采煤塌陷土壤水分变异及冻融特征

发布时间：2017-05-15 07:38

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【摘要】：本文以神东煤田大柳塔采矿区为研究对象,通过野外原位监测与室内分析试验,研究采煤塌陷区土壤关键持水特性的变化规律,季节性冻结作用冻土深度、土壤水分含量、分布以及冻-融过程水分运移特征,试图揭示采煤塌陷区冻结滞水变异特征与机理,为干旱、半干旱塌陷风沙区生态恢复水资源合理利用提供技术支撑。所得主要研究结论如下：(1)研究区颗粒组成总体上以粉砂、细砂粒含量为主,0-60cm土层内粉砂、细沙颗粒含量均在85%以上,在土壤垂直剖面上,随着土层深度的增加细颗粒含量增多。塌陷区颗粒表现出粗粒化特征。(2)采煤塌陷使土体遭受外力,结构松散发生变形,导致容重降低,且深层土壤容重降低幅度较大。随着土层深度增加,孔隙度增加趋势明显,80-100层土壤孔隙度由39.02%增加到41.38%。地表塌陷在坡顶、坡中处土壤孔隙扰动最为强烈。霍顿公式对风沙土的水分入渗速率有很好的适用性。(3)裂缝宽度不同,对周边土壤的影响作用强度不同,表现为土壤水分空间变异性不同,随着裂缝宽度增大,土壤含水量空间变异程度增强。土壤水平空间分布变化趋势表现为距离裂缝越远,水分变化越缓和,含水量接近对照,各样点中裂缝处含水量最低。(4)对于季节性冻土,以裂缝为中心,随着距离裂缝水平位移增加,最大冻土深度呈降低趋势,裂缝的存在改变了其周边冻结土壤的空间分布,其影响范围内的土壤冻结不单是垂向(上下)水、热交换,还存在侧向(左右)交换,侧向交换的程度导致冻土深度呈现水平分异。裂缝两侧土壤含水量均高于裂缝处,距离裂缝越远,土壤含水量越高,土壤冻结过程中,水分向冻结锋面的迁移量与冻结速率有很大关系,土壤冻结得越慢,冻结锋面处水分的增加量就越大。裂缝周边附近,随着水平距离的增加,土壤贮水量最大值呈现上移。(5)研究区冻结滞水含水率均表现出倒置富水性,塌陷区土壤冻结滞水的倒置富水带出现在10-20cm土层。融化过程使土壤含水量的垂线分布成为弧线型逆分配,含水率的变化趋势整体呈现先增加后降低的趋势。(6)该区冻结滞水层所处的土层的土壤冻结分为秋冬冻结过程、冬季降温过程和冬春融化过程。塌陷区的裂缝作为土体与外界水、热交换的通道加剧了冻结、融化过程。土层冻结有利于保持水分。解冻后,塌陷裂缝暴露,水分散失加剧,土壤解冻是塌陷风沙区土壤水分逐渐进入亏缺状态的开端。
【关键词】：采煤塌陷区 裂缝 物理性质 水分 冻结滞水 冻融
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S152.7
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-12
• 1 绪论12-29
• 1.1 研究目的与意义12
• 1.2 国内外研究现状12-28
• 1.2.1 冻结滞水研究12-25
• 1.2.2 采煤塌陷对土壤水分的影响25-28
• 1.3 研究内容与技术路线28-29
• 1.3.1 研究内容28-29
• 1.3.2 技术路线29
• 2 研究区概况29-32
• 2.1 自然地理条件29-32
• 2.1.1 地理位置29-30
• 2.1.2 地质地貌30-31
• 2.1.3 气候31
• 2.1.4 水文31
• 2.1.5 土壤31-32
• 2.1.6 植被32
• 2.2 社会经济发展状况32
• 3 试验设计与方法32-37
• 3.1 试验地布设32-35
• 3.1.1 样地介绍32-33
• 3.1.2 土壤物理性质测定样地33
• 3.1.3 塌陷裂缝测定样地33-35
• 3.2 实验方法35-36
• 3.2.1 含水量测定35
• 3.2.2 容重、孔隙度测定35-36
• 3.2.3 土壤粒度测定36
• 3.2.4 入渗测定36
• 3.3 数据处理36-37
• 4 土壤物理性质与生长季土壤水分37-55
• 4.1 土壤粒度特征的变化37-38
• 4.2 土壤容重及孔隙度变化38-39
• 4.2.1 塌陷区土壤容重与孔隙度分层对比38
• 4.2.2 土壤容重与孔隙度分坡位对比38-39
• 4.3 塌陷区土壤入渗变异性39-42
• 4.3.1 土壤入渗深度39-40
• 4.3.2 土壤入渗速率40-41
• 4.3.3 土壤入渗速率曲线41-42
• 4.4 塌陷裂缝土壤水分特征42-54
• 4.4.1 不同宽度裂缝土壤水分变化42-45
• 4.4.2 沿塌陷裂缝不同方向土壤含水量45-46
• 4.4.3 坡面上塌陷裂缝对土壤水分含量的影响46-47
• 4.4.4 不同坡向上的采煤塌陷裂缝对土壤水分的影响47-51
• 4.4.5 采煤塌陷裂缝对雨后坡面土壤水分含量的影响51-54
• 4.5 小结54-55
• 5 冻结过程土壤水分变化55-60
• 5.1 不同坡位冻结前后土壤含水量垂向变化55-57
• 5.1.1 坡上部冻结前后土壤含水率垂向变化55-56
• 5.1.2 坡中部冻结前后土壤含水率垂向变化56
• 5.1.3 坡下部冻结前后土壤含水率垂向变化56-57
• 5.2 有林地与无林地冻结前后含水率变化57-59
• 5.2.1 有林地土层冻结前后含水率变化57-58
• 5.2.2 无林地冻结前后含水率垂向变化58-59
• 5.3 小结59-60
• 6 塌陷区冻结滞水特征60-70
• 6.1 冻结对塌陷裂缝及其两侧土壤水分的影响60-64
• 6.1.1 塌陷裂缝土壤冻结深度60-61
• 6.1.2 冻结期裂缝及其周边水分特征61-63
• 6.1.3 塌陷裂缝两侧土壤冻结滞水垂向分布63-64
• 6.2 研究区整体冻结滞水分布64-69
• 6.2.1 不同坡位冻结滞水对比64-65
• 6.2.2 有林地与无林地土壤冻结滞水含水率65-66
• 6.2.3 冻结滞水坡面垂向分布66-68
• 6.2.4 研究区冻结滞水倒置富水性68-69
• 6.3 小结69-70
• 7 塌陷区冻土融化过程土壤水分变化70-91
• 7.1 典型阴坡地冻土融化过程中土壤水分变化70-75
• 7.2 坡沟地冻土融化过程中土壤水分变化75-80
• 7.3 研究区整体冻土融化过程中土壤水分变化80-85
• 7.4 冻结滞水融化速度与温度的关系85-88
• 7.5 冻结滞水融化过程中含水量峰值层与冻结层的关系88-89
• 7.6 不同环境土壤冻结前后水分变化89-90
• 7.7 小结90-91
• 8 结论91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-105
• 作者简介105-106

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 彭功生,许强;饱水冻土水热力耦合分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2005年02期

2 朱焱;陈晓飞;马巍;邓友生;;非饱和土壤冻融过程中水、热耦合运移数值模拟研究[J];安徽农业科学;2007年17期

3 徐e呑，

本文编号：367134