序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的地下水對(duì)調(diào)水工程輸水管道的腐蝕影響樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

膠東調(diào)水工程是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略性意義的水資源調(diào)配工程，同時(shí)也是一項(xiàng)重大的保障性的民生工程，輸水管道建成后，通過優(yōu)化配置水資源，緩解了膠東半島缺水的局面，為山東省煙臺(tái)、威海市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了水利保障[1]。截至目前，膠東調(diào)水工程已經(jīng)通水運(yùn)行5年，工程運(yùn)行對(duì)沿線地下水系統(tǒng)帶來(lái)了一定的影響，同時(shí)由地下水環(huán)境帶來(lái)的沉降、塌陷、浮托、突涌，尤其對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)浸蝕的潛在風(fēng)險(xiǎn)也在逐漸地增加。為了減少、避免或消除沿線地下水給工程運(yùn)行管理帶來(lái)的各種影響，降低工程運(yùn)行成本，需要以膠東調(diào)水工程穿越區(qū)地下水環(huán)境狀況可能對(duì)工程產(chǎn)生的不利影響進(jìn)行研究，調(diào)查研究地下水位水質(zhì)狀況，分析可能對(duì)膠東調(diào)水工程產(chǎn)生的不利影響，為提出切實(shí)可行的對(duì)策措施，保障膠東調(diào)水工程安全、長(zhǎng)效運(yùn)行提供支撐?；炷凉艿谰哂休^好的承載和防腐能力，在城市建設(shè)中始終發(fā)揮著越來(lái)越大的作用[2]。由于地下水環(huán)境對(duì)鋼筋混凝土具有腐蝕作用，因此在水利工程中鋼筋混凝土等構(gòu)造物的維修費(fèi)用是一項(xiàng)巨大的經(jīng)濟(jì)支出[3]，例如，在1922年，占美國(guó)債務(wù)6%份額的各類混凝土結(jié)構(gòu)物的維修費(fèi)高達(dá)2.6?1011美元[4]。我國(guó)目前沒有足夠嚴(yán)格的調(diào)查數(shù)據(jù)，如果按占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)2%～4%份額來(lái)進(jìn)行推算，我國(guó)歷年因鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕維修導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)支出的金額為1.7?1011～3.5?1011元[5]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，因鋼筋混凝土尤其是地下管道的腐蝕而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失在所有腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失中占有相當(dāng)大的比例[6]。早在200a前，國(guó)外學(xué)者就認(rèn)識(shí)到水對(duì)鋼筋混凝土有腐蝕作用，特別是對(duì)輸水管道的腐蝕作用尤為明顯，是由地下水和土壤中離子侵蝕作用所導(dǎo)致[7]。早在19世紀(jì)初，國(guó)外學(xué)者維卡首次提出水中SO2-4對(duì)混凝土具有腐蝕性，后來(lái)英、法、日、德、前蘇聯(lián)等國(guó)家的學(xué)者先后在實(shí)驗(yàn)室及室外進(jìn)行了大量研究和試驗(yàn)[8]。我國(guó)學(xué)者對(duì)鋼筋混凝土受地下水腐蝕性研究較少，資料不足，為了削弱地下水對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕性作用，延長(zhǎng)地下混凝土輸水管道的使用壽命，亟需對(duì)地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕問題進(jìn)行深入研究[9]。為了研究地下水對(duì)膠東調(diào)水工程混凝土輸水管道的腐蝕情況，本文中選擇膠東調(diào)水工程煙臺(tái)—威海段的暗渠和管道段進(jìn)行地下水腐蝕性分析評(píng)價(jià)，采用統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案（SPSS）軟件進(jìn)行分區(qū)段水質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行腐蝕性等級(jí)評(píng)定，確定不同管段的地下水腐蝕性影響程度。

1研究區(qū)域概況

膠東引黃調(diào)水工程位于山東省域內(nèi)，地上段從濟(jì)南市章丘區(qū)漁張村起，至濰坊市昌邑市宋莊鎮(zhèn)后分水，直到煙臺(tái)市龍口黃水河泵站；地下段從黃水河泵站開始，直至威海市文登區(qū)米山水庫(kù)，此段通過管道、隧洞、暗渠等輸水。工程輸水線路總長(zhǎng)482.4km，考慮到明渠段在輸水期間主要作為地下水的補(bǔ)給源，因此本文中不對(duì)明渠段進(jìn)行研究。鑒于地下水對(duì)膠東調(diào)水工程混凝土管道的腐蝕性影響，本文中主要研究區(qū)段為煙臺(tái)龍口黃水河泵站—威海文登米山水庫(kù)段（煙威地區(qū)），輸水工程采用壓力管道、隧洞輸水和暗渠，全長(zhǎng)149.88km。依次經(jīng)過黃水河泵站、溫石湯泵站、高疃泵站、星石泊泵站、米山水庫(kù)這4個(gè)站點(diǎn)，工程管道與暗渠材質(zhì)類型狀況如圖1所示。

