分解性侵蚀

Question

如题所述

Answer 1

7.2.1.1 分解性侵蚀的计算公式及评价标准

分解性侵蚀的鉴定按表7-2-1 中“分解性侵蚀”中的pH_s、pH、游离CO₂（mg/L）3个指标来判断：

表7-2-1 水对混凝土的侵蚀性鉴定标准

注：该表引自文献^［27］。表中A为硅酸盐水泥，B为火山灰质、含砂火山灰质、矿渣硅酸盐水泥；表中系数a和b另查表7-2-2。

（1）分解性侵蚀指数pH_s是分解性侵蚀总指标：

供水水文地质计算

式中：

为水中

含量（mmol/L）；K₁为按表7-2-1查得的数值。当地下水实测的pH≥pH_s时，水无pH_s分解性侵蚀。

当地下水实测的pH＜pH_s时，则有分解性侵蚀：

实测pH ＜pH_s时有pH_s分解性侵蚀，即

供水水文地质计算

（2）pH值为酸性侵蚀指标。当地下水的pH值小于表中所列pH数值时，则地下水有酸性侵蚀。

（3）游离CO₂为碳酸侵蚀指标。碳酸侵蚀指标［CO₂］_s的计算公式为：

［CO₂］_s＝a［Ca²⁺］+b+K₂ （7-2-2）

式中：Ca²⁺为水中实测的Ca²⁺含量（mg/L）；a和b为按表7-2-2查取的系数值；K₂为按表7-2-1查取的常数值；

表7-2-2 公式（7-2-2）中的系数a、b之值

当地下水中实测的游离CO₂含量（mg/L）大于计算值［CO₂］_s时，则地下水有碳酸性侵蚀：

实测的游离CO₂＞［CO₂］_s时有碳酸性侵蚀，即

实测的游离CO₂＞a［Ca²⁺］+b+K₂时有碳酸性侵蚀

根据以上3个指标来判断，如果（1）、（2）、（3）中的任一种侵蚀性存在，则均应评价为该地下水具有分解性侵蚀。

为了叙述方便，把表7-2-1中的“大块碎石类土含水介质”取代号D，“砂类土含水介质”取代号S，“粘性土”取代号N；并把“大块碎石类土含水介质D”-“A类水泥”组合简称DA组合，“大块碎石类土含水介质D”-“B类水泥”组合简称DB组合，“砂类土含水介质S”-“A类水泥”组合简称SA组合，“砂类土含水介质S”-“B类水泥”组合简称SB组合，“粘性土N”-“A类水泥”组合简称NA组合，“粘性土N”-“B类水泥”组合简称NB组合。

7.2.1.2 分解性侵蚀鉴定指标的判别表达式

用表7-2-1 中“分解性侵蚀”的3个指标pH_s、pH、游离［CO₂］（mg/L）来鉴定分解性侵蚀时，其中的酸性侵蚀用地下水的pH值作为鉴定指标非常易于判断，只要判断一下地下水的pH值是否小于6.2、6.4、5.2、5.5，就鉴定出了DA组合、DB组合、SA组合、SB组合是否具有酸性侵蚀作用，同时也便于在平面图上圈划出具有酸性侵蚀的分布区、不具酸性侵蚀的分布区。

但是，另外两个指标“分解性侵蚀总指标”—pH_s、“碳酸性侵蚀指标”—游离［CO₂］，用现有的计算公式（7-2-1）、（7-2-2）却难以统一实现上述鉴定。

例如，“分解性侵蚀总指标”—pH_s的计算：

第一次先针对DA组合选用 K₁＝0.5代入公式计算出pH_s，再在（7-2-1）式中与地下水的实测pH值进行对比，来鉴定DA组合是否具有pH_s分解性侵蚀作用；

第二次再针对DB组合选用K₁＝0.3代入公式计算出pH_s，再在（7-2-1）式中与地下水的实测pH值进行对比，来鉴定DB组合是否具有pH_s分解性侵蚀作用；

第三次再针对SA组合选用K₁＝1.3代入公式计算出pH_s，再在（7-2-1）式中与地下水的实测pH值进行对比，来鉴定SA组合是否具有pH_s分解性侵蚀作用；

第四次再针对SB组合选用K₁＝1.0代入公式计算出pH_s，再在（7-2-1）式中与地下水的实测pH值进行对比，来鉴定SB组合是否具有pH_s分解性侵蚀作用；

因为K₁的取值不同，所以尽管前后四次计算pH_s均使用的是同一个公式，但是，同一个水样计算出的四个pH_s在公式（7-2-1）中却不具有可比性，不能使用统一的判别指标数值来对上述四种情况进行统一的鉴定、统一的绘制区域分区图。

