（一）试验目的

盐碱化的土地，只有通过改良才能进行开垦种植。冲洗是盐碱地改良中一项经常采用的水利工程措施。土壤中的盐分，有时形成固体结晶，有时溶于水中形成含盐溶液。所谓冲洗就是灌入淡水使土壤中各种状态的盐分溶解于水中，在对流和弥散作用下，随着冲洗水的下渗，将溶解于水中的盐分带至深层或经由排水系统排出。

冲洗定额是指计划冲洗土层的含盐量冲洗到作物所能允许的含盐程度时，单位面积上所需要的冲洗水量，以m3/ha计。冲洗定额的大小取决于土壤的盐碱化程度、盐分组成及其在土壤中的分布状况和冲洗脱盐标准、计划冲洗土层厚度，还取决于土壤水分的物理性质，地下水的出流条件等。此外，还与冲洗时间和冲洗技术有关。这些关系比较复杂，而且互相影响。一般情况下，精确计算冲洗定额是比较困难的，最好通过野外试验确定。当缺少试验资料时，也可用公式作初步估算。

根据冲洗定额的概念可用公式表示如下

式中 M——冲洗定额，m3/ha；

m1——计划冲洗层内冲洗以前的含水量与最大持水量的差额，m3/ha；

m2——冲走计划冲洗层中的过多盐分所需要的水量或冲洗定额中起输送作用的部分水量，m3/ha；

e——冲洗时期内的蒸发损失量，m3/ha；

p——冲洗时期内可利用的降水量，m3/ha。

当e与p大致相等时，式 （1-1-49）可简化为

式中 W——计划冲洗层的最大持水量，m3/ha；

W0——冲洗前计划层含水量，m3/ha。

确定m2值比较困难，诸因素对冲洗定额的影响主要是指m2而言，冲洗定额就是指这一部分水量。下面简要介绍其确定方法。

（二）计算方法和原理

1.计算确定冲洗定额

（1）以试验资料为基础的计算法，其计算式为

式中 H——计划冲洗层深度，m；

γ——土壤容重，kg/m3；

s0——冲洗前土壤中的含盐量（以干土重百分数计）；

s——冲洗后所允许的土壤含盐量（以干土重百分数计）；

k——排盐系数，即每立方米冲洗水所能冲走的盐分重量，kg/m3。

（2）以土壤含盐量为基础的计算方法：

根据土壤含盐量的不同表示方法，可以推导出相应的计算公式。

设s0、s所表示的含义如上，W 为计划冲洗层的最大持水量，则冲洗后的含盐浓度为s/W，使含盐量为s0的土壤达到含盐浓度为s/W 时，所需要的水量为s0/ （s/W），若计划层原有含水量为W0，则冲洗定额M 应为

将式（1-1-50）、式 （1-1-51）代入式（1-1-53）后，得m2的计算式为

（3）以浓度为标准的计算方法：

式中 β——土壤最大持水率（以土壤体积百分数计）；

H——计划冲洗层深度，m。

（4）以水动力弥散理论为基础的计算方法。

盐分之所以能被冲洗，主要是通过对流和水动力弥散 （亦称扩散）两个途径实现的，在压力差的作用下，溶液由压力高处向压力低处运动，称为对流，而水动力弥散则是溶质在通过多孔介质时的实际运动及其在孔隙所发生的物理变化现象在宏观上的表征。

水动力弥散又由分子扩散与机械弥散两部分组成。分子扩散是一种物理化学现象，它是由于溶质浓度的不同而产生的由浓度高向浓度低的地方运动，在静止的水中，只要存在浓度差，这种过程就存在。机械弥散是溶质在土壤中的对流传输而产生的。它主要是由于流速的局部变化（如孔隙的不均匀性，孔隙曲折性等引起）而产生的溶质弥散。根据费克定律和质量守恒原理，可以导出均质、各向同性含水层中溶质运移方程为

