包气带中的温度增加，挥发性污染物的空隙气相浓度也增加，固态吸附相浓度则降低，有利于石油类污染物的挥发。污染物埋深越大，挥发程度越低，风速、太阳辐射对埋藏较深的石油类污染物的挥发影响不大。

(2)淋溶

油类在刚被污染的土壤中运动，一般以多相流的形式出现，油和水不混溶。烃类被生物降解乳化和增容后，将以接近单一的水溶相流动。在入渗水作用下，吸附在固相表面的油类和溶解水溶相油类。油类污染物的淋溶释放能力，主要取决于油类组分的水溶性、油污土的结构、入渗水量及入渗强度等。

(3)微生物分解

石油污染物是高分子有机物，不能被植物直接吸收，只有被微生物分解成简单化合物后才能被植物利用。石油污染物被抛撒进入土壤后，一部分被土壤吸附;另一部分被淋滤后往土壤下部入渗，最终进入地下水。地下水中氧气的含量甚微，进入地下水中的石油污染很难被自然降解，而被吸附于土壤包气带中的石油污染，由于有微生物的存在，可以逐渐地被降解。石油污染物的自然降解主要是指包气带中被吸附的石油污染物，在微生物的参与下而被降解的过程。其降解过程可用如下反应式表示:

微生物+石油烃类(碳源)+氧+营养物质(氮、磷等)=物增殖+二氧化碳+水+氨及磷酸根等

影响自然降解速度的主要因素有:微生物的种群及数量、油的化学组成、土壤中的油浓度等因素。土壤中微生物种群构成是影响油降解效率的最直接因素，在土壤生态系统中，石油烃降解菌普遍存在，但在数量上差异较大，一般为细菌总数的0.13%～0.50%。通常，不同的降解菌降解不同类型的烃分子，原油降解是由多种石油烃降解菌协同完成的，因此，土壤系统中存在的降解菌种类及数量影响污染物的降解效果。

原油由饱和烃、芳香烃、沥青质和非烃类四种组分构成，微生物对它们发生作用的敏感性不同，一般其敏感性由大到小为:正构烷烃、异构烷烃、低分子量的芳香烃，高分子量芳香烃和极性物质降解速率极低。结构越简单，分子量越小的组分越易被降解。

土壤中的油浓度影响微生物的活性，油浓度高会抑制微生物的活性，但不同化合物发生抑制的浓度不同。通常，土壤中油浓度为1～100mg/kg时不会对普通异养菌产生毒性。在有些情况下，污染物浓度相对高时，能*降解污染物中微生物的繁殖，污染物浓度低于10mg/kg时则没有这个作用，浓度太高将抑制微生物的活性。

2.石油类物质在包气带土层中的迁移规律

从研究污染物迁移角度出发，一个完整的污染系统应由污染源、表土层(即耕作层)、包气带、含水层构成。石油类在包气带土层中的迁移、转化作用主要有下渗水对流、水动力弥散和吸附作用，假定水流运动处于稳定状态，石油类在包气带中的迁移方程为

山东省地质环境问题研究

式中:D为弥散系数;V为孔隙流速;ρb为土的干容重;ne为有效孔隙率。

由于石油类为憎水有机物，其分子扩散系数很小，因此式中第一、二项实际只反映了外在的水流和介质特征，并不能表征石油类自身的迁移特征，第三项才是石油类迁移能力的具体表达。在土层中，假定石油类被吸附的速度较快(相对于水流速度)，能很快达到吸附平衡，且吸附反应是可逆的，则石油类在水中的平衡浓度(C)与颗粒上的平衡浓度(s)存在如下关系:

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式中:Kd为分配系数，即达到平衡时固相和液相石油类的分配情况。

将13-3式代入13-2式中，变换后表达式为

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式中:Rd称为迟滞因子，它可以表示污染物相对于水流的流速。

