CN109100289A - 一种建立土壤腐蚀预测模型的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，包括如下步骤：步骤一：选定相同土质的土壤区域为目标土壤，对目标土壤采样并分析目标土壤理化性质；步骤二：制备模拟土壤，在模拟土壤中分别做金属材料腐蚀实验，模拟土壤的金属材料腐蚀实验称为实验A；步骤三：根据步骤二中金属材料腐蚀试验的结果区分均匀腐蚀形态和非均匀腐蚀形态；步骤四：对呈均匀腐蚀形态的金属材料腐蚀实验结果，通过线性回归、非线性回归方法筛选模型，并进行校正，建立全部的主因素综合模型；步骤五：对于非均匀腐蚀形态，通过建立单因素分析建立单因素腐蚀模型，建立一套准确度高、实时评价性质强、具有一定普适性的土壤腐蚀预测模型。

Description

一种建立土壤腐蚀预测模型的方法
技术领域
本发明涉及土壤腐蚀评价领域，具体提供了一种建立土壤腐蚀预测模型的方法。
背景技术
目前土壤腐蚀性评价的基础工作主要包括单项指标法和多项指标法，单项指标法由于所采集数据具有单一性，评价时常常出现误判，因此只能在某一领域应用，有逐渐淘汰的趋势；多项指标法相比单项指标法，数据全面，评价准确率高，说服性强，是目前应用最广的评价手段。但多项指标法的缺陷如下：(1)模型不具有普适性；所评价土壤体系具有复杂性，不同材质金属在土壤中的腐蚀规律还不清晰，如对不同地区同一土质的数据采集程度不足，但却为达到准确评价的效果，时常会出现一个地区一种土质一种模型；(2)模型准确性不够；目前多项指标法对土壤腐蚀所建立的模型均建立在短时间的材料腐蚀实验的数据基础上。(3)不能实时分析地下构筑物(接地网等)的腐蚀程度；多项指标包含土壤的全部理化性质，因其采集方法及采集数量限制了腐蚀评价的实效性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：建立一套准确度高、实时评价性质强、具有一定普适性的土壤腐蚀预测模型。
本发明的技术方案是：一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，包括如下步骤：
步骤一：选定相同土质的土壤区域为目标土壤，对目标土壤采样并分析目标土壤理化性质；
步骤二：制备模拟土壤，在模拟土壤中做金属材料腐蚀实验，称为实验A；
步骤三：根据步骤二中金属材料腐蚀试验的结果区分均匀腐蚀形态和非均匀腐蚀形态；
步骤四：对呈均匀腐蚀形态的金属材料腐蚀实验结果，通过线性回归、非线性回归方法筛选模型，另选与目标土壤同种土质其他地区的土壤进行金属材料腐蚀实验，称为实验B，利用实验B中所得呈均匀腐蚀形态的实验结果对已建立的均匀腐蚀形态模型进行评价及校正，通过灰色关联度分析从经实验B校正后的模型中筛选土壤腐蚀的主因素，建立每个主因素的单因素模型，并将单因素与对应腐蚀结果建立联系以达到单因素快速便捷判定腐蚀程度的目的；最后，建立全部的主因素综合模型，因为忽略原有模型中的次要因素，分析时效性增加，也达到了精准预测土壤实时腐蚀程度的目的；
步骤五：对于非均匀腐蚀形态，通过建立单因素分析建立单因素腐蚀模型。
步骤一中的土质包括黄壤、红壤、黄棕壤、砖红性红壤。
步骤一中的理化因素包括土壤含水率、电阻率、容重、含盐量、氯离子含量、硫酸根含量、硅酸根含量、pH值、钙镁离子含量、铝离子含量、铁离子含量、铜离子含量、化学需氧量COD、生化耗氧量BOD。
步骤二中金属材料包括碳钢、镀锌钢、铜或不锈钢。
步骤二中制备模拟土壤的方法为将目标土壤抽滤得到土壤浸出液，体积为V和抽滤后的土壤，质量为M，将抽滤后的土壤及硅藻土按质量比1：3均匀混合构成不含离子的混合土壤，则混合土壤质量为4M，分析土壤浸出液的成分，根据该成分通过离子浓度换算和调节酸碱度制备模拟土壤浓缩液，在混合土壤中加入体积4V的模拟土壤浓缩液，制成模拟土壤。
步骤二中模拟土壤的金属材料腐蚀实验腐蚀时间为180天。
步骤三中的非均匀腐蚀形态为点蚀形态，除点蚀形态外的其它形态均为均匀腐蚀形态。