“碳酸性侵蚀指标”—游离［CO₂］使用公式（7-2-2）的计算面临的也是同样的困惑，同样是因为K₂的取值不同，同一个水样前后四次使用同一个公式计算出的四个游离［CO₂］值在公式（7-2-2）中不具有可比性，不能使用统一的判别指标数值来对上述四种情况进行统一的鉴定、统一的绘制区域分区图。并且公式（7-2-2）的计算较之公式（7-2-1）的计算还要复杂得多，因为公式（7-2-2）中除K₂的取值不同外，还涉及查表7-2-2确定a、b两个待定系数。

为了解决这种鉴定指标不统一的矛盾，本书引进了“分解性侵蚀鉴定指标的判别表达式”，简称“判别式”，一个是针对pH_s的，称作“pH_s分解性侵蚀判别式”，简称“pH_s判别式”，另一个是针对“碳酸性侵蚀指标”—游离［CO₂］的，称作“碳酸性侵蚀判别式”。两个判别式的构成原理是相同的，这里以公式（7-2-1）为例推导出“pH_s判别式”：

把公式（7-2-1）移项整理为：

供水水文地质计算

把该不等式的左端用代号sk₁代替，即令：

供水水文地质计算

则公式（7-2-1）最终被整理成为：

供水水文地质计算

把公式（7-2-4）称作“pH_s分解性侵蚀判别式”，把计算值sk₁称作“pH_s分解性侵蚀判别值”。

同理，把公式（7-2-2）移项整理为：

实测的游离CO₂-a［Ca²⁺］-b＞K₂时有碳酸性侵蚀

把该不等式的左端用代号sk₂代替，即令：

sk₂＝实测的游离CO₂-α［Ca²⁺］-b （7-2-5）

则公式（7-2-2）最终被整理成为：

sk₂＝实测的游离CO₂-a［Ca²⁺］-b＞K₂时有碳酸性侵蚀

简明的表达式为：

sk₂＞K₂时有碳酸性侵蚀 （7-2-6）

把公式（7-2-6）称作“碳酸性侵蚀判别式”，把计算值sk₂称作“碳酸性侵蚀判别值”。

可以看出，这两个判别式的构成均是把地下水样检测数据作为已知数放在判别式的左侧，用代号sk₁、sk₂代替之，把计算出的判别值sk₁、sk₂与取值不同的常数项K₁或K₂进行比较，来鉴定对上述“第一次”至“第四次”的四种组合是否具有该项分解性侵蚀。

用计算出的判别值sk₁还可以实现在同一张图上用sk₁等值线绘制出sk₁＞0.3、0.5、1.0、1.3的四个pH_s分解性侵蚀分布区，用计算出的判别值sk₂在另一张图上用sk₂等值线绘制出sk₂＞15、20、60、80的四个碳酸性侵蚀分布区。

对于地下水酸性侵蚀鉴定指标的pH值，本身已经具备了“判别值”的功能，不需要另外构成“酸性侵蚀判别式”，但是，为了与另外两个判别表达式的表述采用统一的命名原则，这里把“实测的pH值＜表中的pH值”就直接称之为“酸性侵蚀判别式”、把“实测的pH值”用代号sk₃代替，就直接称之为“酸性侵蚀判别值”。

除了可以用sk₁等值线单图幅绘制pH_s侵蚀分区图、用sk₂等值线单图幅绘制碳酸性侵蚀分区图、用sk₃等值线单图幅绘制酸性侵蚀分区图之外，还可以很方便地实现用sk₁、sk₂、sk₃三判别值分别针对DA组合（或DB组合、或SA组合、或SB组合）的叠加同图绘制3种分解性侵蚀的综合叠加图。这3种分解性侵蚀的综合叠加图，只能分别按DA、DB、SA、SB四种组合分成四幅图来单独绘制。

