新疆地区非金属矿山土地复垦适宜性评价及土壤物理性质演变规律

发布时间：2020-06-21 04:18

【摘要】：新疆地区非金属矿产资源的开发有利于一带一路沿线的经济建设。为修复大规模矿产资源开发对土地环境系统的影响,需要开展土地复垦工作。本文围绕在土地复垦工作中土地复垦的适宜性、重构土壤的物理性质演变及土壤水分运移规律等科学问题展开研究。首先,以新疆地区非金属矿山为研究对象,建立了土地复垦适宜性评价指标体系和评价模型;其次,围绕不同覆土方式重构土壤的物理性质及其在灌溉条件下土壤水分运移规律这一科学问题,采用静力载荷试验、室内土工实验及数值模拟方法研究复垦机械对表部重构土壤物理性质的影响;在此基础上,采用原位试验与动态监测、数值模拟方法,分析了废石回填条件下重构土壤含水率、负压等参数的变化规律,建立了相应的土壤水动力学模型。本文取得的主要成果包括:(1)提出了新疆地区非金属矿山土地复垦适宜性评价指标体系和评价模型,对非金属矿山土地复垦单元进行了合理划分。以新疆地区21处非金属矿山的149个土地复垦单元作为学习样本,建立了相应的土地复垦适宜性评价模型,经检验正确率达到98.7%,将该评价模型进行实际应用,评价结果理想。该评价指标体系和模型可确定新疆地区非金属矿山土地复垦方向,即是否需要进行覆土。(2)通过对重构土壤的物理性质变化的研究,获得了重构土壤在不同厚度和不同压实作用下及一年管护期后土壤物理性质的变化规律。结果表明:1)土地复垦过程中,复垦机械对重构土壤的压实次数和重构土壤厚度都是影响重构土壤密实程度的显著性因素,同时,两者的交互作用对土壤的密实程度有显著性影响,复垦机械对重构土壤压实3次的压实效果与未压实效果差别显著,随着压实次数的增加,单次压实效果减弱,覆土越厚,压实效果越不明显;2)复垦机械压实作用对不同深度处的压实效果不同,对重构土壤浅部(深度10 cm)的压实效果最大;3)一年管护期因浇水的原因,重构土壤内存在孔隙水渗流现象,影响着重构土壤密实程度和颗粒分布;4)一年管护期后,覆土越厚,重构土壤与废石交界处细颗粒含量越高;5)细颗粒含量影响了重构土壤的不均匀程度、孔隙率、含水率等物理性质指标,整体的变化规律为颗粒越粗其土颗粒整体越均匀、含水率越高、孔隙率也越大。(3)通过对重构土壤水分运移的研究,获得了管护期不同厚度重构土壤在未压实和压实一次作用下的水分运移规律。结果表明:1)无论是压实土壤还是未压实土壤,10 cm深度处的土壤含水率皆受气象因素影响较大,其含水率小于重构土壤其他深度处,重构土壤30 cm深度处的含水率大于其他深度处的含水率;2)受覆土厚度、土壤压实等因素的影响,土壤含水率和负压对一次灌溉入渗的响应时间不同;3)土层越厚对应的入渗补给能力越弱,未压实土壤整体的入渗能力要大于压实一次的重构土壤,未压实的重构土壤的蒸发量大于压实的重构土壤;4)结合新疆地区植物根系生长特点,建议重构土壤的覆土厚度应不小于50 cm。(4)对重构土壤水分运移进行数值模拟,获得了重构土壤水动力学模型。模拟结果显示:1)在覆土30 cm条件下,压实土壤的蒸发损失量、底部排泄通量以及土体内部含水量的消耗量都小于未压实土壤,压实作用凸现;2)在覆土50 cm和70 cm条件下,土壤蒸发损失量基本相同,土壤水分损失主要是向底部废石层下渗排泄;3)对比分析物理试验和数值模拟结果,发现50 cm压实土壤的土体含水量损失最小,可作为复垦中覆土厚度和复垦方式的推荐方案。4)基于20年长系列非冻期气象资料,以50 cm压实土壤数值模拟反演参数为基础进行分析,结果表明,降水与蒸发消耗基本持平,复垦后种植植被的消耗主要由灌溉补给提供,灌溉作用凸显。本论文有图116幅,表36个,参考文献190篇。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S153;TD88

【参考文献】