嘉峪关关城夯土遗址墙体含水率与电导率关系研究

徐晓君，张晓东，马庆珍，柳君君，许德臣，张翔，陈颖

(1.嘉峪关市世界文化遗产监测中心，甘肃嘉峪关735100；2.嘉峪关市长城博物馆，甘肃嘉峪关735100)



嘉峪关关城夯土遗址墙体含水率与电导率关系研究

徐晓君1，张晓东2，马庆珍1，柳君君1，许德臣1，张翔1，陈颖1

(1.嘉峪关市世界文化遗产监测中心，甘肃嘉峪关735100；2.嘉峪关市长城博物馆，甘肃嘉峪关735100)

摘要：测定了嘉峪关关城夯土遗址墙体含水率和城墙体土样浸出液电导率的含量。研究结果表明：盐分随水分发生运移，盐分运移与水分运移关系密切；在一定温度下，随着含水率的增大，土样浸出液电导率呈幂函数关系减小；由于盐分在遗址表层堆积，土体表面泛白酥解，严重时脱落。这些研究将为治理土遗址盐害提供依据。

关键词：土遗址；盐分；含水率；电导率

盐分运移是土壤溶质运移的一种。在土壤水的运动过程中，盐分随水分发生运移，盐分运移和水分运移是密切相关的[1]。水分含量通过测定土壤含水率的方法来测定。土壤含盐量可以通过土壤浸提液的电导率法测得。电导率法是一种快速、准确定量测定土壤可溶盐的方法[2-3]，它被广泛应用于土壤盐渍化研究、土壤肥力研究、土壤盐度研究、检测水质等方面[4-7]。

嘉峪关关城夯土遗址的主要病害是风蚀、雨雪侵蚀、盐害、裂缝等。这些病害中，可溶性盐分的运移和结晶是造成土遗址风化的重要因素之一，导致土遗址表面的盐析“泛白”“泛碱”现象发生[8]。因此，研究土遗址本体中可溶性盐分的运移对病害研究及病害防治具有重要意义。

为了深入研究土遗址可溶性盐分在土壤中的运移及其对土遗址的破坏作用，本试验测定了嘉峪关关城夯土遗址墙体含水率和城墙体土样浸出液电导率的含量，探索土遗址墙体含水率与土样浸出液电导率的关系，进一步探究盐分运移对遗址土体的破坏作用，这些研究将为治理土遗址盐害提供依据。

1材料与方法

1.1区域概况

采样区位于嘉峪关市以西约6 km处，酒泉市西25 km的嘉峪关长城。嘉峪关长城南起讨赖河，北至黑山石关峡口。嘉峪关关城总面积为33 500余m2，由内城、外城、罗城、瓮城、城壕组合而成，外围周长1 263 m。嘉峪关关城所在地区主要地貌为戈壁，东西较长，南北稍窄，自然坡度13.3°，海拔1 400～2 200 m，属戈壁砾石地貌。气候类型属于温带大陆性荒漠气候，日照长而强烈，降水少，蒸发快，多大风，温差大，年平均气温在6.7～7.7 ℃，平均降水量0.085 m左右，平均蒸发量2.114 m左右。关城内夏秋季多东南风，冬春季多西北风，年平均风速在2.5 m/s。植被类型为荒漠型植被，主要有旱生及超旱生的灌木和半灌木，覆盖度5%以下。

1.2样品采集

嘉峪关关城东闸门东南面墙体出现了泛白、酥碱和脱落病害，取样在东闸门东南面墙体上进行。

1)样品1。在嘉峪关关城东闸门东南面墙体第4层砖上，取样是在水平方向距墙体最左端0.4 m处，沿x轴向外分别取5个样品1-a、1-b、1-c、1-d、1-e。

2)样品2。在嘉峪关关城东闸门东南面墙体第4层砖上，取样是在水平方向距墙体最左端2.5 m处，沿x轴向外分别取4个样品2-a、2-b、2-c、2-d。

3)样品3。在嘉峪关关城东闸门东南面墙体距墙体最左端0.95 m，由上向下沿y轴分别取5个样品3-a、3-b、3-c、3-d、3-e。

4)样品4。在嘉峪关关城东闸门东南面墙体距墙体最左端1.63 m，由上向下沿y轴分别取4个样品4-a、4-b、4-c、4-d。

将取得的样品装入塑料样品袋，密封保存，带回实验室。

1.3测定方法

1.3.1电导率的测定

将样品带回实验室内风干、混合、除去杂物。按土水质量比1∶5加入二次蒸馏水，振荡3 min后过滤，所得的透明滤液即为土样浸出液，贮于三角瓶中供分析用。电导率测定法使用Spectrum Technologies,Inc.生产的2265FS电导率仪，该仪器带有自动温补装置，操作简单，工作稳定，直接插入浸出液中读数即可。