分配系数Kd和迟滞因子Rd是衡量污染物相对迁移能力的2个重要参数。对于特定的固相介质，某一污染物的Kd值为一常数，Kd值越大，越易被吸附，越不易迁移。迟滞因子Rd则是具体测量水中污染物滞后现象的量度，Rd值越大，越不易迁移。根据试验结果，石油类的Kd值与Rd值均表现为粉土大于粉质粘土。说明粉土比粉质粘土对石油类具有更强的吸附能力。

包气带(I)

等水位线以上的非饱和区或非连续饱和区称为包气带，它控制着入渗水进入含水层的渗流路径和长度。受包气带之内的各种物理化学过程如降解、吸附、沉淀、配合、中和、生物降解的影响，污染物在包气带内的迁移时间与不考虑以上过程相比将显著延长。包气带厚度越大，到达含水层的污染物数量就越少。

脆弱性评价的对象为潜水含水层或半承压含水层时，均作为潜水含水层对待。当包气带中存在多层介质时，应选择对污染趋势影响最显著的岩土层作为包气带介质。我们在对比包气带各层介质的厚度之后，可选择厚度最大的一层作为包气带介质;也可在考虑包气带各层介质对地下水脆弱性的影响程度的基础上，选择对污染物迁移影响最明显的一层作为包气带介质。

图6.6 地形评分图

三门峡盆地的包气带厚度较大，最大可达150m左右，包气带岩性具有多样性。根据DRASTIC评分标准(表6-9)，不同介质的评分值如下:粘土为2;亚粘土为3;亚砂土为4;粉砂为5;细砂为6;中砂为7;粗砂为8;砂卵石为9。研究区包气带介质评分图见图6.7。

表6.9 包气带评分表

图6.7 包气带介质评分图

图6.8 水力传导系数评分图

包气带的组成

挖井时常见到井壁的上部往往是干的，含水很少。往下挖，井壁逐渐变湿，但井中仍然无水。再向下挖，井壁和井底有水渗出，井中很快形成水面，这便是地下水面。地下水面以上便是包气带，以下是饱水带。按水分分布特点，包气带可分成3个带：① 近地面段为毛细管悬着水带。这个带同大气有强烈的水分交换，水分的增加、减少或消失，同降雨的下渗、土壤的蒸发和植物的散发有关。水分的垂直分布随时间而变化。②毛细管支持水带。地下水面以上由毛细管水上升而形成，在这一带中土壤的含水量自下而上逐渐减少，这个带的深度随地下水位的升降而变化。③介于上述两个带之间的中间包气带。当地下水位深时，中间包气带一般水量较小，变化慢，垂直方向水分分布均匀。当地下水位浅时，毛细管悬着水带同毛细管支持水带连接起来，中间包气带随之消失。

包气带与外部环境间的盐分交换

包气带是一个典型的开放系统，与外界环境间不断地进行着水分和盐分的交换。从总体上看，可将它与环境间的盐分传输关系分为两大类:一是来自环境中的盐分在包气带内积聚，即盐分从环境向包气带内输入;二是包气带内的盐分排向外部环境，即盐分从包气带向环境输出。当来自环境的盐分输入与系统向环境的盐分输出大致相同时，包气带处于宏观稳定状态;当盐分输入持续高于盐分输出时，包气带内以积盐作用为主，土壤发生盐渍化;当盐分输入长期低于盐分输出时，包气带内以脱盐作用为主，土壤中的盐分含量呈减少趋势。

土壤中可溶性盐分的输入和排泄主要受土壤与其环境间水分传输规律的控制。

外部环境向包气带补给的水分有两类:①降水、灌溉水、地表水(如河水、湖水)等下渗形成的水分;②潜水提供的向上运移的毛细水。

土壤水向外部环境的排泄方式也可分为两类:①通过蒸发和蒸腾作用，由下向上排入大气;②在重力作用下，由上向下排入潜水含水层或侧向地表水体。

在土壤水补给和排泄过程中，可溶性盐分的运移规律为:

(1)降水、灌溉水、地表水等进入土壤时，所携带的可溶性盐分也补给到土壤中，但降水、灌溉水和地表水的入渗对土壤中盐分的运移具有两重性。当入渗水的矿化度较低且入渗量较大时，可溶解土壤中的部分盐分，并将其排入到潜水含水层中，从而对土壤起到“洗盐”作用;当入渗水的水量较小时，无法补给到潜水含水层，在蒸发或蒸腾作用下，直接从土壤排泄到大气中，所携带的盐分则富集在土壤中，从而使土壤发生积盐作用;当入渗水的矿化度较高时，即使入渗水能补给到潜水含水层，但在入渗过程中滞留在土壤中的孔角毛细水、悬挂毛细水、结合水和过路毛细水等，在蒸发和蒸腾作用下不断浓缩，也使土壤发生积盐作用。

(2)潜水含水层与包气带进行水量交换的同时，也进行着可溶性盐分的交换。当潜水以支持毛细水形式补给包气带时，也将地下水中的盐分从下向上携带到土壤中;当土壤水向下排入潜水含水层时，同时也将部分盐分带入地下水。潜水含水层－包气带间的水量交换对土壤中盐分的运移也具有两重性:当潜水埋深小于“临界深度”时，随潜水向包气带源源不断地补给水分的同时，潜水中的盐分也会不断供给土壤，使土壤不断积盐;当土壤水入渗补给潜水时，土壤中的盐分被排泄到潜水含水层中，对土壤起着“洗盐”的作用。潜水对土壤究竟起到脱盐作用还是积盐作用，取决于潜水含水层－包气带间两种方向的水分运移的相对强度。

(3)蒸发与蒸腾作用对土壤中可溶性盐分的运移不具上述两重性。在蒸发或蒸腾过程中，水的相态发生了转变，随着水分从液态转化为气态，可溶性盐分最终析出到土壤中。因此，在蒸发或蒸腾作用下，土壤中可溶性盐分的总量不变，既没有盐分的补给，也没有盐分的排泄，但土壤水分的丧失对土壤中的盐分起着浓缩作用，使土壤发生积盐作用。

土壤究竟是朝着积盐方向发展还是向脱盐方向发展，取决于上述几个因素的综合作用。另外，土壤中积盐和脱盐作用是随时间变化的动态过程，可以在降水或灌溉作用下表现为积盐与脱盐的季节*替，即正常波动，也会因长期灌溉或地下水位的异常上升而产生持续的积盐或脱盐作用。

包气带检测与评价注意

在建设项目土壤调查中，除了对相关的土壤和地下水进行采样分析和评价之外，我们还经常能听到这样一个名词-包气带，这是一个混合了水、气和土壤的地带，也是令许多人所摸不着头脑如何去检测和评价的区域。

下面就简单谈一下关于包气带检测的一些见解。

首先，包气带样品是混合了包气带中包括的气体、水和土壤的样品，属于混合样品，在目前国家并没有出台和发布专门包气带的检测方法，如果要分开单独采集和分析，那气体可以参考空气样品的方法，水可以参考水质的方法，土壤可以参考土壤的方法。

其次，一般采集的包气带样品主要为土壤和水的混合样品，要评价包气带项目，应该根据污染物的特性，做浸溶实验。

再者，做浸溶实验时，无机污染物建议参考纯水浸出的水平振荡法，将包气带样品浸出液参考水质检测的方法进行实验，有机污染物建议参考加压流体萃取法，将包气带样品浸出液参考水质或者固体废弃物检测的方法进行实验。

最后，将做出来的结果跟相应的评价标准作比较，以此来评价包气带的污染和污染带来的影响。

由于没有出台相关专门的检测方法，有很多的污染物可能无法实验和评价，只能继续等待国家后续标准的发布，争取早日完善检测和评价的体系。

包气带中水分分布及运动

在无蒸发与下渗以及包气带由均质土组成的理想条件下，包气带内水分分布稳定，垂向含水量分布如图（4-2）所示。包气带上部一定深度内，由于均质土持有的孔角毛细水和薄膜水量稳定，含水量接近于常量。向下随着深度增加，土层中支持毛细水逐渐增加，含水量渐渐增大，到潜水面附近，支持毛细水占绝对优势，孔隙网络中完全被毛细水占据，含水量达到饱和，含水量达到饱和的地段称为毛细饱和带。

