基于煤矸石充填的重构土壤水分运移特征及环境效应 ——以淮北矿区为例

发布时间：2021-07-30 04:45

　　煤炭开采与燃烧利用引发很多环境问题,主要有大面积地表塌陷造成耕地损失,破坏区域生态环境；煤矸石等煤系伴生物产生和燃煤电厂固体废弃物的排放压占土地,通过扬尘与淋滤液等污染周围大气、水体和土壤环境。为应对这些环境问题给矿区可持续发展带来的挑战,利用固体废弃物进行土壤重构和生态环境修复的工程措施在矿区被较多地实施,其中煤矸石作为充填基质是一种重要的形式。充填重构土壤与自然农业土壤在物理性质和水分、养分和溶质的条件与运移方面均存在较大的差异。论文通过现场调查、盆栽试验、土柱试验和参数指标的实验室分析测试,研究了淮北的煤矸石的资源特征,煤矸石充填重构土壤水分入渗和养分迁移规律,建立了煤矸石充填重构土壤水分运移概念模型。（1）通过对淮北煤矸石的资源调查,对煤矸石结构组分和矿物岩石组成进一步研究,得出所分析的临涣、许疃、朱庄、祁南、桃园等5个煤矿所排放的煤矸石,其矿物组成均以粘土矿物和石英为主,临涣洗选矸中粘土矿物相对较高。（2）应用土柱试验,探讨充填重构土壤煤矸石层水分竖直上移特征,并建立二次曲面响应函数模型模拟毛管水上移高度与煤矸石层的容重、泥岩含量以及细颗粒含量之间关系规律。在给定地下潜水位条... 