1.3.2含水率的测定

含水率的测定采用JT-C50墙面地面水分仪，该仪器采用高周波原理，是一款高性能、数字化的水分测定仪器，可直接接触被测物测定其含水率。

2结果与讨论

2.1定量分析

各样品的含水率和土样浸出液的电导率测定结果见表1～4。

表1　样品l含水率和土样浸出液电导率

表2　样品2含水率和土样浸出液电导率

表3　样品3含水率和土样浸出液电导率

表4　样品4含水率和土样浸出液电导率

由表1～2可知，在东闸门东南面墙竖直表面，盐分在遗址表面大量累积，土壤含盐量向外迅速降低。由表3～4可知，在东闸门东南面墙，随距离遗址水平地面深度的增加，土壤盐分向上部缓慢积累。

图1为土样浸出液电导率与含水率的关系曲线。

图1　样品2-a、1-b、4-c、3-d的土样浸出液电导率与含水率的关系

图1表明，随着墙体含水率的增大，土样浸出液的电阻率呈幂函数关系减小。样品1～4的试验结果拟合后，分别得到如下关系式：

y=1.194x-0.424(R2=0.955)

(1)

y=2.841x-0.653(R2=0.999)

(2)

y=4.752x-1.06(R2=0.975)

(3)

y=0.525x-0.304(R2=0.994)

(4)

式中：x为含水率；y为土样浸出液的电导率；R为相关系数。

2.2含水率与电导率

图2　样品1的含水率和土样浸出液电导率

图2～3为样品1、3的含水率和土样浸出液电导率情况。

图3　样品3的含水率和土样浸出液电导率

由图可知，随距离水平地面深度的减小，土样浸出液电导率随含水率的增大而减小，含盐量也缓慢减小，含水率最后趋向于25%。

由样品1可知，距离遗址竖直表面深度增加，土样浸出液电导率随含水率的增加而减小，含盐量逐渐减小，由此表明表层含水率低而含盐量大，这是因为墙体水分蒸发和干湿交替作用使含水率降低，内层水分向墙体表面迁移，盐分也随水分向墙体表面运移。由于水分蒸发形成过饱和溶液，最后盐分在表层析出而积累堆积，发生盐胀作用，在墙体孔隙中形成内应力，使土壤颗粒之间的距离拉大，黏结力减小，土体表面泛白酥解，严重时引起土颗粒的脱落。

3结论

通过对嘉峪关关城夯土遗址墙体含水率和电导率的测试得出以下结论：

1)在一定温度下，随着含水率的增大，土样浸出液电导率呈幂函数关系减小。

2)通过对墙体夯土的含水率和土样浸出液电导率测定得知，盐分随水分发生运移，盐分运移与水分运移关系密切。

3)盐分在遗址表层结晶和堆积，发生盐胀作用，使土壤颗粒之间的距离拉大，黏结力减小，土体表面泛白酥解，严重时引起土颗粒的脱落。

[参考文献]

[1]金志锋,薛华健,刘凯,等.土壤水盐分运移规律研究进展[J].价值工程,2014,33(26):294-296.

[2]潘国勇,李玉梅,罗明奇,等.电导法测定黄土-古土壤序列易溶盐含量的方法学研究[J].中国科学院大学学报,2014,31(6):791-798.

[3]厉仁安,王飞,秦方锦,等.滨海盐土全盐量与电导率之间最佳曲线方程研究[J].农学学报,2015(3):013.

[4]姚荣江,杨劲松,刘广明.EM38在黄河三角洲地区土壤盐渍化快速检测中的应用研究[J].干旱地区农业研究,2008,26(1):67-73.

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[6]张瑜斌,邓爱英,庄铁诚,等.潮间带土壤盐度与电导率的关系[J].2003,12(2):164-165.

[7]傅卫卫,应伯根.工业水处理过程中电导率测量方法的研究[J].浙江大学学报(自然科学版),1999,33(2):204-208.

[8]赵光涛,李玉虎,张译丹,等.西安明城墙砖石表面风化因素分析[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2015,43(4):54-58.

责任编辑：陈亮

doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2016.03.010

收稿日期：2016- 04- 15

基金项目：甘肃省文化遗产保护领域科研项目(GWJ2014021)

作者简介：徐晓君(1989—)，女，硕士。

中图分类号：K878

文献标志码：A

文章编号：1671- 0436(2016)03- 0045- 03

Relationship Between Water Content and Electric Conductivity of the Earthen Walls of the Jiayuguan Pass

XU Xiaojun1,ZHANG Xiaodong2,MA Qingzhen1,LIU Junjun1,XU Dechen1,ZHANG Xiang1,CHEN Ying1

(1.Jiayuguan World Cultural Heritage Monitoring Centre,Jiayuguan 735100;2.Jiayuguan Great Wall Museum,Jiayuguan 735100)

Abstract：Water content and electric conductivity of the earthen walls of the Jiayuguan Pass is measured through the lixivium.Results show that salt moves with water,and the movement of salt and water are closely related.Under certain temperature,electric conductivity of the lixivium decreases as water content increases,which displays a power function relation.Because of the crystallization of salt,the surface soil of the earthen ruins is soft and loose,and even falls off.The research provides scientific basis for the control of salt damage.

Key words：earthen ruins;salt;water content;electric conductivity