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神府—东胜采煤塌陷区包气带水分运移及生态环境效应研究

宋亚新  
【摘要】: 神府—东胜矿区(神东矿区)位于我国西北干旱半干旱地区,生态环境脆弱,水资源天然不足。随着煤炭资源的持续开采,地表产生大面积塌陷,地下水位大幅下降,生态环境破坏问题越来越突出。如何有效利用包气带土壤水资源成为保证矿区农业植被生理需水和塌陷区生态再建的关键问题。针对神东采煤塌陷区生态再建的科学问题,以干旱区生态再建的限制性因素——包气带土壤水为出发点,通过野外地质调查、室内物理模拟试验、野外原位试验以及野外测试对神东采煤塌陷区包气带水分运移及生态环境效应进行了研究。取得的主要进展和认识如下: (1)塌陷非稳定阶段,塌陷裂隙对土壤水分散失具有重要影响,与塌陷区非裂缝带土壤水相比,塌陷裂缝部位(及塌陷裂缝发育带)土壤水分损失几乎达50%,接近或低于凋萎系数,对植被生存、生长构成威胁。 (2)与非塌陷区相比,塌陷稳定区有更强的接纳降水的能力,表现在采煤塌陷稳定区土壤含水量明显高于非塌陷区,对区域生态再建有利。但在春旱季节,塌陷稳定区浅层(30cm左右)土壤储水量低于非塌陷区,对浅根系植被萌芽不利。 (3)塌陷稳定阶段,地表塌陷裂缝被填充,但包气带中下部或多或少存在隐伏裂隙,但几乎不起导水作用,在对该阶段的孔隙—裂隙包气带水分运动进行模拟时,可直接利用孔隙结构体进行代替。 (4)室内实验结果表明,定雨强降雨入渗过程中,细砂和粗砂中湿润锋移动都分为两个阶段:降雨期间,湿润锋前移距离与深度呈线性关系;降雨结束后(水分再分配阶段),湿润锋前移距离与深度呈幂函数关系。入渗水分迁移速度随深度增加呈指数衰减。表明塌陷稳定阶段降雨通过深厚包气带对地下水补给是一个漫长的过程。


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