【文章来源】：安徽理工大学安徽省

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外相关研究综述
        1.2.1 土地复垦研究现状
        1.2.2 土壤水分运动特征研究现状
        1.2.3 土壤水分运动方程与入渗模型
        1.2.4 土壤盐分运移及作物响应研究
        1.2.5 重构土壤重金属污染研究
    1.3 研究目标与内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 研究技术路线
第2章 煤矸石及其基本特征
    2.1 煤矸石的概述
    2.2 淮北煤矸石的总体特征
    2.3 煤矸石的野外调查与样品采集
    2.4 淮北煤矸石的岩石学特征研究
        2.4.1 煤矸石的外观特征描述
        2.4.2 煤矸石矿物成分特征
        2.4.3 煤矸石中高岭石结晶度指数计算
        2.4.4 煤矸石的主要化学成分特征
    2.5 煤矸石对地下水的吸附试验研究
        2.5.1 试验材料及装置
        2.5.2 试验过程
        2.5.3 试验结果与分析
    2.6 煤矸石充填重构土壤水分有效性
        2.6.1 表层土壤含水量
        2.6.2 小麦出芽率
        2.6.3 生物量
        2.6.4 相关性分析
    2.7 本章小结
第3章 煤矸石充填重构土壤水分运移试验
    3.1 试验材料
        3.1.1 煤矸石样品采集与处理
        3.1.2 土壤样品采集与处理
    3.2 土柱试验设计
        3.2.1 土柱结构
        3.2.2 试验过程
    3.3 煤矸石充填重构土壤剖面含水量变化
        3.3.1 入渗试验表层重构土壤剖面水分变化
        3.3.2 蒸发试验表层重构土壤剖面水分变化
    3.4 入渗率分析
    3.5 入渗模型
    3.6 累积入渗量模型
    3.7 入渗率累计入渗量对比分析
    3.8 湿润锋
    3.9 本章小结
第4章 土壤含水量时空变化与模拟
    4.1 土壤含水量时空演变过程
        4.1.1 入渗条件下表土含水量变化
        4.1.2 蒸发条件下表土含水量变化
    4.2 土壤水分运动模拟计算与验证
        4.2.1 数学模型
        4.2.2 灌溉入渗条件下模型的验证
        4.2.3 蒸发条件下模型的验证
    4.3 煤矸石充填重构土壤水量平衡模拟
    4.4 本章小结
第5章 重构土壤速效养分剖面分布特征研究
    5.1 煤矸石充填重构土壤pH值变化
        5.1.1 入渗条件下pH值变化情况
        5.1.2 蒸发条件下pH值变化情况
    5.2 煤矸石充填重构土壤养分含量变化
        5.2.1 入渗条件下铵态氮含量变化
        5.2.2 蒸发条件下铵态氮含量变化
        5.2.3 入渗条件下速效磷含量变化
        5.2.4 蒸发条件下速效磷含量变化
        5.2.5 入渗条件下有效钾含量变化
        5.2.6 蒸发条件下有效钾含量变化
    5.3 煤矸石充填表层重构土壤渗滤液
        5.3.1 pH值变化
        5.3.2 铵态氮含量变化
        5.3.3 速效磷含量变化
        5.3.4 有效钾含量变化
    5.4 本章小结
第6章 煤矸石充填重构土壤重金属环境效应
    6.1 煤矸石样品主要重金属类型及丰度
        6.1.1 样品采集与处理
        6.1.2 试验方法
    6.2 重构土壤及其渗滤液重金属含量特征
        6.2.1 重构土壤重金属含量特征
        6.2.2 渗滤液重金属含量特征
    6.3 基于重构土壤及其渗滤液重金属含量的污染评价
        6.3.1 重构土壤重金属污染评价
        6.3.2 渗滤液重金属污染评价
    6.4 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 问题与展望
参考文献
致谢
作者简介及读博期间主要科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿复垦地不同覆土厚度对小麦产量影响研究——以淮南煤矸石充填耕地复垦地为例[J]. 刘鑫尧,严家平.  能源环境保护. 2013(06)
[2]粉煤灰场复垦地层状土壤水分变化[J]. 于佳禾,陈孝杨,严家平,杨修芳,檀海洋,刘英.  湖北农业科学. 2013(20)
[3]引黄河泥沙充填复垦农田土壤的垂向入渗特征[J]. 邵芳,王培俊,胡振琪,曾纪勇,陈亚凯,李恩来.  水土保持学报. 2013(05)
[4]煤矸充填复垦土壤可溶性镉的分布特征与运移模拟[J]. 陈孝杨,刘鑫尧,严家平.  农业环境科学学报. 2012(09)
[5]矿区复垦土壤重金属含量分布与光谱特征研究——以徐州市柳新矿区为例[J]. 董霁红,于敏,赵银娣,张珏,TOYOHISA Fujita.  中国矿业大学学报. 2012(05)
[6]煤矸石山周围土壤重金属污染及生态风险评价[J]. 吴汉福,田玲,吴有刚,田茂军.  工业安全与环保. 2012(08)
[7]矿区煤矸石综合利用新探索[J]. 王新丰,高明中,房晓敏.  煤质技术. 2012(04)
[8]煤矿复垦区土壤重金属分布特征与质量评价[J]. 黄静,高良敏,冯娜娜,尹伶俐.  环境污染与防治. 2012(02)
[9]朱庄煤矿地质构造与瓦斯赋存规律分析[J]. 唐一博,李增华,杨永良,孙越,王润.  煤矿安全. 2011(10)
[10]北京市农业土壤重金属污染环境风险等级评价[J]. 姜菲菲,孙丹峰,李红,周连第.  农业工程学报. 2011(08)

博士论文
[1]土石混合介质水分溶质运移的试验研究[D]. 周蓓蓓.西北农林科技大学 2009

硕士论文
[1]基于煤矸石充填复垦土地的复垦效应研究[D]. 刘会平.安徽理工大学 2010
[2]煤矿区土地复垦研究[D]. 张晋.甘肃农业大学 2009
[3]土壤水盐运移特征研究[D]. 马东豪.西安理工大学 2005
[4]黄土坡耕地土壤入渗规律研究[D]. 赵西宁.西北农林科技大学 2002



本文编号：3310721