由式（1-1-57）可直接写出一维溶质运移方程

对于盐碱地改良来说，式 （1-1-58）的定解条件为

由式（1-1-59）～式 （1-1-61）组成的定解问题的解析解为

式中 D——弥散系数；

v——水流孔隙流速；

c——x点的浓度；

c0、c1——冲洗水和土层中原来含盐浓度。

当已知弥散系数D时，可由式（1-1-62）求得冲洗定额m2。其方法是：根据要求的冲洗深度为x，进行相应的冲洗后含盐浓度为c，孔隙流速为v，由式（1-1-62）求出相应的冲洗时间t，再由t和孔隙流速求出要求的冲洗定额m2，即

式中 n——有效孔隙率。

从以上所介绍的冲洗定额计算公式看，式（1-1-54）、式（1-1-55）都是在排盐系数即每单位冲洗水体所冲走的盐分是常数的前提下提出来的。而式（1-1-56）是假定盐分沿土壤垂直剖面均匀分布且下部高浓度溶液被排出后，计划冲洗层中盐分又立即达到上下均匀分布的情况。但实际情况并非如此，式 （1-1-62）克服了式 （1-1-54）、式（1-1-55）和式（1-1-56）的缺点，当弥散系数的选定比较合理时，计算结果能较好地反映冲洗时的实际情况。

2.用试验法确定冲洗定额

试验法有野外现场试验和室内试验两种。现场试验能综合反映各种因素的影响，试验资料能反映试验区的实际情况，试验成果比较可靠，有条件的地方应以现场试验为主。其缺点是试验工作量大，试验周期长，观测困难，易受水源、时间及气象等因素的影响。而室内试验所需人力少，试验周期短，便于进行单因子影响试验，便于取得系统、完整的资料，有利于进行理论上的分析研究。其缺点是试验条件与现场条件有一定出入。因此，可能的情况下，最好两种试验方法同时采用，以下仅介绍室内试验方法。

室内的试验多在垂直的土柱中进行，可进行以下内容的试验：

（1）不同冲洗水质冲洗效果的对比试验。

（2）不同冲洗方式下冲洗效果的对比试验，如连续冲洗、间断冲洗、不同间隔时间等的冲洗效果试验。

（3）不同冲洗水质，不同冲洗方式下盐分的分布、动态过程试验。

（4）不同冲洗水质，不同冲洗方式下冲洗定额（m2）的试验。

（5）在一定冲洗水质，冲洗方式和冲洗定额情况下，达到要求冲洗效果时的冲洗时间的试验等。

上述各种试验的试验原理、设备、操作方法基本上是一样的。

（三）试验原理

在采用冲洗措施改良盐碱土地区，一般均开挖完善的排水系统。在排水沟中间断面处，只有垂直方向的运动，而该断面又是渗漏强度最小的地方，淡化速度最慢，中间断面的淡化可以作为衡量冲洗效果的指标。

饱和土壤中全盐量（即可溶性盐分的总量）的测定方法很多，但比较简单快速且准确的方法是电导法。

土壤中可溶盐是强电解质，在水溶液中成带电离子，带电离子在电场作用下产生运动而具有导电作用，其导电能力的强弱称为电导度。将电导仪电极插入溶液中，测出两极板间的电阻。根据欧姆定律，在温度一定时，这个电阻值与极板的间距成正比，与极板的截面积成反比，即

式中 R——电阻，Ω；(www.daowen.com)

L——极板间距，cm；

A——极板截面积，cm2；

Q——电阻率。

对某一型号的电导仪电极而言，A、L都是常量，故L/A是常数，称为电极常数以Q表示。因电导是电阻的倒数，所以S=1/R=1/ρQ，其中1/ρ称为电导率，以k表示，则式（1-1-64）变为

溶液浓度不同其电导率（或电导度）不同，因电极常数是定值，所以可通过电极用电导仪测出溶液的浓度。

因为电导仪测出的是溶液的电导率，为此应事先作出不同盐类的浓度与其相应电导率的标准关系曲线。试验时，依据土壤盐溶液的类型及所测的电导率，查相应的关系曲线即得溶液的浓度值。

