不同恢复年限弃渣场入渗特征研究与评价

为分析弃渣场入渗性能及其植被恢复效应,采用野外双环入渗和主成分分析方法,分析和评价不同恢复年限弃渣场入渗特征。结果表明:(1)弃渣场恢复年限2个月(P1),2a(P2),4a(P3)和桑树林地(P4)的初始入渗率依次为11.32,9.34,15.84,19.38mm/min,稳定入渗率为4.64,3.62,6.71,7.81mm/min;桑树林地的稳定入渗率为3个弃渣场的1.68,2.16,1.16倍;(2)Kastiakov模型的拟合效果优于通用经验模型、Philip模型和Horton模型,其决定系数为0.905~0.956;(3)入渗特征值与土壤容重,20~5mm,5~2mm颗粒含量呈显著负相关(p<0.05),与非毛管孔隙度、有机质含量和2~0.075 mm颗粒含量呈显著(p<0.05)或极显著(p<0.01)正相关;(4)主成分分析评价的土壤入渗能力排序依次为P4(2.398)>P3(0.792)>P1(-1.104)>P2(-2.089);随着恢复年限的增加,弃渣场入渗性能得到较好的改善且接近桑树林地。

工程堆积体入渗特征及入渗模型适宜性评价

以重庆市城镇建设和交通枢纽工程形成的典型工程堆积体为研究对象,采用野外双环入渗法对工程堆积体入渗特征、影响因素及入渗模型适宜性进行研究,筛选重庆市典型工程堆积体最优入渗模型。结果表明:(1)工程堆积体初始入渗率可达23.20mm/min,随着入渗时间的延长,入渗速率逐渐降低,30min瞬时入渗率为2.38~11.32mm/min,稳定入渗率为1.81~9.05mm/min;(2)工程堆积体的初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、30 min入渗率、60 min入渗率和渗透总量均表现为中等变异,变异系数为36.42%~57.49%;(3)工程堆积体初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率和渗透总量与容重和含水率均呈负相关关系,与总孔隙度呈正相关关系;稳定入渗率、平均入渗率和渗透总量与60~40,40~20,20~10,10~5mm碎石含量呈负相关关系,与5~2mm碎石含量呈正相关关系;(4)不同工程堆积体回归模型的拟合效果存在差异,其决定系数R2依次为Kastiakov模型(0.899)>通用经验模型(0.893)>Horton模型(0.870)>Philip模型(0.867),Kastiakov模型拟合效果优于通用经验模型、Horton模型和Philip模型,可以较好地模拟和预测重庆市工程堆积体入渗过程和入渗能力。

露天煤矿排土场复垦区不同植被类型土壤质量评价

采用室内土壤理化分析与根系扫描技术等研究方法,系统地研究排土场复垦区不同植被类型土壤理化性质及根系分布特征,并对4种植被类型(刺槐Robinia pseudoacacia、榆树Ulmus pumila、紫穗槐Amorpha fruticosa、火炬树Rhus typhina)土壤质量进行评价。结果表明:(1)排土场复垦区土壤容重在1.19-1.28 g·cm^(-3)之间,刺槐和火炬树土壤容重较小;排土场毛管孔隙度表现为紫穗槐(40.29%)>刺槐(39.45%)>火炬树(38.67%)>榆树(36.56%),土壤含水率在9.85%-11.73%之间;(2)排土场不同样地初始入渗率表现为刺槐>火炬树>榆树>紫穗槐,稳定入渗率表现为刺槐(3.06mm·min^(-1))>榆树(1.03 mm·min^(-1))>火炬树(0.98 mm·min^(-1))>紫穗槐(0.85 mm·min^(-1));(3)刺槐、榆树、紫穗槐、火炬树土壤有机质依次为12.6、10.49、8.45、9.96 g·kg^(-1),全氮含量在0.54-0.69 g·kg^(-1)之间,有效磷含量在4.73-6.13 mg·kg^(-1)之间,速效钾含量在102.15-137.13 g·kg^(-1)之间;(4)排土场各样地根重密度表现为刺槐>火炬树>榆树>紫穗槐,根长密度为紫穗槐>火炬树>刺槐>榆树,根表面积密度为刺槐>榆树>火炬树>紫穗槐;(5)筛选13个指标来评价排土场土壤质量,排土场土壤质量综合指数表现为刺槐(0.637)>火炬树(0.426)>榆树(0.416)>紫穗槐(0.369),刺槐林地土壤质量最佳。研究结果可为排土场土地复垦与植被恢复提供科学依据。