2地下水水環(huán)境分析

2.1水質(zhì)指標(biāo)選取

地下水對(duì)輸水管道腐蝕主要包括對(duì)混凝土、混凝土鋼筋和鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕?；炷粮g分為結(jié)晶性腐蝕、分解性腐蝕、結(jié)晶分解性腐蝕（復(fù)合性腐蝕），地下水中的Cl-、SO42-、HCO3-、Mg2+、NO3-離子與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其水解從而發(fā)生腐蝕；鋼筋的銹蝕主要是由地下水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電位差所導(dǎo)致；鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是酸性腐蝕，pH<5的水對(duì)鐵具有強(qiáng)腐蝕性，一些重金屬鹽也會(huì)對(duì)鐵管造成銹蝕[11]。依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2009），參照該規(guī)范地下水中具有腐蝕性化學(xué)離子對(duì)混凝土的腐蝕指標(biāo)[10]，在對(duì)研究區(qū)段地下水腐蝕機(jī)理進(jìn)行分析論證基礎(chǔ)上，確定本次檢測(cè)的地下水的水質(zhì)指標(biāo)主要涵蓋電導(dǎo)率，pH，硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽（以N計(jì)）、碳酸根、碳酸氫根、鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、堿含量共12個(gè)指標(biāo)。其中，針對(duì)混凝土的腐蝕選取的主要指標(biāo)為pH，Cl-、SO42-、HCO3-、Mg2+、NO3-含量。對(duì)混凝土中鋼筋的腐蝕選擇主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為Cl-含量、干濕交替或長(zhǎng)期浸水。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕選取的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為pH、Cl-、SO42-含量。

2.2水質(zhì)分析

2021年分2次分別對(duì)引黃調(diào)水工程沿線明渠水以及淺層地下水進(jìn)行采樣。通過統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案(SPSS)軟件對(duì)水樣的水質(zhì)特性進(jìn)行綜合分析統(tǒng)計(jì)可知，地下暗渠和管道工程的地下水的pH一般為7~8，電導(dǎo)率為900~1200μS/cm，所含的Na+和K+的質(zhì)量濃度為53~116mg/L，Ca2+的質(zhì)量濃度為18~160mg/L，Mg2+的質(zhì)量濃度為15~45mg/L，SO42-的質(zhì)量濃度為75~250mg/L，Cl-的質(zhì)量濃度為50~175mg/L，NO3-的質(zhì)量濃度為5~27mg/L，HCO3-的質(zhì)量濃度為100~200mg/L。地下水的優(yōu)勢(shì)陰離子為HCO3-，SO42-次之，因此對(duì)混凝土腐蝕起主導(dǎo)作用的是HCO3-和SO42-，Cl-起次要作用，主要是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行腐蝕[12]?？紤]到各區(qū)段離子濃度的不同，因此取各區(qū)段的離子濃度最大值進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)具體各地區(qū)離子濃度數(shù)據(jù)，分別對(duì)輸水管道涉及的地下水水質(zhì)狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，相關(guān)結(jié)果見表1。由表1可知，龍口、牟平、文登、福山、蓬萊5個(gè)地區(qū)的SO42-質(zhì)量濃度最大值為136~213mg/L，pH為7.9~8.3，HCO3-質(zhì)量濃度最大值為88~330mg/L，SO42-、NO3-、Cl-三者的質(zhì)量濃度最大值為260~430mg/L，其中Cl-的質(zhì)量濃度最大值為131~227mg/L，Cl-、SO42-兩者的質(zhì)量濃度最大值為201~387mg/L。

3地下水對(duì)輸水管線工程腐蝕性影響評(píng)價(jià)

針對(duì)地下水化學(xué)特性對(duì)混凝土、鋼結(jié)構(gòu)工程造成腐蝕破壞，從而造成混凝土工程強(qiáng)度降低或結(jié)構(gòu)破壞，影響工程安全的問題，在黃水河泵站—米山水庫(kù)段（煙威地區(qū)）穿越區(qū)內(nèi)，在不同渠段和重點(diǎn)部位中選擇典型斷面和部位，根據(jù)周邊地下水質(zhì)狀況分析的結(jié)果，從水化學(xué)角度對(duì)地下水對(duì)膠東調(diào)水工程輸水管道腐蝕的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而進(jìn)行地下水對(duì)地下輸水管道腐蝕等級(jí)的評(píng)定。