把计算出的判别值sk₁用判别式（7-2-4）鉴定pH_s侵蚀作用的使用方法如下：

（1）当sk₁＞K₁＝0.5时，DA组合具有pH_s分解性侵蚀作用；

（2）当sk₁＞K₁＝0.3时，DB组合具有pH_s分解性侵蚀作用；

（3）当sk₁＞K₁＝1.3时，SA组合具有pH_s分解性侵蚀作用；

（4）当sk₁＞K₁＝1.0时，SB组合具有pH_s分解性侵蚀作用；

把计算出的判别值sk₂用判别式（7-2-6）鉴定碳酸性侵蚀作用的使用方法如下：

（1）当sk₂＞K₂＝20时，DA组合具有碳酸性侵蚀作用；

（2）当sk₂＞K₂＝15时，DB组合具有碳酸性侵蚀作用；

（3）当sk₂＞K₂＝80时，SA组合具有碳酸性侵蚀作用；

（4）当sk₂＞K₂＝60时，SB组合具有碳酸性侵蚀作用。

7.2.1.3 分解性侵蚀的计算程序

c fenjieqinshi.for 对工业建设3 种“分解性侵蚀”pH_s、［CO2］、pH 逐一进行计算评价，读进表7-2-2 的数据

c 输出分解性侵蚀评价结果文件sk.txt文件，该文件包括水样点x、y坐标，sk1、sk2、sk3值，水样点编号id

c sk1—“pHs判别值”计算结果、sk2—“碳酸性侵蚀判别值”计算结果、sk3—即pH值作为“酸性侵蚀判别值”

c fenxi（ndian，mxiang）—水质分析数据，ndian—水样点个数 mxiang—分析成分项数（6个）

c 表7-2-1中的：phs（ndian，4）-待计算的分解性侵蚀指数，即表7-2-1中的pHs

c hco（22）-表7-2-2中的HCO3meq/L

c a（22，6），b（22，6）-表7-2-2中的a、b系数，第1列为a（i，1），b（i，1），第2列为a（i，2），b（i，2）

c da1（ndian）-a1代表“普通的”“A硅酸盐水泥”，da2（ndian）-a2代表“抗硫酸盐的”“A硅酸盐水泥”

