当前课程知识点：土壤污染控制 > 3土壤环境污染物的迁移转化 > 3.1土壤环境中物质的迁移转化规律 > 3.1.1土壤环境中物质的迁移转化规律
各位同学大家好
今天我们一块来学习土壤环境中
物质的迁移转化规律
我们首先来看土壤溶质运移现象
土壤溶液的组成和浓度变化影响着
土壤溶液的特性乃至整个土壤的性质
土壤溶液中溶质的运移则是土壤环境中
物质迁移的重要方式
与土壤中污染物的迁移和转化有密切的关系
因此土壤溶质运移现象
及其规律是土壤中污染物环境行为的基础
我们来看土壤中溶质的主要来源及其分类
对土壤体系而言
其溶质分为有机溶质和无机溶质两大部分
不管是哪一种类型的溶质
都包括天然来源和人为来源
如成土岩石、降水
地下水
生物过程等这些天然来源
也包括人为来源对其的影响
另外
工业三废、农业面源等则是典型的人为来源
下面我们来看土壤溶质运移机理，主要有
三种类型，即分子扩散
质体流动，又称对流
机械弥散或又称对流弥散
首先我们来看第一种
分子扩散
扩散是由于分子不规则运动
也就是热运动而使物质分子发生转移的过程
分子扩散由土壤溶液体系中溶质的
浓度梯度所引起
只要浓度梯度存在
即使土壤溶液本身不发生流动
扩散
现象依然是存在的
我们来看扩散作用的Fick定律
这是Fick定律的公式
在Fick定律的公式中
其扩散的通量主要与溶质浓度
也就是dC与dx的浓度梯度相关
另外
还受溶质扩散系数
Ds的重要影响
因此
很多的学者和研究者就对
土壤溶质扩散系数进行了大量研究
如1965年Olsen和Kemper
对土壤溶质扩散系数方程进行了研究
得出在土壤溶质扩散体系中
扩散宏观平均途径比上实际的
弯曲途径是小于1的
因此我们说土壤溶质的扩散系数一般
都小于它在纯水中的扩散系数D0
后来又发展出土壤溶质扩散系数的
经验公式
在此公式中a、b作为重要参数
一般a的取值在0.001到0.005之间
主要对应从黏土到砂壤土的不同
土质类型
其适用的土壤水吸力范围为0.03
到1.5兆帕之间
到20世纪80年代之后
我们普遍适用的Fick定律扩散模型
主要考虑了弯曲因子的影响
弯曲因子是一个无量纲的因子
其变化范围为0.3-0.7
下面我们来看第二种主要的土壤中
溶质运移机理，即质体流动
质体流动又称对流，是指
溶质随土壤水运动的过程
是农药等非水相有机污染物在土壤体系中
常见的运移方式
我们来看对流的溶质通量公式与
Fick定律相似
溶质的对流通量也与土壤中
溶质的浓度成正比
同时受水通量的影响
溶质的对流运移可以在饱和土壤中发生
也可以在非饱和土壤中发生
可在稳态水流如一般的土柱实验下
也可以在非稳态水流如自然情况下发生
溶质运移的过程不仅仅发生对流运移
特别是在非饱和流的情况下
对流运移也不一定是运移的主要过程
但在某些特定情形，像饱和流
运动速度较快的时候
我们就可以把溶质运移现象视为一种
相对比较单一的对流运动
下面我们来看第三种
机械弥散，又称对流弥散
当流体在多孔介质
如土壤体系中流动时
由于孔隙系统的存在
使得流速在孔隙中的分布
无论是其大小还是方向都不均一
这种微观速度不均一所造成的特有的物质运动
我们称之为对流弥散
对流弥散在土壤体系中有不同的
原因和类型
主要分成三种
第一种情形
由于流体的粘滞性
使得孔隙通道轴处的流速大
而靠近通道壁处的流速小
第二种情形
由于通道口径大小不均一而引起的
通道轴的最大流速之间也是有所差异的
第三种情况
由于固体颗粒的切割阻挡
流线相对平均流动方向会产生起伏
使流体质点的实际运动发生弯曲
而孔隙的弯曲程度不同和封闭孔隙团粒
内部孔隙水流又基本不流动
从而导致微观流速的差异
下面我们来看机械弥散的计算公式
我们来看它和Fick定律的公式类型
也是比较相似的
但是我们要用机械弥散系数也就是
Dh来表征在土壤溶质体系中
机械弥散的常数和系数
在土壤溶液体系中
溶质运移机理的三部分里
分子扩散和机械弥散或对流弥散
我们把它合在一起
就是土壤中溶质运移的水动力学
或者叫做水动力弥散
那么
水动力弥散是对流弥散和分子扩散之和
是由质点的热动力作用
和因流体对溶质分子造成的机械混合作用
而共同产生
可以综合反应溶质、土壤特性
既与多孔介质
如土壤体系的状况及溶质的性质有关
又受含水量及孔隙水流速的影响
同样的
水动力弥散的计算公式
也和前边的不同计算公式类似
只是它最重要的是整体的
有效水动力弥散系数
下面我们来看水动力弥散在实际
土壤中的表现形式
首先当对流速度相当大的时候
会导致机械弥散作用大大超过分子扩散作用
此时溶质在土壤体系中的扩散
可以忽略不计
只需要考虑机械弥散作用
另外一种极端情况
当土壤溶液静止或近似静止的时候
机械弥散完全不起作用
或者可以忽略，此时水动力弥散
就与溶质在土壤体系中的分子扩散
基本相当了
那么对于实际土壤来说
则可能是处于这两种形式之间的
一种方式
也就是说对流弥散和分子扩散都会
起到一定的作用
下面我们结合一个实际的例子来看
水动力弥散在土壤中的表现形式
我们看首先旱地的情形
可以认为它的土壤水运动的
速度很慢或静止
也就是说在旱地的情境下
土壤中的水动力弥散基本是以
分子扩散为主的
而水田或者是农田等进行
灌溉的时候
可以认为土壤水的流速很大
此时就是水动力弥散和对流弥散基本
相当的一种情况
而如果某一个农田
像水稻田不同的水旱轮作
就是类似旱地和水田的不停交替
在这样的体系里
水动力弥散就会表现出分子扩散
和对流弥散的交替
或者说是实际两者并存的一种情况
好
这就是我们今天主要的内容
谢谢大家
-1.1土壤环境
-1.2土壤生态系统组成及其环境生态意义
-1.3土壤性质
-1.4土壤形成
-土壤污染控制第一部分作业
-2.1土壤污染及其特点
-2.2土壤典型污染物
-土壤污染控制第二部分作业
-3.1土壤环境中物质的迁移转化规律
-3.2土壤环境中典型污染物的运移
-土壤污染控制第三部分作业
-4.1土壤环境法律法规体系
-4.2污染土壤环境风险评估
-4.3污染土壤环境风险控制
-土壤污染控制第四部分作业
-5.1土壤污染控制与土壤修复概念及分类
-5.2物理化学控制技术
--5.2.3热解吸
-5.3生物控制技术
-5.4集成控制技术
-土壤污染控制第五部分作业
-6.1污染场地
-6.2污染场地环境管理主要环节
-土壤污染控制第六部分作业
-土壤污染控制