降雨特性和坡度对辽西低山丘陵区坡耕地褐土溅蚀的影响

为揭示辽西低山丘陵区坡耕地典型土壤溅蚀特征,选取褐土为研究对象,采用人工模拟降雨试验研究降雨特性和坡度对溅蚀的影响。结果表明:随着降雨强度的增大,5°和10°溅蚀量分别由6.86g/cm和8.13g/cm增加到14.21g/cm和16.00g/cm,增加幅度为48.47%~209.81%;不同溅蚀距离内的溅蚀量表现为0~5cm>5~10cm>10~15cm>15~20cm>20~25cm,溅蚀距离0~5cm范围内的溅蚀量(75mm/h)为7.29g/cm,占0~25cm范围内总溅蚀量(16.00g/cm)的45.56%,溅蚀距离20~25cm范围内的溅蚀量仅占9.88%。溅蚀量与降雨强度和溅蚀距离均具有较好的指数关系,其回归方程的决定系数R2在0.8以上。随着降雨时间的延续,溅蚀量逐渐增加,但溅蚀量增长率呈减小的趋势;降雨历时由5min增加到10min时溅蚀量增长率最大。溅蚀量和降雨历时之间具有较好的指数关系,其回归方程的决定系数R2在0.9以上。随着降雨强度发生变化时,溅蚀团聚体空间分布规律也随之发生改变。各径级团聚体的溅蚀距离均随降雨强度的增大而增大,2~5mm团聚体由30mm/h的0~5cm扩大到75mm/h的0~15cm。溅蚀团聚体以粒径<1mm为主,小粒径团聚体溅蚀距离和溅蚀量均大于大粒径团聚体,>5mm团聚体并没有迁移。5°总溅蚀量、上坡溅蚀量、下坡溅蚀量、净溅蚀量(75mm/h)依次为14.21,3.54,10.67,7.13g/cm,10°依次为16.00,3.85,12.15,8.30g/cm,与5°相比显著增加12.60%,8.76%,13.87%,16.41%,下坡溅蚀量大于上坡溅蚀量。

露天煤矿排土场不同植被类型持水能力评价

采用野外调查和室内综合分析,系统研究了露天煤矿排土场不同植被类型的枯落物特征、土壤物理性质、土壤渗透性能和蓄水能力变化,并采用主成分分析对各样地持水能力进行综合评价。结果表明:不同植被类型枯落物的厚度和蓄积量均差异显著(P<0.05),乔木林地、灌木林地和荒草地枯落物厚度依次为1.80,1.23,0.83cm,枯落物蓄积量为6.76,2.96,0.58t/hm^2;乔木林地枯落物的持水能力和拦蓄能力最强,显著大于灌木林地和荒草地(P<0.05)。各样地土壤容重依次为荒草地>灌木林地>乔木林地,乔木林地和灌木林地的土壤入渗能力显著高于荒草地(P<0.05),初始入渗率、稳定入渗率和渗透总量分别为1.53~4.08mm/min、0.20~1.51mm/min和28~133mL。乔木林地和灌木林地的实际库容大于荒草地,林地水库贮水效率显著高于荒草地(P<0.05)。采用主成分分析法评价露天煤矿排土场不同植被类型的持水能力,15个评价指标可优化为3个主成分,累计贡献率为96.832%,各样地持水能力综合得分为乔木林地>灌木林地>荒草地。从排土场枯落物层和土壤层的持水能力角度,可选择乔木树种(刺槐)作为主要复垦植被。

