煤礦開采塌陷區(qū)土壤裂隙優(yōu)先流對地表水土流失控制作用模擬研究.pdf

1、煤炭井工開采會造成地表塌陷，地貌特征會發(fā)生較為明顯改變。而且，煤礦開采地表塌陷過程中會形成土壤裂隙優(yōu)先流路徑，導(dǎo)致土壤環(huán)境質(zhì)量下降、水土流失等環(huán)境問題不斷引發(fā)。本研究通過對土壤裂隙優(yōu)先流分類研究、模擬煤礦開采工程作用條件下土壤裂隙優(yōu)先流的形成和演化過程、探究高密度電法技術(shù)在表征土壤裂隙優(yōu)先流路徑方面的應(yīng)用，識別該類人類工程作用條件下土壤裂隙優(yōu)先流的特征，進(jìn)而研究土壤裂隙優(yōu)先流對塌陷坡地水土流失的控制作用。
　　1.研究通過對土壤裂

2、隙優(yōu)先流的成因分析，總結(jié)了土壤裂隙優(yōu)先流形成的各種驅(qū)動因素。土壤裂隙優(yōu)先流成因不僅應(yīng)該包括各類自然環(huán)境作用，還應(yīng)該包括人類工程作用;研究對自然環(huán)境作用和人類工程作用兩類成因下土壤裂隙優(yōu)先流的具體作用因素、分布范圍、裂隙規(guī)模、組合分布特征、形成與演化周期等方面進(jìn)行了歸納總結(jié)，闡述了不同成因下的土壤裂隙優(yōu)先流路徑特征;分類研究發(fā)現(xiàn)人類工程作用產(chǎn)生的土壤裂隙優(yōu)先流路徑具有鮮明特征:裂隙分布區(qū)域具有一定的可預(yù)測性，且均以條帶狀或同心圓狀近似平行

3、展布形態(tài)為主，特定條件下還具有動態(tài)演化特點，并且具有一定的走向特征和非平面特征。
　　2.煤礦開采塌陷區(qū)土壤裂隙優(yōu)先流路徑的高密度電法表征模擬試驗表明:研究設(shè)計的物理模型較好的模擬了開采塌陷區(qū)的形變和土壤裂隙優(yōu)先流路徑的形成過程，在時間和空間上模擬出了土壤裂隙優(yōu)先流路徑的空間分布和演化特征，高密度電法能對模擬試驗中的土壤裂隙優(yōu)先流路徑此類特征進(jìn)行較好的可視化表征;在試驗選取的土壤條件下，在接近地表位置，土壤電阻率為50Ω·m～18

4、0Ω·m或電阻率比值為1.2～2.0的區(qū)域是裂隙分布的空間位置;上述區(qū)域自地表向下分布的深度可認(rèn)定為裂隙的量化深度;不同階段同一位置電阻率或電阻率比值的大小變化能夠反映裂隙的寬度演化。高密度電法觀測系統(tǒng)通過視電阻率斷面圖、視電阻率比值斷面圖能夠較好的定量化表征土壤裂隙優(yōu)先流路徑的空間位置、寬度規(guī)模、深度特征以及空間演化特征;高密度電法表征土壤裂隙優(yōu)先流路徑受到觀測系統(tǒng)電極間距（電極分布密度）、測線布置形式、土壤裂隙分布位置和形態(tài)等因素的

5、影響;適當(dāng)縮小電極間距提高電極分布密度，能夠改善表征效果。
　　3.在模擬試驗中，煤礦開采工程作用使得原本水平的地表土壤坡度發(fā)生明顯的改變，塌陷坡地最終坡度為2.08°，模型采空區(qū)地表兩側(cè)塌陷坡地伴隨土壤裂隙優(yōu)先流路徑的發(fā)育，最大深度0.55 m;在土壤裂隙作用下，土壤滲流特征改變，試驗后期L區(qū)（裂隙區(qū)域）的采樣垂線各點土壤銨態(tài)氮含量均值較Z區(qū)（無裂隙區(qū)域）低1.0 mg/Kg，土壤中營養(yǎng)鹽銨態(tài)氮流失明顯，土壤裂隙優(yōu)先流條件下土壤