步骤四中非线性回归方法筛选模型包括对数模型和幂指数模型。
本发明具有如下有益效果：与现有技术性比，
1、土壤腐蚀模型具有一定的普适性，模型建立在对同一土质的土壤取样充分的基础上，因此可对不同地区同一土质的腐蚀效果进行评价预测；
2、土壤腐蚀模型具有一定的准确性，模拟土壤的金属材料腐蚀实验腐蚀时间为180 天，满足了模型数据的提取。
3、土壤腐蚀模型具有一定的实时性，可进行方便快速分析，在建立土壤腐蚀模型的基础上，又建立了一套单一主因素腐蚀评价模型及主因素综合腐蚀评价模型，以方便进行材料实时腐蚀程度的分析。
具体实施方式
为使本发明的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而本发明不仅限于以下实施例。
一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，包括如下步骤：
步骤一：选定相同土质的土壤区域为目标土壤，对目标土壤采样并分析目标土壤理化性质；
以贵州省黄壤为土质分区，在区域内均匀选取十处地点土壤样品。下表为所选十个地区的土壤主要成分表(没有对应所有的理化因素，因为其他数据时辅助参考数据，对腐蚀贡献度基本没有或者可以被其他综合性指标替代)，其中离子含量单位为毫克当量 /100g土：
步骤二：制备模拟土壤，在模拟土壤中做金属材料腐蚀实验，称为实验A；
步骤三：根据步骤二中金属材料腐蚀试验的结果区分均匀腐蚀形态和非均匀腐蚀形态；
步骤四：对呈均匀腐蚀形态的金属材料腐蚀实验结果，通过线性回归、非线性回归方法筛选模型，另选与目标土壤同种土质其他地区的土壤进行金属材料腐蚀实验，称为实验B，利用实验B中所得呈均匀腐蚀形态的实验结果对已建立的均匀腐蚀形态模型进行评价及校正，通过灰色关联度分析从经实验B校正后的模型中筛选土壤腐蚀的主因素，建立每个主因素的单因素模型，并将单因素与对应腐蚀结果建立联系以达到单因素快速便捷判定腐蚀程度的目的；最后，建立全部的主因素综合模型，因为忽略原有模型中的次要因素，分析时效性增加，也达到了精准预测土壤实时腐蚀程度的目的；
步骤五：对于非均匀腐蚀形态，通过建立单因素分析建立单因素腐蚀模型。
步骤一中的土质包括黄壤、红壤、黄棕壤、砖红性红壤。
步骤一中的理化因素包括土壤含水率、电阻率、容重、含盐量、氯离子含量、硫酸根含量、硅酸根含量、pH值、钙镁离子含量、铝离子含量、铁离子含量、铜离子含量、化学需氧量COD、生化耗氧量BOD。
步骤二中金属材料包括碳钢、镀锌钢、铜或不锈钢。
步骤二中制备模拟土壤的方法为将目标土壤抽滤得到土壤浸出液，体积为V和抽滤后的土壤，质量为M，将抽滤后的土壤及硅藻土按质量比1：3均匀混合构成不含离子的混合土壤，则混合土壤质量为4M，分析土壤浸出液的成分，根据该成分通过离子浓度换算和调节酸碱度制备模拟土壤浓缩液，在混合土壤中加入体积4V的模拟土壤浓缩液，制成模拟土壤。
步骤二中模拟土壤的金属材料腐蚀实验腐蚀时间为180天。
Q235碳钢的腐蚀速率如下表：
Q235碳钢的腐蚀电位如下表：
步骤三中的非均匀腐蚀形态为点蚀形态，除点蚀形态外的其它形态均为均匀腐蚀形态。
步骤四中非线性回归方法筛选模型包括对数模型和幂指数模型。
建立线性关系模型如下：
y＝-14.2891+0.2204x1+0.0009x2-0.4262x3+0.2953x4-0.0263x5+0.0964x6+1.8423x7+0.056
9x8
其中：y——腐蚀速率(g/(m2·h))；
x1——含水率(％)；
x2——电阻率(Ω·m)；
x3——pH；
x4——氯离子(毫克当量/100g土)；
x5——硫酸根(毫克当量/100g土)；
x6——硝酸根(毫克当量/100g土)；
x7——钠离子(毫克当量/100g土)；
x8——钙离子(毫克当量/100g土)；
非线性模型如下：
y＝-148.6676+13.1298logx1+10.1297logx2-5.7518logx3+0.0804logx4-6.1906logx5+4.882 4logx6+16.4671logx7+1.2781logx8