北方草原区露天煤矿外排土场平台土体裂缝形态特征

煤炭资源的开采不仅能够带来经济的快速发展,也会产生严重的生态环境问题,其中以露天开采最为严重。频繁不合理的采矿活动破坏土地资源,诱发矿区地质灾害。土体裂缝是煤矿区地质灾害中最直观的一种,也是危害最大的一种,其数量多、分布广、危害重,严重影响矿区生态安全。土体裂缝的产生极大程度地影响着排土场地表径流、入渗、蒸发等水文循环过程,也增加排土场泻溜、崩塌、滑坡等水土流失灾害发生的可能性。研究排土场平台土体裂缝形态特征可为认识矿区水分快速运动、植被恢复与重建提供科学依据。以内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市大唐国际胜利东二号露天煤矿南排土场为研究对象,通过现场调查、野外试验、室内分析、图像处理等研究方法,系统地研究北方草原区露天煤矿外排土场平台土体裂缝形态规律及其分形特征。结果表明:排土场平台土体裂缝发育严重,多为直线型,走向平行于等高线,集中在排土场平台前缘5 m内;排土场平台土体裂缝长度主要集中在0~500 cm,占80%以上;土体裂缝宽度在4.3~40.4 cm,深度在5.7~55.3 cm。土体裂缝尺寸的差异较大,但可以根据裂缝宽度W将其划分为小裂缝(W<15 cm)、中裂缝(15 cm<W<30 cm)和大裂缝(W>30 cm)3个等级;GFⅠ,GFⅡ,GFⅢ裂缝宽度依次为9.85,2.86,5.77 cm,各裂缝之间差异显著(P<0.05)。GFⅠ,GFⅡ,GFⅢ裂缝深度依次为29.00,30.67,28.67 cm,各裂缝之间无显著差异(P>0.05)。随着裂缝宽度不断扩张,松散的砂质壤土会在裂缝开裂过程中坍塌而回填裂缝,影响裂缝深度。裂缝宽深比与裂缝深度之间具有较好的幂函数关系,两者达到极显著水平(P<0.001)。GFⅠ,GFⅡ,GFⅢ分形维数为1.437,1.240,1.309,回归方程的决定系数为0.986~0.994,P<0.001,排土场土体裂缝分布具有明显的自相似性。分形维数越大,裂缝的形态特征越复杂,对土壤及植被的扰动作用也越大。

用3种测定方法分析排土场复垦区的表层土壤的饱和导水率

排土场是一种典型人工松散堆积体,其复垦区土壤饱和导水率对排土场地表径流形成及土壤侵蚀过程具有重要影响,也对认识该区域土壤水分运动规律及水分渗漏特征具有重要意义。目前,关于排土场土壤饱和导水率的测定方法较多,但其测定结果的准确程度有待提高。作者采用Hood入渗仪测定排土场3种复垦植被类型表层土壤饱和导水率,分析土壤理化性质对饱和导水率的影响,阐明室内环刀法和双环入渗法测定结果的差异性及其原因,探讨土壤饱和导水率的最优测定方法。结果表明:排土场不同复垦植被土壤含水率为13.51%~15.48%,土壤密度依次为刺槐林地>荒草地>榆树林地,土壤有机质为6.17~8.05 g/kg。刺槐林地、榆树林地和荒草地表层土壤饱和导水率依次为0.77、0.54和0.48 mm/min,不同测定方法的结果表现为Hood入渗仪<双环入渗法<室内环刀法。排土场表层土壤导水性能依次为榆树林地(0.523)>刺槐林地(0.501)>荒草地(0.488)。Hood入渗仪法在排土场表层土壤饱和导水率测定中有较好的适用性。

