發(fā)布時間：2020-10-01 16:54

　　 在露天煤礦排土場覆土過程中重型機械的使用會導致嚴重的土壤壓實,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。高降雨強度導致水分入滲減少,徑流增加,產(chǎn)流時間縮短。(3)同一降雨強度下,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度和不同壓實強度下一維垂直非飽和水分運動。但當容重達到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)量的關鍵。本研究可為露天煤礦壓實土壤的復墾和生態(tài)重建提供理論依據(jù)。
【學位單位】：中國地質(zhì)大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TD824.8;TD88
【部分圖文】：

本研究采用室內(nèi)土柱試驗模擬的方法，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重。本試驗共設計了四個處理（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】

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本文編號：2831726