论文部分内容阅读
在露天煤矿排土场覆土过程中重型机械的使用会导致严重的土壤压实,压实会影响土壤对水文过程的协调能力,增加矿区岩土侵蚀的风险。同时,对土壤表面有密闭作用的大气降雨也是影响矿区水文过程的重要因素之一。本文通过室内土柱实验来研究压实和降雨强度对矿区土壤水分运移规律的影响。供试土壤样品来自于山西平朔安太堡矿区内排土场的表层土,设计了四个不同容重的土柱(1.4g cm-3、1.5 g cm-3、1.6 g cm-3、1.7 g cm-3),每个土柱分别以降雨强度为23.12 mm h-1、28.91mm h-1、38.54 mm h-1、57.81 mm h-1、115.62 mm h-1模拟降雨五次,模拟降雨时间间隔为10天。运用HYDRUS-1D软件模拟了一维垂直非饱和水分运移过程。研究结果表明:(1)在土柱饱和过程中,吸水速率大小顺序为:1.4 g cm-3>1.5 g cm-3>1.6 g cm-3>1.7 g cm-3,饱和用时长短为:1.7 g cm-3>1.6 g cm-3>1.5 g cm-3>1.4 g cm-3。较高容重土壤由于其低的毛管孔隙,导致饱和用时较长,毛管上升速率较慢。(2)同一压实处理下,各降雨强度在所有埋深体积含水量的变化大小为:23.12 mm h-1>28.91mm h-1>38.54 mm h-1>57.81 mm h-1>115.62 mm h-1,低降雨强度使得土壤底层的体积含水量也有一定的增加,而高降雨强度只对较浅层的土壤含水量有影响,水分难以下渗到深层土壤。高降雨强度导致水分入渗减少,径流增加,产流时间缩短。(3)同一降雨强度下,四个不同压实处理土柱在所有埋深体积含水量变化大小为: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容重土柱表现出低渗透性。容重越高,其入渗量越少,径流量越多,产流时间越短。(4)HYDRUS-1D的模型效率系数NSE均接近于1,均方根RSME接近于0,故HYDRUS-1D可以较好地用于模拟不同降雨强度和不同压实强度下一维垂直非饱和水分运动。但当容重达到1.6 g cm-3时,误差测算建议使用模型效率系数NSE。(5)工程和植被措施是改良矿区露天煤矿内排土场土壤质量的关键。本研究可为露天煤矿压实土壤的复垦和生态重建提供理论依据。