在露天煤礦排土場覆土過程中重型機(jī)械的使用會導(dǎo)致嚴(yán)重的土壤壓實,壓實會影響土壤對水文過程的協(xié)調(diào)能力,增加礦區(qū)巖土侵蝕的風(fēng)險。同時,對土壤表面有密閉作用的大氣降雨也是影響礦區(qū)水文過程的重要因素之一。本文通過室內(nèi)土柱實驗來研究壓實和降雨強(qiáng)度對礦區(qū)土壤水分運移規(guī)律的影響。供試土壤樣品來自于山西平朔安太堡礦區(qū)內(nèi)排土場的表層土,設(shè)計了四個不同容重的土柱(1.4g cm~(-3)、1.5 g cm~(-3)、1.6 g cm~(-3)、1.7 g cm~(-3)),每個土柱分別以降雨強(qiáng)度為23.12 mm h~(-1)、28.91mm h~(-1)、38.54 mm h~(-1)、57.81 mm h~(-1)、115.62 mm h~(-1)模擬降雨五次,模擬降雨時間間隔為10天。運用HYDRUS-1D軟件模擬了一維垂直非飽和水分運移過程。研究結(jié)果表明:(1)在土柱飽和過程中,吸水速率大小順序為:1.4 g cm~(-3)1.5 g cm~(-3)1.6 g cm~(-3)1.7 g cm~(-3),飽和用時長短為:1.7 g cm~(-3)1.6 g cm~(-3)1.5 g cm~(-3)1.4 g cm~(-3)。較高容重土壤由于其低的毛管孔隙,導(dǎo)致飽和用時較長,毛管上升速率較慢。(2)同一壓實處理下,各降雨強(qiáng)度在所有埋深體積含水量的變化大小為:23.12 mm h~(-1)28.91mm h~(-1)38.54 mm h~(-1)57.81 mm h~(-1)115.62 mm h~(-1),低降雨強(qiáng)度使得土壤底層的體積含水量也有一定的增加,而高降雨強(qiáng)度只對較淺層的土壤含水量有影響,水分難以下滲到深層土壤。高降雨強(qiáng)度導(dǎo)致水分入滲減少,徑流增加,產(chǎn)流時間縮短。(3)同一降雨強(qiáng)度下,四個不同壓實處理土柱在所有埋深體積含水量變化大小為:1.4 g cm~(-3)1.5 g cm~(-3)1.6 g cm~(-3)1.7 g cm~(-3)。1.6 g cm~(-3)和1.7 g cm~(-3)容重土柱表現(xiàn)出低滲透性。容重越高,其入滲量越少,徑流量越多,產(chǎn)流時間越短。(4)HYDRUS-1D的模型效率系數(shù)NSE均接近于1,均方根RSME接近于0,故HYDRUS-1D可以較好地用于模擬不同降雨強(qiáng)度和不同壓實強(qiáng)度下一維垂直非飽和水分運動。但當(dāng)容重達(dá)到1.6 g cm~(-3)時,誤差測算建議使用模型效率系數(shù)NSE。(5)工程和植被措施是改良礦區(qū)露天煤礦內(nèi)排土場土壤質(zhì)量的關(guān)鍵。本研究可為露天煤礦壓實土壤的復(fù)墾和生態(tài)重建提供理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD824.8;TD88
【部分圖文】：

本研究采用室內(nèi)土柱試驗?zāi)M的方法，研究礦區(qū)壓實土壤在降雨后的徑流和不同埋深的體積含水量變化特征，測定相應(yīng)的水分運動參數(shù)，使用 HYDRUS-1D軟件模擬每次室內(nèi)模擬降雨后體積含水量的變化。2.1 試驗處理用干容重來表征土壤的壓實程度，容重越高表示壓實越嚴(yán)重。本試驗共設(shè)計了四個處理（如圖 2.1），處理 1、2、3、4 的干容重分別為 1.4 g cm-3、1.5 g cm-3、1.6 g cm-3、1.7 g cm-3，土柱為高 100 cm，寬 18.6 cm 的樹脂玻璃柱，土柱底部15 cm 處固定一塊帶有小孔（直徑小于 1 cm）的樹脂玻璃板，下部有 15 cm 的水，用以模擬地下水供給，為了防止土壤滲漏，在樹脂玻璃板上放置一致密的紗布，并在紗布上均勻填充 80 cm 高的土壤。距土壤表面 1 cm 處設(shè)置一直徑為 1 cm 的小孔，即土壤表面積水 1 cm 時開始徑流。