煤矿复垦排土场裂缝区土壤团聚体分布及稳定性

【目的】揭示排土场土壤团聚体分布特征。【方法】在北方草原区露天煤矿复垦排土场选取典型复垦样地,调查土体裂缝(GF)发育特征,采用干筛法和湿筛法测定土壤团聚体组成与分布特征,分析团聚体稳定性及其与土体裂缝的关系。【结果】各个土体裂缝>0.25 mm风干土团聚体量为23.02%~42.70%,水稳性团聚体量为16.9%~29.52%,表现为各裂缝之间无显著差异,GFⅠ、GFⅡ、GFⅢ裂缝0~60 cm土层>0.25 mm水稳性团聚体量依次为25.26%、26.57%、23.62%;3个裂缝土壤团聚体结构破坏率分别为20.77%~36.17%、20.52%~25.00%、26.58%~40.56%,GFⅢ裂缝显著大于GFⅠ裂缝和GFⅡ裂缝;0~10、10~20、20~30、30~40、40~50、50~60 cm土壤团聚体结构破坏率依次为28.81%、29.96%、26.19%、23.50%、24.91%、29.38%;GFⅠ、GFⅡ、GFⅢ裂缝土壤风干土团聚体分形维数为2.847~2.919,土壤水稳性团聚体分形维数为2.898~2.942,团聚体以小团聚体或细小颗粒为主;3个裂缝风干土团聚体的平均重量直径(MWD)分别为1.11、1.05、1.28 mm,几何平均直径(GWD)分别为0.45、0.44、0.49 mm,水稳性团聚体的MWD依次为0.67、0.73、0.72 mm,GMD依次为0.36、0.38、0.37 mm,GFⅡ裂缝土壤具有较好的土壤结构和土壤稳定性,土壤抗侵蚀能力较强;大部分土层土壤水稳性团聚体处于不稳定水平,这与裂缝的形成与发育有关。【结论】土体裂缝的形成与发育会降低土壤团聚体稳定性,导致团聚体分散成为颗粒较小的团聚体及颗粒,且裂缝宽度越大、裂缝发育越明显,对团聚体稳定性影响越显著。

不同土石比的工程堆积体边坡径流侵蚀过程

工程堆积体可在短时期内极大程度地改变原地貌地形、土壤和植被条件,使其在降雨径流作用下将发生严重土壤侵蚀,因此是生产建设项目区水土流失最为严重的地貌单元。该文采用土工试验方法及野外实地放水冲刷法研究不同物质来源和土石比的工程堆积体边坡物理性质、侵蚀动力及径流侵蚀过程。结果表明：1）2种松散工程堆积体的物质组成和入渗性能均较原土差异明显,其中黄沙壤工程堆积体以≤0.25mm颗粒为主,其颗粒变异系数为原土的1.2-2.0倍,稳定入渗率为原土1.70-4.07倍;而紫色土堆积体级配良好,颗粒变异系数是其原土的2.2倍,稳定入渗率为原土的7.02-11.59倍。2）各种工程堆积体边坡侵蚀动力学参数随放水流量变大而增加,黄沙壤工程堆积体边坡径流流速在0.155-0.318 m/s之间变化,径流剪切力变化在27.632-57.154 N/m^2,土壤剥蚀率在0.337-77.071 g/（m2·s）之间;而紫色土工程堆积体边坡径流流速、剪切力和土壤剥蚀率分别在0.184-0.281 m/s,35.525-53.600 N/m^2和1.445-61.910 g/（m2·s）。3）土石混合质边坡在产流9 min内存在不同程度突变或波动,在相同条件下边坡累积产流量均表现为偏土质〉土石混合质,黄沙壤工程堆积体边坡累积产流量高于紫色土;而土石混合质边坡的产沙率呈连续性多峰多谷变化,边坡侵蚀沟壁土体崩塌脱落是造成产沙率波动的重要原因。该研究可为生产建设项目工程堆积体水土流失量预测和水土保持植物措施选择提供基本参数和技术支持。