c x（ndian）-水样点的x坐标，y（ndian）-水样点的y坐标，id（ndian）-水样点编号

c hcomeq（ndian）-HCO根的毫克当量浓度hcomeq（i）＝（HCO mg/L）/61.0159（meq/L）

parameter（mxiang＝6，ndian＝16）

dimension fenxi（ndian，mxiang），sk1（ndian），sk2（ndian），id（ndian）

dimension hco（22），a（22，6），b（22，6），x（ndian），y（ndian）

dimension co（ndian，4），phs（ndian，4），ph0（ndian），hcomeq（ndian）

c 从fenxi.dat读取水质分析数据，排序：1游离CO2 2Ca+3Cl-4SO42-5HCO3-6pH值

open（1，file＝’fenxi.dat’）

do 20 i＝1，ndian

20 read（1，*）id（i），x（i），y（i），（fenxi（i，j），j＝1，mxiang）

close（1）

c 从biao7-2.dat读取表7-2-2的数据

open（1，file＝’biao7-2-2.dat’）

do 30 i＝1，22

30 read（1，*）hco（i），（a（i，j），b（i，j），j＝1，6）

close（1）

c 计算HCO根的毫克当量浓度hcomeq（i）＝（HCO mg/L）/61.0159（meq/L）：

do 40 i＝1，ndian

40 hcomeq（i）＝fenxi（i，5）/61.0159

c 200句循环体最终用公式（2）对ndian个水样逐个计算“pHs侵蚀判别值”—sk1（ndian）

do 200 i＝1，ndian

c ph0是公式（1）的“分式”一项，即还没有减 k1之前的计算值

ph0（i）＝hcomeq（i）/（0.15*hcomeq（i）-0.025）

c pHs（i，1）～phs（i，4）是公式（1）分别减去k1＝0.5，0.3，1.3，1.0之后的4个pHs计算值，图上标注用

pHs（i，1）＝ph0（i）-0.5

pHs（i，2）＝ph0（i）-0.3

pHs（i，3）＝ph0（i）-1.3

pHs（i，4）＝ph0（i）-1.0

200 sk1（i）＝ph0（i）-fenxi（i，6）

c 400句循环体是用公式（7-2-5）对ndian个水样逐个计算“碳酸性侵蚀判别值”—sk2（ndian）

do 400 i＝1，ndian

c 先计算碳酸性侵蚀指数co2s（ndian）的前2项之和：a*［Ca］+b

hcox＝hcomeq（i）

c 240句循环体是用HCO3meq/L查出在表7-2-2中的行位置，查出位于k行与k+1行之间

do 240 k＝1，22

k1＝k

if（hcox.ge.hco（k）.and.hcox.le.hco（k+1））goto 250

240 continue

c 计算k1行与k1+1行之间距d12，内插计算点的HCO3meq/L在k1行与k1+1行之间的位置dab

250 d12＝hco（k1+1）-hco（k1）

d1＝hcox-hco（k1）

dab＝d1/d12

c 计算表7-2-2的第一行 Cl和 SO根的总含量 cs（mg/L）：

cs＝fenxi（i，3）+fenxi（i，4）

c 一直到360句是查Cl和SO根的总含量cs（mg/L）属于表7-2-2的哪一列（属于第j列）

if（cs-200）310，310，260

260 if（cs-400）320，320，270

270 if（cs-600）330，330，280

280 if（cs-800）340，340，290

290 if（cs-1000）350，350，360

310 j＝1

goto 370

320 j＝2

goto 370

330 j＝3

goto 370

340 j＝4

goto 370

350 j＝5

goto 370

360 j＝6

c 计算第j列的k1行与k1+1行a、b值之间距da、db

370 da＝a（k1+1，j）-a（k1，j）

db＝b（k1+1，j）-b（k1，j）

c 用HCO3的位置dab确定a、b的位置，内差得到系数a、b值，即a1、b1：

a1＝a（k1，j）+da*dab

b1＝b（k1，j）+db*dab

c 计算碳酸性侵蚀指数co2s（ndian）的前2项之和：a*［Ca］+b

co2＝a1*fenxi（i，2）+b1

c 计算A、B、A、B四种砼的碳酸性侵蚀指数co2s（ndian）

co（i，1）＝co2+20

co（i，2）＝co2+15

co（i，3）＝co2+80

co（i，4）＝co2+60

c 计算表7-2-1中的碳酸性侵蚀判别值sk2（ndian），当用k2＝20、15、60、80为阀值绘制sk2的等值线图时

c 该等值线分区即为A、B、A、B四种砼的碳酸性侵蚀分区

sk2（i）＝fenxi（i，1）-co2

400 continue

c 输出3种分解性侵蚀评价结果：x坐标、y坐标、sk1、sk2、pH值、点编号

c sk1—“pHs判别值”、sk2—“碳酸性侵蚀判别值”、pH值—即“酸性侵蚀判别值”

open（1，file＝’sk.txt’）

do 500 i＝1，ndian

write（1，501）x（i），y（i），sk1（i），sk2（i），fenxi（i，6），id（i）

500 continue

close（1）

501 format（1x，2f12.2，3f10.2，3x，i4）

c 输出pHs分解性侵蚀评价结果：x坐标、y坐标、sk1、pH值（图上标注用）、砼的4种pHs侵蚀总指数（图上标注用），点编号

c sk1—“pHs侵蚀判别值”

open（1，file＝’sk1.txt’）

do 510 i＝1，ndian

write（1，511）x（i），y（i），sk1（i），fenxi（i，6），phs（i，1），phs（i，2），

* phs（i，3），phs（i，4），id（i）

510 continue

close（1）

511 format（1x，2f12.2，6f10.2，3x，i4）

c 输出碳酸性侵蚀评价结果：x坐标、y坐标、sk2、游离CO2（图上标注用）、砼的4种碳酸性侵蚀指数（图上标注用），点编号 c sk2—“碳酸性侵蚀判别值”

open（1，file＝’sk2.txt’）

do 520 i＝1，ndian

write（1，511）x（i），y（i），sk2（i），fenxi（i，1），co（i，1），co（i，2），co（i，3），

* co（i，4），id（i）

520 continue

close（1）

stop

end

7.2.1.4 分解性侵蚀的计算实例

某研究区长宽各100km，在潜水含水层中采集16个地下水样，点位置坐标及游离CO₂（mg/L）、Ca²⁺（mg/L）、Cl^-（mg/L）、

（mg/L）、

（mg/L）、pH值的检测结果列入表7-2-3中，现计算并鉴定其分解性侵蚀作用，并绘制分解性侵蚀作用分区图。

上小节的计算程序fenjieqinshi.for已设定为16个水样数据。首先按照程序fenjieqin⁃shi.for的数据要求逐个录入数据文件，共有fenxi.dat、biao7-2-2.dat两个数据文件。