一般情况下，同一浓度纯溶液的电导率与其在土壤中溶液的电导率是不一样的，需要做出纯溶液电导率与同浓度时土壤溶液电导率关系曲线，以便由土壤溶液电导率折算成相应纯溶液时的电导率值。

试验时必须注意，溶液电导率易受外界因素影响，其中温度影响比较明显。据测定，大多数离子温度每增加1℃时，其电导率约增加2%。因此试验最好在温度变化不大的情况下进行，一般为25℃。如果温变较大，需将测定值乘以温度校正系数。

（四）试验装置

图1-1-10为冲洗试验装置基本结构图，其由五部分组成，即土柱，咸水供水平水装置，冲洗水供水平水装置，排水出流装置和测量系统。

图1-1-10　冲洗试验装置基本结构图

（1）土柱：土柱是装填在有机玻璃圆管内，管的内径12～15cm，管长1～1.5m，试样是按照一定容重分层装填的。在土柱的下端装设滤层，有机玻璃管的一侧，安设四个测压管，用以测量该位置的测压管水头并兼作充水饱和时排气之用。

（2）咸水供水、平水装置：冲洗试验是在饱和垂直土柱中进行的，试验前应将土柱用盐溶液充分饱和（盐溶液的种类和浓度根据试验要求配制）。为保证良好的饱和效果，咸水供水、平水装置应能根据要求置于不同高度。

（3）冲洗水供水、平水装置：冲洗试验是控制在一定的渗透速度下进行的，通过调整整个渗流运动的水头差来控制冲洗流量大小。

（4）排水出流装置：设置于土柱的下部，在饱和过程中它是关闭的，冲洗开始后，从出水口处可量得冲洗排水量及提取排水试样，调整出水口的高程还可起到调整入渗速度的目的。

（5）测量系统：由电导电极、电导仪和长图自动平衡记录仪组成。电极按一定的间隔埋设在土柱中（埋设时应使电极的两个铂金极板与水流方向平行）。在上部埋设较密，间隔为5cm；30cm以后每隔10cm埋设。电导电极直接与电导仪相联，试验人员可以直接在电导仪上测得各测点电导值。为了节约人力和连续观测，可用长图自动平衡记录仪进行记录。

图1-1-11　电导率与浓度关系曲线

长图自动平衡记录仪可顺序施测12个测点的电导值（测点数视不同型号而异），它可以根据试验者规定的测量时间间隔自动走点测量和记录。

该试验以20g/L的NaCl溶液作为盐碱地土壤水的浓度，冲洗水为一般的自来水。为便于由溶液电导率折算相应溶液浓度，已通过试验作出了电导率与浓度的关系曲线。如图1-1-11所示。

土柱装填完毕后，再一次测定土柱干容重和比重，并计算孔隙率n。

（五）试验过程和操作方法

（1）以冲洗定额试验为例，用一定浓度的NaCl溶液通过咸水供水箱和进水管从土柱下端使土柱逐渐饱和（注意供水压力水头不能太大，以10cm左右为宜）。待整个土柱都被盐溶液饱和以后，继续供咸水3～4h，以使土柱中各处溶液浓度相等。

（2）土柱被饱和后，需用电导仪测定各测点浓度。如果各测点浓度都相等，此时只需要做出一条纯溶液浓度电导率与相同浓度下土壤溶液浓度电导率关系曲线即可，如果各测点浓度不相等，需对每个测点都做出一条同浓度下，纯溶液电导率与土壤溶液电导率关系曲线，以备测定时查用，如图1-1-12所示。若要进行自动记录，则可将电导仪的输出端接到长图自动平衡记录仪上。图1-1-12中①～⑧为不同电极纯溶液电导率与土壤溶液电导率关系。