基于Le Bissonnais法的石漠化区桑树地埂土壤团聚体稳定性研究

石漠化区独特的水土流失作用使该区土壤严重退化,地埂植物作为一种独特的农林复合模式对石漠化区土地质量改善和坡耕地土壤生态修复作用明显,能有效保证坡耕地的生态条件和生产性能。选取石漠化区3种不同管理方式的桑树地埂为研究对象,采用传统湿筛(Cаввинов法)和Le Bissonnais法测定土壤团聚体分布与稳定性特征。结果表明:基于Cаввинов法测定的土壤团聚体稳定性以天然林最好,桑埂自然生草地和清草地相对居中,桑埂农地最差;3种管理方式的桑树地埂土壤团聚体稳定性指数(ASI)随地埂距离均表现为ASI90cm>ASI60cm>ASI30cm,主要原因在于桑树地埂对坡耕地土壤团聚体影响的作用范围主要集中在距株30 cm以内,而在地埂30 cm以外田面农耕活动对土壤团聚体结构影响较大,而受桑树地埂影响作用较小。基于Le Bissonnais法快速湿润(FW)处理后土壤团聚体集中分布在0.5—0.25 mm之间,慢速湿润(SW)和湿润振荡(WS)处理后团聚体主要分布在5—1 mm之间。Le Bissonnais法处理后土壤团聚体稳定性表现趋势与Cаввинов法一致,3种处理后的团聚体分形维数D、MWD和GMD均表现为FW<SW<WS。Le Bissonnais法FW和SW处理后团聚体稳定性指标与Cаввинов法达到极显著相关,说明Le Bissonnais法测定石漠化区土壤团聚体稳定性是可行的;石漠化区土壤团聚体稳定性与有机质和粘粒含量呈显著正相关(0.586≤R≤0.864),这说明石漠化区土壤团聚体稳定性是以上两种土壤胶结物质的黏聚作用形成的,且两种土壤胶结物质对土壤消散作用和粘粒膨胀作用引起的团聚体破坏抵抗性强烈,而对低强度机械干扰引起的团聚体破碎没有明显抵抗性,研究结果对石漠化区坡耕地土壤保持具有重要指导意义。

放水冲刷条件下工程堆积体边坡径流侵蚀水动力学特性

煤炭开采过程形成的工程堆积体可导致严重水土流失。该文以重庆市煤矿工程堆积体为研究对象,该文采用土工试验方法和野外实地放水冲刷试验研究了煤矿工程堆积体边坡径流侵蚀特征及其临界水动力条件。结果表明：1）随着径流侵蚀冲刷过程进行,工程堆积体边坡的径流流速、径流剪切力和径流功率均呈现出程度不一波动现象,其变化范围分别为0.187～0.526 m/s、24.336～126.542 Pa、2.763～46.861 N/（m·s）,而阻力系数在2.236～19.337之间波动变化。2）除10 L/min放水条件,工程堆积体边坡产流率、产沙率随径流冲刷过程呈先增加、后稳定变化趋势;在不同放水条件（10～30 L/min）下,边坡产流率依次趋于0.5、3.0、3.8、6.3和9.0 L/min,而产沙率在0～27.51 kg/min之间变化,土壤剥蚀率在9.570～4616.064 g/（m2·min）。3）不同坡度工程堆积体边坡临界径流剪切力及径流功率存在较大差异,面蚀阶段临界径流剪切力和临界径流功率以30°堆积体最小,分别为23.95 Pa和1.76 N/（m·s）;而细沟侵蚀阶段以25°堆积体临界径流剪切力最小,以40°堆积体临界径流功率最小;土壤侵蚀速率与径流剪切力、径流功率之间具有显著线性关系。4）在放水条件下（10～30 L/min）,工程堆积体径流侵蚀临界坡度分别为34.8°、35°、33.7°、34°、35.2°。研究结果可为煤矿工程堆积体水土流失量预测、水土保持生态修复措施布置提供技术参数和依据。