关联度分析结果对试片腐蚀速率起主要影响因素有含水率、pH、氯离子。
含水率单因素模型如下：
y＝17.5245-1.795x1+0.0528x1 2
pH单因素模型如下：
y＝37.6812-8.5923x3+0.5197x3 2
氯离子单因素模型如下：
y＝11.7913-2.3593x4+0.1438x4 2
主因素模型如下：
y＝-3.5037+0.2837x1-0.4143x3+0.4711x4+0.0128x5
结合加速腐蚀试验数据及其他地区腐蚀实验数据，修正模型，具体模型如下：
y＝-6.9828+0.1239x1+0.0049x2-0.5454x3+0.5943x4-0.0228x5+0.0952x6+1.0168x7+0.0385x8同时也用上述数据对主要因素模型进行校准，具体模型如下：
y＝5.3512+0.1828x1-0.913x3+0.5481x4-0.0052x5。

Claims (8)

1.一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：选定相同土质的土壤区域为目标土壤，对目标土壤采样并分析目标土壤理化性质；
步骤二：制备模拟土壤，在模拟土壤中做金属材料腐蚀实验，称为实验A；
步骤三：根据步骤二中金属材料腐蚀试验的结果区分均匀腐蚀形态和非均匀腐蚀形态；
步骤四：对呈均匀腐蚀形态的金属材料腐蚀实验结果，通过线性回归、非线性回归方法筛选模型，另选与目标土壤同种土质其他地区的土壤进行金属材料腐蚀实验，称为实验B，利用实验B中所得呈均匀腐蚀形态的实验结果对实验A已建立的均匀腐蚀形态模型进行评价及校正，通过灰色关联度分析从经实验B校正后的模型中筛选土壤腐蚀的主因素，建立每个主因素的单因素模型，并将单因素与对应腐蚀结果建立联系；最后，建立全部的主因素综合模型；
步骤五：对于非均匀腐蚀形态，通过单因素分析建立单因素腐蚀模型。
2.按照权利要求1所述的一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，其特征在于：步骤一中的土质包括黄壤、红壤、黄棕壤、砖红性红壤。
3.按照权利要求1所述的一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，其特征在于：步骤一中的理化因素包括土壤含水率、电阻率、容重、含盐量、氯离子含量、硫酸根含量、硅酸根含量、pH值、钙镁离子含量、铝离子含量、铁离子含量、铜离子含量、化学需氧量COD、生化耗氧量BOD。
4.按照权利要求1所述的一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，其特征在于：步骤二中金属材料包括碳钢、镀锌钢、铜或不锈钢。
5.按照权利要求1所述的一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，其特征在于：步骤二中制备模拟土壤的方法为将目标土壤抽滤得到土壤浸出液和抽滤后的土壤，将抽滤后的土壤及硅藻土按质量比1：3均匀混合构成不含离子的混合土壤，分析土壤浸出液的成分，根据该成分通过离子浓度换算和调节酸碱度制备模拟土壤浓缩液，在混合土壤中加入的模拟土壤浓缩液，制成模拟土壤。
6.按照权利要求1所述的一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，其特征在于：步骤二中模拟土壤的金属材料腐蚀实验腐蚀时间为180天。
7.按照权利要求1所述的一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，其特征在于：步骤三中的非均匀腐蚀形态为点蚀形态，除点蚀形态外的其它形态均为均匀腐蚀形态。
8.按照权利要求1所述的一种建立土壤腐蚀预测模型的方法，其特征在于：步骤四中非线性回归方法筛选模型包括对数模型和幂指数模型。
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