2.2 供試材料試驗所需供試的材料包括研究區(qū)表層土壤，Uni1000 高精度土壤水分速測儀、蠕動泵、馬氏瓶、有機(jī)玻璃儀器、橡膠管、量筒、燒杯、秒表和皮尺等。（1）供試土壤來自于山西省平朔安太堡礦區(qū)內(nèi)排土場的 0-30 cm 表層土，將土樣運回實驗室，風(fēng)干，碾碎，過 2 mm 篩。（2）試驗采用的土壤水分速測儀型號為 Uni1000 (圖 2.2)，主要由 FDS100土壤水分傳感器和 SMC3200 儀表兩部分組成。不僅攜帶方便、操作簡明、儲存容量大（28000 組數(shù)據(jù)），而且可進(jìn)行多種土壤類型選擇及自定義土壤類型。其測定的含水量為體積含水量，測量范圍在 0~100%，測量精度±2%。（3）試驗供水儀器選用的是 Kamoer 微型 24 V 蠕動泵（圖 2.3），其可滿足多種流速、可計量、體積小，控制方便。

2.2 供試材料試驗所需供試的材料包括研究區(qū)表層土壤，Uni1000 高精度土壤水分速測儀、蠕動泵、馬氏瓶、有機(jī)玻璃儀器、橡膠管、量筒、燒杯、秒表和皮尺等。（1）供試土壤來自于山西省平朔安太堡礦區(qū)內(nèi)排土場的 0-30 cm 表層土，將土樣運回實驗室，風(fēng)干，碾碎，過 2 mm 篩。（2）試驗采用的土壤水分速測儀型號為 Uni1000 (圖 2.2)，主要由 FDS100土壤水分傳感器和 SMC3200 儀表兩部分組成。不僅攜帶方便、操作簡明、儲存容量大（28000 組數(shù)據(jù)），而且可進(jìn)行多種土壤類型選擇及自定義土壤類型。其測定的含水量為體積含水量，測量范圍在 0~100%，測量精度±2%。（3）試驗供水儀器選用的是 Kamoer 微型 24 V 蠕動泵（圖 2.3），其可滿足多種流速、可計量、體積小，控制方便。

【參考文獻(xiàn)】

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1 潘紅霞;付恒陽;賀屹;;基于HYDRUS-2D的地下滴灌下水分運移數(shù)值模擬研究[J];灌溉排水學(xué)報;2015年03期

2 李俊超;黨廷輝;薛江;唐駿;郭勝利;靳靜靜;;植被重建下露天煤礦排土場邊坡土壤碳儲量變化[J];土壤學(xué)報;2015年02期

3 郭建英;何京麗;李錦榮;邢恩德;溫挨樹;劉艷萍;楊改英;;典型草原大型露天煤礦排土場邊坡水蝕控制效果[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2015年03期

4 劉瑞順;王文龍;廖超英;歐陽潮波;;露天煤礦排土場邊坡防護(hù)措施減水減沙效益分析[J];西北林學(xué)院學(xué)報;2014年04期

5 鄭娟;張建波;魯曉東;;城市土壤壓實對入滲率的影響[J];水土保持應(yīng)用技術(shù);2013年04期

6 周虎;李保國;呂貽忠;鄭金玉;劉武仁;;不同耕作措施下土壤孔隙的多重分形特征[J];土壤學(xué)報;2010年06期

7 胡振琪,魏忠義;煤礦區(qū)采動與復(fù)墾土壤存在的問題與對策[J];能源環(huán)境保護(hù);2003年03期

8 遲仁立,左淑珍,夏平,劉宏,劉喜財;不同程度壓實對土壤理化性狀及作物生育產(chǎn)量的影響[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2001年06期

9 魏忠義,胡振琪,白中科;露天煤礦排土場平臺“堆狀地面”土壤重構(gòu)方法[J];煤炭學(xué)報;2001年01期

10 李洪文,高煥文,陳君達(dá),李問盈;固定道保護(hù)性耕作的試驗研究[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2000年04期

本文編號：2831726