紫色丘陵区坡耕地生物埂的蓄水保土效应

【目的】研究紫色丘陵区坡耕地生物埂的蓄水保土效应。【方法】采用土壤物理性质及土壤力学分析等综合性研究手段,对4种紫色丘陵区坡耕地生物埂措施的蓄水保土效应及其影响因素进行研究。【结果】(1)不同生物埂措施的土壤总孔隙度表现为桑树埂>花椒埂>紫花苜蓿埂>自然生草埂;生物埂土壤初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率变化趋势一致,依次为桑树埂>花椒埂>紫花苜蓿埂>自然生草埂。(2)生物埂土壤有效库容与对照自然生草埂相比差异明显(P<0.05),表现为木本埂>草埂>对照自然生草埂;在生物埂蓄水过程中,土壤的非毛管孔隙度和总孔隙度越大,土壤入渗性能越好,土壤水库库容越大;生物埂土壤容重越大,则土壤渗透性和通透性越差,导致土壤无效库容越大,坡耕地农作物水分利用困难。(3)生物埂土壤抗剪强度表现为紫花苜蓿埂(0.38 kg·cm-2)>花椒埂(0.25 kg·cm-2)>桑树埂(0.22 kg·cm-2)>自然生草埂(0.18 kg·cm-2),内摩擦角以花椒埂最大(20.76°);生物埂土壤内摩擦角与机械组成分形维数、土壤初始含水率之间呈显著负相关,与微团聚体分形维数呈显著正相关;土壤黏聚力和抗剪强度与机械组成分形维数呈显著负相关,与土壤分散率呈显著正相关,与微团聚体分形维数相关性不显著。【结论】由于紫色丘陵区生物埂措施对土壤孔隙结构等物理性质具有改良作用,提高了土壤有效库容,这对抵御坡耕地季节性干旱作用成效明显;同时也增强了土壤抗剪强度,使得地埂抵抗降雨和径流剪切的能力增强,保证了坡耕地土地生产力的稳定。

紫色丘陵区不同弃土弃渣下垫面产流产沙试验研究

采用野外放水冲刷试验法研究紫色丘陵区不同弃土弃渣下垫面产流产沙规律。结果表明:(1)不同下垫面条件的产流量、产沙量均随放水流量增大而增大;放水流量为5,10,15,20,25L/min时,产流量随时间推移均呈先增加后趋于平稳的变化,产沙量呈先增加后减小的变化,二者均存在波动现象,而产沙过程波动更为剧烈,呈现出多峰多谷特点。(2)土石比对产流量、产沙量的影响随放水流量增大而增强;相同条件下坡度越大,则产流量越大,产沙量亦越大;放水流量从5L/min增加到25L/min时,土质下垫面平均径流率、平均产沙率增加量均达到最大,而土石混合质下垫面增加量最小。(3)在产流量、产沙量与放水流量的经验方程中,25°土质下垫面产流量、产沙量增长率最大,分别为51.883,18.770,而35°土石混合质的增长率最小,分别为7.270,2.325。

紫色土坡耕地香根草根系的固土抗蚀效应

本试验以坡度3°和25°下的自然生草和香根草(Vetiveria zizanioides)为研究对象,采用室内直剪试验和原状土冲刷试验,分析紫色土坡耕地上香根草根系的固土抗蚀效应。结果表明,1)香根草根系改变了土壤结构,土壤容重与根长密度、根表面积密度极显著负相关(P<0.01),与根重密度显著负相关(P<0.05),土壤含水率与根长密度、根表面积密度显著正相关;2)土壤抗剪强度与根重密度、根表面积密度极显著正相关,与根长密度、含水率显著正相关,土壤抗冲性指数与根重密度、根长密度和根表面积密度极显著正相关;3)同级荷载(100、200、300、400 k Pa),土壤抗剪强度表现为,香根草3°>香根草25°>自然生草3°>自然生草25°,土壤抗冲指数表现为,香根草3°>香根草25°>自然生草3°>自然生草25°;4)与自然生草相比,含香根草土体结构稳定,抗剪、抗冲能力强,在3°和25°坡耕地上均表现出一定的固土抗蚀效应。