（3）打开排水出口，根据试验要求的冲洗速度调整出水口高程。（注意：此时仍是咸水在土柱内流动；土柱上部维持的水层厚度即为冲洗格田中淹灌水层的厚度，约为2～4cm）

图1-1-12　不同电极纯溶液电导率与土壤溶液电导率关系曲线

（4）渗流达到稳定后 （可通过测定出水量判定），即可开始冲洗试验。此时，冲洗水供水平水装置与上述（3）中咸水供水平水装置放在同一高程上；计时开始，迅速将供水水源由咸水改成冲洗水，并应设法将原咸水淹灌层换成淡水淹灌层；保持排水出水口的位置不变。

试验过程中需定期做排水流量和排水浓度的测定。如果不用自动记录仪，则应按一定时间间隔测定各点浓度。时间间隔视试样的类型而异，对于砂性土壤则间隔较短，黏性土壤则间隔可长些，如用轻壤土进行试验，开始时每20min或30min读一次数，后期可逐渐加大。此外，当淡水的前锋到达观测点后，该测点应加密观测次数，而当该断面已淡化或淡水尚未抵达，则不予观测或较长时间观测一次即可。

（六）数据处理和成果分析

1.根据整个试验结果确定冲洗定额m2

测定出试验过程中达到冲洗要求（即土壤水浓度和淡化深度）时的排水量（或渗入水量）W，即可求出相应冲洗定额m2

式中 A——土柱截面积。

2.根据试验资料确定计算冲洗定额的经验公式

计算冲洗定额经验公式的方法是根据试验资料点绘土柱平均浓度c与需水系数y的关系线，需水系数是指排盐系数的倒数，即达到某一平均冲洗浓度时，平均每一剩余浓度所需要的累积冲洗水量 [以cm/ （g/L）计]。

该关系一般为y=ac-b型曲线，可通过最小二乘法确定a、b系数，在Excel中，点绘lgy—lgc关系，直线截距即为a值，直线斜率为b值。根据土样的某次冲洗试验结果点绘成y—c关系线，如图1-1-13所示。求得该线经验公式为y=34c-0.43，由此可得该土样冲洗定额公式为

图1-1-13　y—c关系

3.根据短期试验资料用弥散理论计算冲洗定额m2

（1）用配线法确定弥散系数D。

将式（1-1-62）作如下代换：

故式（1-1-62）变为

图1-1-14　P—Q曲线族

（2）计算冲洗定额m2（以m3/ha计）。根据冲洗要求的浓度c，冲洗深度x，冲洗水浓度c0，土壤原来含盐浓度c1，孔隙流速v （以cm/h计）和弥散度D，通过式 （1-1 69）用试算法或查标准曲线求出相应冲洗时间t（以h计）。冲洗定额由下式计算

例如对某土样的一次试验，已知土壤孔隙率为0.4，容重1.4g/cm3，孔隙流速为0.34cm/h，土壤原含盐量20g/L （即0.57%），冲洗水浓度为零。已测得距土柱表面24cm处一测点的浓度变化过程。试求使1m土层内冲洗后的浓度为3.5g/L （即0.1%）时的冲洗时间和冲洗定额。

资料分析计算过程如下：

1）用配线法求该土样的弥散系数D值。根据试验结果点绘关系曲线，并与标准曲线相配，如图1-1-15所示。由配线结果可见，实测点据与P=0.01的标准曲线配合较好，故取P=0.01。由此可得D=ux/P=0.34×24/0.01=816cm2/h；相应弥散度a=D/u=816/0.34=2400cm=24m。

2）根据已知的D、u、x、c1和c0值，通过式（1-1-62）用计算法或查标准曲线计算达到要求的冲洗时间（以计算法为例）。

图1-1-15　关系曲线

设冲洗时间为100h，求x=100cm处的冲洗后浓度c值。

根据上述数值代入式（1-1-69）进行计算，求得c=3.40g/L也可看作c≈3.5g/L（即0.1%），认为试算成功，也即冲洗100h可达到冲洗要求。

由式（1-1-70）求相应冲洗定额m2=6.67×0.34×0.4×100=90.7m3/ha，余误差函数见表1-1-7。

表1-1-7　余误差函数S=erfc（z）表

注