表7-2-3 某研究区潜水采样点位置及有关的检测结果一览表

录入数据文件fenxi.dat如下：

1 10 10 4.0 86.17 21.91 60.04 328.17 8.5

2 20 30 4.5 46.32 10.92 30.41 232.06 8.1

3 40 30 4.6 64.45 9.10 56.96 216.79 7.9

4 60 30 81.0 44.31 21.85 42.48 216.79 6.1

5 80 30 115.0 79.55 43.70 93.16 287.02 5.2

6 99 10 6.0 55.39 14.57 37.65 250.38 8.2

7 20 60 7.0 65.46 17.30 42.48 302.29 7.9

8 40 60 5.0 39.68 10.03 30.93 196.06 8.2

9 60 60 118.0 71.16 12.78 4960.00 243.87 5.1

10 80 60 5.0 54.55 10.95 35.64 223.40 8.2

11 50 50 95.0 40.28 7.28 28.00 207.63 6.0

12 10 99 80.0 43.90 54.00 13.50 180.00 6.1

13 20 80 90.0 87.00 65.00 5.31 186.00 6.6

14 40 80 105.0 98.00 1100.00 5100.00 420.00 5.2

15 70 80 83.0 114.00 3600.00 7700.00 450.00 6.1

16 99 99 120.0 102.00 6100.00 7940.00 460.00 4.9

录入查表数据文件biao7-2-2.dat如下：

1.4 0.01 16 0.01 17 0.01 17 0 17 0 17 0 17

1.8 0.04 17 0.04 18 0.03 17 0.02 18 0.02 18 0.02 18

2.1 0.07 19 0.08 19 0.05 18 0.04 18 0.04 18 0.04 18

2.5 0.1 21 0.09 20 0.07 19 0.06 18 0.06 18 0.05 18

2.9 0.13 23 0.11 21 0.09 19 0.08 18 0.07 18 0.07 18

3.2 0.16 25 0.14 22 0.11 20 0.1 19 0.09 18 0.08 18

3.6 0.2 27 0.17 23 0.14 21 0.12 19 0.11 18 0.1 18

4 0.24 29 0.2 24 0.16 22 0.15 20 0.13 19 0.12 19

4.3 0.28 32 0.24 26 0.19 23 0.17 21 0.16 20 0.14 20

4.7 0.32 34 0.28 27 0.22 24 0.2 22 0.19 21 0.17 21

5 0.36 36 0.32 29 0.25 26 0.23 23 0.22 22 0.19 22

5.4 0.4 38 0.36 30 0.29 27 0.26 24 0.24 23 0.22 23

5.7 0.44 41 0.4 32 0.32 28 0.29 25 0.27 24 0.25 24

6.1 0.48 43 0.43 34 0.36 30 0.33 26 0.3 25 0.28 25

6.4 0.54 46 0.47 37 0.4 32 0.36 28 0.33 27 0.31 27

6.8 0.61 48 0.51 39 0.44 33 0.4 30 0.37 29 0.34 28

7.1 0.67 51 0.55 41 0.48 35 0.44 31 0.41 30 0.38 29

7.5 0.74 53 0.6 43 0.53 37 0.48 33 0.45 31 0.41 31

7.8 0.81 55 0.65 45 0.58 38 0.53 34 0.49 33 0.44 32

8.2 0.88 58 0.7 47 0.63 40 0.58 35 0.53 34 0.48 33