两种工程堆积体边坡模拟径流侵蚀对比研究

基于对重庆市城镇建设中工程堆积体野外调查结果,选择广泛存在的紫色土和黄沙壤工程堆积体为研究对象,采用野外实地放水冲刷试验,对比分析了不同土石比及坡度的工程堆积体边坡径流侵蚀过程。结果表明:(1)工程堆积体土壤入渗率随冲刷过程呈先快速减小、后逐渐稳定的变化趋势,且波动幅度大小随冲刷流量的不同出现差异,下垫面稳定入渗率均在0.4~1.7 mm min^(-1)之间。(2)不同下垫面堆积体产流率随冲刷时间均呈先增加后稳定的谷峰交织变化趋势且随放水流量增大而显著增强;在相同放水流量时,黄沙壤堆积体平均产流率最大可为紫色土堆积体的1.89倍。(3)不同下垫面堆积体径流含沙量随冲刷时间呈先增加后稳定的波动趋势;径流含沙量在不同流量条件下介于0.21~1278.49 g L^(-1);冲刷过程中坡面面蚀向沟蚀的转化对径流含沙量有显著影响,最大可增加13.73倍;堆积体坡面侵蚀过程存在突变期、活跃期和稳定期3个阶段,细沟发生的偶然性和随机性对产沙量波动贡献率最大。(4)工程堆积体在不同放水流量条件下侵蚀泥沙颗粒粒径分布差异性明显,紫色土堆积体最大侵蚀泥沙颗粒均大于黄沙壤堆积体。研究结果可为重庆市城镇建设工程堆积体新增水土流失量预测和植被生态恢复提供重要科学依据。

露天煤矿排土场复垦区不同植被类型枯落物持水特性研究

为揭示露天煤矿排土场复垦区不同植被类型水土保持效益,选取刺槐林地、榆树林地、混交林地(刺槐和榆树混交)、灌木林地(紫穗槐)和荒草地5种典型复垦植被下的枯落物作为研究对象,采用室内浸水法对5种植被类型枯落物的持水特性进行研究。结果表明:5个样地的枯落物厚度、蓄积量均表现为:乔木林地>灌木林地>荒草地,枯落物厚度在0.80~1.64cm之间,总蓄积量在0.72~7.51t/hm^2之间;枯落物最大持水量和有效拦蓄能力均表现为刺槐林地最大,枯落物最大持水率为145.58%~206.58%,最大持水量为13.11~123.98t/hm^2,有效拦蓄率为119.74%~166.05%,有效拦蓄量为10.09~98.76t/hm^2;林地枯落物持水量与浸泡时间的关系为Q=aln t+b;枯落物在0~1h内吸水速率最大,1~4h内吸水速率急剧下降,随后下降幅度逐渐减小,枯落物吸水速率与浸泡时间关系式为:V=atb。研究结果可为评价露天煤矿排土场不同类型复垦区枯落物层水源涵养效益提供参考,为排土场植被恢复与重建提供科学依据。

辽西低山丘陵区坡地砾石含量及粒径对土壤入渗性能的影响

基于室内土柱模拟试验对比分析辽西低山丘陵区坡地不同粒径及砾石含量的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了含砾石土壤对传统土壤入渗模型的适用性。结果表明:粒径一定时,随砾石含量的增加土壤累积入渗量减少,随累积入渗量的增加土柱湿润锋变化速率由小变大;砾石含量小于20%时,湿润锋前进到一定深度下,土壤累积入渗量随粒径的增加而增大;当砾石含量增大到一定值时,砾石含量相同直径不同的土壤累积入渗量与湿润锋随时间的变化基本无差异。累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系。利用Green-Ampt模型、通用模型、Horton模型和Kostiakov模型对入渗率与入渗历时的关系进行拟合,其中砾石含量为5%时,Horton模型拟合效果最好,砾石含量为10%~30%时通用模型适用性更强,Horton模型拟合效果最差,其他模型拟合效果因砾石含量及粒径等因素的不同而异。