3.1評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的選取

參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范以及專家學(xué)者對(duì)供水工程評(píng)價(jià)指標(biāo)和指標(biāo)體系的研究，結(jié)合膠東調(diào)水工程實(shí)際情況，將地下水水質(zhì)和地下水環(huán)境對(duì)研究區(qū)段地下輸水管道腐蝕影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)：有極強(qiáng)不利影響、有不利影響、有微弱影響、基本無(wú)影響。4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)4個(gè)腐蝕程度，每個(gè)地區(qū)的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)依據(jù)最高腐蝕程度定級(jí)。腐蝕等級(jí)按腐蝕程度分為1、2、3、4級(jí)共4個(gè)等級(jí)。地下水對(duì)研究區(qū)段地下輸水管道的腐蝕程度由輸水管道所在地的地下水環(huán)境以及地下水中腐蝕性離子濃度所決定。本文中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB—50021—2001）中地下水腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等級(jí)評(píng)估。選取分別考慮受環(huán)境類型影響與受地層滲透性影響時(shí)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)范圍如表2—4所示。需要說(shuō)明的是：1）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值適用于干濕交替作用，如果沒有干濕交替作用，表中標(biāo)準(zhǔn)范圍應(yīng)該是原標(biāo)準(zhǔn)的1.3倍；2）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值適用于不凍區(qū)，若在冰凍區(qū)則是原標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的80%，微凍區(qū)是原標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的90%[13]?；炷林械匿摻钪饕艿叵滤蠧l-的含量、地下水環(huán)境干濕狀態(tài)等影響，地下水水質(zhì)和地下水環(huán)境對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表5。地下水環(huán)境分為以下3類：Ⅰ類水環(huán)境，處于強(qiáng)透水層；Ⅱ類水環(huán)境，處于弱透水層且伴有干濕交替作用；Ⅲ類水環(huán)境，也處于弱透水層，但不具有干濕交替作用。根據(jù)地下水實(shí)際條件并結(jié)合氣候與地理位置可以綜合判定地下水環(huán)境所屬類別。本文中以離子濃度最大值進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐叵滤疾旒暗乩砦恢镁C合判定，研究區(qū)域場(chǎng)地地下水環(huán)境臨水且干濕交替，所以本文中將其定為Ⅱ類水環(huán)境并處于弱透水層，同時(shí)伴有干濕交替作用。具體的地下水環(huán)境評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表7。

3.2評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)表2—7的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合研究區(qū)段地下水環(huán)境類別、地下水水質(zhì)分析結(jié)果，分別進(jìn)行地下水對(duì)研究區(qū)段混凝土輸水管道的結(jié)晶性、分解性、結(jié)晶分解性腐蝕評(píng)價(jià)，地下水對(duì)鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性評(píng)價(jià)以及地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性評(píng)價(jià)。最后通過水質(zhì)分析，對(duì)黃水河泵站—米山水庫(kù)段地下水腐蝕性離子進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)結(jié)果見表8、9?？梢钥闯觯耗z東調(diào)水工程從黃水河泵站到文登區(qū)的米山水庫(kù)接管點(diǎn)，各區(qū)段地下水水質(zhì)與地下水環(huán)境對(duì)混凝土基本無(wú)腐蝕性；混凝土中鋼筋因受到地下水水質(zhì)和環(huán)境的影響而受到弱腐蝕；地下水水質(zhì)和環(huán)境對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性程度為弱腐蝕。

4結(jié)論

經(jīng)過水質(zhì)、水環(huán)境分析并進(jìn)行腐蝕等級(jí)的評(píng)估，可以得出膠東調(diào)水工程黃水河泵站—米山水庫(kù)段地下水對(duì)混凝土的腐蝕性為基本無(wú)腐蝕；混凝土中鋼筋受到地下水的影響而造成的腐蝕為弱腐蝕；鋼結(jié)構(gòu)受到地下水影響而導(dǎo)致腐蝕為弱腐蝕。綜上所述，黃水河泵站—米山水庫(kù)段地下水對(duì)輸水管道以及暗渠的鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)僅有微弱影響。由于該區(qū)段地下水對(duì)工程具有微弱腐蝕性，因此不僅要對(duì)該區(qū)段用瀝青或者樹脂在接觸面進(jìn)行包裹防腐，而且還要進(jìn)行場(chǎng)地降水、排水換土此類進(jìn)行防護(hù)。

作者:劉豐銘 金麗 李慶國(guó) 孫翀 趙汝鵬 楊文泰 武瑋 單位:南大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 山東省水利科學(xué)研究院 山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心 水發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，