8.6 0.96 60 0.76 49 0.68 42 0.63 37 0.57 36 0.52 35

9 1.04 63 0.81 51 0.73 44 0.67 39 0.61 38 0.56 37

然后运行应用程序fenjieqinshi.exe 得到输出的计算结果文件之一sk.txt为：

10.00 10.00 -1.62 -68.17 8.50 1

20.00 30.00 -1.13 -33.72 8.10 2

40.00 30.00 -.91 -34.75 7.90 3

60.00 30.00 .89 45.58 6.10 4

80.00 30.00 1.71 55.47 5.20 5

99.00 10.00 -1.25 -38.09 8.20 6

20.00 60.00 -1.00 -51.86 7.90 7

40.00 60.00 -1.17 -26.47 8.20 8

60.00 60.00 1.86 90.48 5.10 9

80.00 60.00 -1.22 -33.55 8.20 10

50.00 50.00 1.01 61.72 6.00 11

10.00 99.00 .97 50.74 6.10 12

20.00 80.00 .45 53.41 6.60 13

40.00 80.00 1.63 42.31 5.20 14

70.00 80.00 .72 6.95 6.10 15

99.00 99.00 1.92 46.65 4.90 16

在计算结果文件sk.txt 中，第一列为横坐标（km）、第二列为纵坐标（km），第三列为sk₁，第四列为sk₂，第五列为sk₃，第六列为水样点编号。

用sk1.txt文件把sk₁＞0.5、0.3、1.3、1.0的四个pH_s分解性侵蚀分布区在同一张图上用sk₁等值线绘制出（图7-2-1）。图7-2-1a中实心圆点表示水样点的位置，圆点上方标注该点的编号，圆点下方标注该点水样的pH_s分解性侵蚀判别值sk₁数据。

图7-2-1 用判别值鉴定三种分解性侵蚀作用分区图

阅读图7-2-1时需要注意的是，图中所用的四种填充符号，分别代表DA组合、DB组合、SA组合、SB组合的pH_s分解性侵蚀分布范围。按照“pH_s分解性侵蚀判别式”的定义，sk₁＞0.3时DB组合具pH_s分解性侵蚀（同理，sk₁＞0.5 时DA组合具pH_s分解性侵蚀、sk₁＞1.0时SB组合具pH_s分解性侵蚀、sk₁＞1.3 时SA组合具pH_s分解性侵蚀），这里应注意区别sk₁＞0.3与0.5＞sk₁＞0.3的不同，sk₁＞0.3在分布图上的效果是，出现了DB组合的横线符号延伸到DA组合的竖线符号之下的双重符号重叠区域，这种符号重叠区域则代表该区域既有DA组合的pH_s分解性侵蚀，又有DB组合的pH_s分解性侵蚀，以此类推，四种符号全部叠加在一起的区域，则代表是四种组合均有 pH_s分解性侵蚀的区域。

图7-2-2 各组合3种分解性侵蚀综合叠加图

用碳酸性侵蚀作用判别值sk₂绘制碳酸性侵蚀作用分区图（图7-2-1b），圆点上方标注该点的编号，圆点下方标注该点水样的碳酸性侵蚀判别值sk₂数据。

用酸性侵蚀作用判别值sk₃绘制酸性侵蚀作用分区图（图7-2-1c），圆点上方标注该点的编号，圆点下方标注该点水样的酸性侵蚀判别值sk₃（即pH值）数据。

用sk₁、sk₂、sk₃（即pH值）三判别值分别针对DA组合（或DB组合、或SA组合、或SB组合）的叠加同图绘制三种分解性侵蚀（“pH_s分解性侵蚀分布区”、“碳酸性侵蚀分布区”、“酸性侵蚀分布区”）的综合叠加图，按照“分解性侵蚀”的判断原则：三种分解性侵蚀性作用其中任何一种侵蚀性存在，就判断为具有“分解性侵蚀”，因此，在三种分解性侵蚀的综合叠加图上，按“取大为准”的方法圈定出“分解性侵蚀”的总分布区，即：在综合叠加图上，三种分解性侵蚀中只要有其中一种在某区段存在，则就认为该区段具分解性侵蚀。

分别用sk₁、sk₂、sk₃三判别值同图叠加绘制成图7-2-2a DA组合三种分解性侵蚀综合叠加图、图7-2-2 b DB组合三种分解性侵蚀综合叠加图、图7-2-2 c SA组合三种分解性侵蚀综合叠加图、图7-2-2 d SB组合三种分解性侵蚀综合叠加图。