海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型土壤入渗特征

为揭示排土场复垦区不同土地利用类型土壤的水源涵养功能,采用野外实地双环入渗试验和室内理化分析方法,系统地研究了海州露天煤矿排土场复垦区不同土地利用类型(乔木林地、灌木林地、农用地、荒草地)土壤入渗特性及其影响因素。结果表明:不同土地利用类型下的土壤初始入渗率、稳定入渗率和累计入渗量均表现为乔木林地>灌木林地>农用地>荒草地;不同土地利用类型下土壤入渗过程的拟合优度存在差异,G-P综合模型、Kastiakov模型、Horton模型的平均拟合优度依次为0.926,0.908,0.905。G-P综合模型相对误差为79.21%~123.69%,更接近排土场复垦区土壤入渗的实际过程,可作为排土场复垦区土壤入渗过程的预测模型;不同土地利用类型下土壤初始入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关,稳定入渗率和累计入渗量与非毛管孔隙度、砾石含量和部分根系特征呈显著正相关;采用主成分分析评价的土壤入渗能力排序为乔木林地>灌木林地>农用地>荒草地,初始入渗率、稳定入渗率、14min入渗率和累积入渗量的主成分方差累积贡献率为99.047%,较好地表达了土壤入渗能力。

海州露天煤矿排土场植被恢复的土壤水文效应评价

为揭示排土场复垦区植被恢复的土壤水文效应,选取12个环境因子作为排土场植被恢复过程中土壤水文效应评价指标,采用层次分析法确定各评价指标权重,建立排土场土壤水文效应评价指标体系和评价模型,并对6种复垦植被类型下(刺槐Robinia pseudoacacia林地、榆树林地、混交林地、灌木林地、农地和荒草地)土壤水文效应进行评价。结果表明:(1)土壤因子、水分因子和植被因子的权重值分别为0.513 8、0.193 0和0.293 2,各个评价指标的综合权重在0.031 8~0.146 2之间;(2)排土场不同植被恢复模式的土壤水文效应综合指数大小顺序为刺槐林地(0.553 85)>混交林地(0.534 9)>榆树林地(0.521 3)>灌木林地(0.429 2)>荒草地(0.375 3),较农地(0.361)分别提高53.41%、48.17%、44.4%、18.89%和3.96%;(3)植被恢复可以有效地改善排土场的土壤水文效应,且以乔木林恢复效果更佳。该研究可为排土场不同植被恢复过程中土壤水文效应的评价提供较为科学的评价指标体系,同时为排土场土地复垦和生态恢复与重建提供理论依据和新的分析角度。

重庆市典型工程堆积体边坡物理力学变化及稳定性特征

以重庆市城镇建设活动形成的典型工程堆积体为研究对象,对工程堆积体边坡物理力学特性和入渗特征进行了研究,同时确定了工程堆积体边坡的危险滑动面及安全系数。在工程堆积体边坡上、中、下设置采样点,采集土壤样品进行土壤物理力学性质分析,采用野外双环入渗法进行入渗过程研究,运用GEO-SLOPE软件分析工程堆积体边坡稳定性。结果表明:(1)工程堆积体粒度分布不均匀,且<2mm粒径的含量随着堆放时间的增加而增大;各工程堆积体分形维数在2.04~2.47之间变化,且表现为上坡位>中坡位>下坡位。(2)工程堆积体饱和含水量随坡位下降呈逐渐增加趋势;入渗率随时间变化呈快速减小、缓慢减小、稳定入渗3个阶段,2m、2a和4a堆积体稳定入渗率分别为4.53,3.17,7.02mm/min。(3)不同堆放时间的工程堆积体剪切力和剪切位移的关系呈硬化型曲线;粘聚力和内摩擦角分别在16.43~31.88kPa和2.23°~41.69°之间;不同堆放时间的工程堆积体安全系数均大于1.5,其稳定性大小依次为2a>2m>4a,最危险滑动面的安全系数分别为1.77,2.23,1.66。比较而言,堆放2a的工程堆积体稳定性最好,堆放2m的次之,堆放4a的工程堆积体稳定性最差。