通常包气带由多层不同岩性的地层构成，粗颗粒地层的持水量较小，含水量较低；细颗粒地层持水量较大，含水量较高。粗颗粒地层对水作用的毛细负压小于细颗粒地层对水作用的负压，因此，粒度相差较大的地层交界面往往能有效地阻隔毛细水作用。包气带中重力势和毛细势同时并存，有时粒度差异造成的毛细负压差也会改变水在包气带中的渗流方向。在细颗粒土中，水在重力势作用下向下渗流，途中遇到粗颗粒透镜体或空洞时，由于粗颗粒透镜体或空洞的空隙大，对水作用的毛细负压远小于周围细颗粒地层的毛细负压，界面上存在较大毛细负压差，在其作用下，水流不会进入其中，而是绕过粗颗粒透镜体或空洞，继续向下渗流。许兆义（1993）曾用试验证明了这一现象。这就是为什么雨季时黄土层中的砾石透镜体和窑洞仍能保持干燥的重要原因。

图4-2 均质土包气带水分分布

降水被植物冠层截留等除损后，穿透到达地表，一部分转为地表径流，另一部分渗入包气带，当含水量达到持水度（田间持水度）后，多余的水才会向下渗流，进入潜水含水层。包气带中渗流分为饱和流动和非饱和流动两种形式。

饱和渗流多出现在河、渠底部的垂直入渗时，该处包气带厚度较大，河、渠渗漏水通过包气带直接补给地下水，水的渗流遵循达西定律。

大气降水入渗补给均质包气带时，在地表形成很薄的水层，湿润层与干层之间的湿润锋面在向下推进过程中，会在推进路径上滞留部分水分，使锋面含水量降低，锋面推进便暂时停止下来，进行第二次蓄水，待含水量超过持水度后，锋面又会向前推进，呈现活塞式下渗的特征。

大部分包气带结构是非均质的，是由不同直径孔隙组成的网络构成，水流总是选择渗透阻力最小的通道运移，当网络中存在阻力最小的通道时，部分水便会经过通道，直接下渗，进入潜水含水层中，这种入渗方式称为捷径式入渗。因此，捷径式入渗和活塞式入渗是水在包气带中运移的两种重要类型。

若不考虑土水势对渗流的影响，包气带中非饱和流动也可用达西定律来描述。垂直向下一维流动的渗流速度可用下式表示：

生态水文地质学

式中：VZ为渗流速度；K（W）为渗透系数与含水量的关系函数；H为水头高度；Z为包气带厚度。

在包气带中非饱和流动时，渗透系数K是含水量的函数，随含水量的降低迅速变小，而且水头压力也是含水量的函数。

包气带中水呈非饱和渗流时，水受到土水势的作用。土水势由基质势（由吸附和毛细作用引起）ψM、重力势ψG、溶质势ψS、压力势ψP、温度势ψC五个分势构成，因此，水的非饱和渗流过程十分复杂。为简化问题起见，认为溶质势、压力势、温度势对渗流影响很小，可忽略不计，土水势则有以下的表达式：

生态水文地质学

上述的简化是有条件的，因溶质势是由不同浓度溶液之间的渗透势引起的，通常水中溶质均匀分布，溶质势可忽略不计，但在植物根系附近，考虑到植物根系的吸水作用时，溶质势便显得重要，不能忽略；包气带中孔隙网络连通性好，水在运移过程中对孔隙中的气体无明显压缩的情况下，可以忽略压力势，但在考虑气体压缩对水运移的影响时，应将压力势考虑在内；包气带内地温差较小时，温度势很小，可以忽略，但若出现冻结或内外温差较大的情况，温度势则不容忽视。

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