高潜水位采煤塌陷区不同土壤重构模式水分运移规律与模拟研究

【摘要】在高潜水位区，长期煤炭开采必然引起大面积土地塌陷与积水，农田水体循环系统随之破坏，主要表现为地表水、地下水与土壤水的破坏。与地表水、地下水调控比较，土壤水调控难度较大，需要研究不同土壤重构模式土壤水分运移状况，从而得到最优的土壤重构模式，即最优的表土替代物、充填层次及覆土厚度。为此，本文以江苏省徐州市贾汪矿区为研究区，通过野外采样与室内土柱试验模拟不同土壤重构模式，对不同重构模式下土壤水分运移过程进行了观测，并运用Hydrus-1D软件进行了一维竖直非饱和渗流数值模拟。试验设置土柱上层0-50cm为土壤充填，50-80cm为不同表土替代物充填。按照下层50-80cm充填物的不同，试验设置4组处理，其中处理1为对照组（土壤充填），处理2（粉煤灰充填）、处理3（煤矸石充填）、处理4（煤矸石-粉煤灰混合物充填）为试验组。本研究主要结论为：（1）重构土壤上层含水率与下层相比变化明显，底层含水率临近于饱和含水率，变化微小。另外，在不同充填物的分界线处含水率变化明显，这与充填物粒径大小与土壤粒径大小的差异密切相关。由于煤矸石、粉煤灰混合物充填重构模式含水率变化规律与土壤充填模式最为一致，且饱和含水率最为接近，具有良好的保水、透气性，是高潜水位采煤塌陷区土地复垦最理想的土壤重构模式。（2）利用Hydrus-1D软件建立一维竖直非饱和渗流数值模型模拟下渗过程土壤水分运移状况，运用inversesolution模块对参数进行反复调整，同时联合试验结果及Hydrus-1D理论模型，运用模型效率系数、平均绝对误差与均方根误差分析验证模型的可行性。结果表明：模型拟合的结果与实际观测数据变化趋势较吻合，模型可以很好的模拟下渗过程土壤水分运移规律，但在含水率数值上与观测值存在一定程度的误差。（3）通过对不同土壤重构模式水分运移过程进行机理分析，构建了高潜水位采煤塌陷区受损农田土壤重构充填方案，可为田间应用与推广提供参考。
【作者】李新凤；
【导师】王金满；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），土地资源管理，2014，硕士
【关键词】高潜水位；土壤重构；水分运移；数值模拟；

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