露天排土场的岩土侵蚀特征及水保效应分析

该文以平朔露天煤矿复垦10 a排土场为试验平台,采用时空互代法,在50年一遇暴雨后对不同复垦阶段排土场的岩土侵蚀情况进行调查分析.结果表明:对于新造地,堆状地面是解决排土场"地表严重压实"和"非均匀沉降"最好方法;复垦初期(1～3 a)植被的水土保持作用不是很明显,主要是草本植物在发挥作用,各种侵蚀形式还普遍存在,复垦中后期(4～10 a)随着生物多样性的增加,植被覆盖率的提高.枯枝落叶层逐渐累积,各种侵蚀都逐渐减弱,局部边坡还会发生浅沟侵蚀;但与复垦初期相比,灌乔的保水保土效果逐渐凸显,甚至乔灌草混交的10#样地不产生径流和土壤侵蚀.人工堆积的排土场,岩土侵蚀是一种潜在的危险.但乔灌草的合理配置,是一种经济有效的水保措施,同时在实施过程中需要复垦法制的不断完善.     

黄土区露天煤矿排土场复垦后土壤与植被的演变规律

恢复受损的土壤和植被是矿区生态恢复的关键,植被恢复过程的实质是植被-土壤复合生态系统相互作用的过程。该文通过典型小区调查的方法,选择山西平朔州安太堡露天煤矿复垦排土场为研究区,分析了不同复垦年限（3、5、10、12和17 a）土壤环境因子和乔木林地植被生物量的动态演变规律,建立了黄土区露天煤矿排土场复垦土壤环境因子和乔木林地植被生物量Logistic演替模型,并构建了土壤-植被交互影响的偏微分方程组。相关系数及显著性检验表明所建立的土壤各环境因子演变模型和乔木林复垦地的植被生物量演变模型有效,能够很好地反映排土场的土壤因子和植被生物量的动态演变过程;随着复垦年限的增加,研究区土壤环境因子质量不断提升并逐渐接近原地貌,土壤因子和植被生物量都呈S型变化,符合Logistic生长演替模型;土壤环境因子与植被生物量二者交互作用明显,符合Kolmogorov捕食模型。该研究可为黄土区露天矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据。     

海州露天矿排土场不同复垦模式下土壤酶与土壤肥力典型相关分析

为研究露天矿排土场不同复垦模式下多种土壤酶与土壤肥力因子的相关程度,采集阜新市海州露天矿排土场3种复垦模式(刺槐林地、白榆林地、草地)和荒裸地的0～5,5～10,10～20和20～30 cm 4个土层的土壤,利用单因素方差分析和典型相关分析(canonical correlation analysis)法分析排土场3种复垦模式下土壤酶活性和土壤肥力的相关性。3种复垦模式与荒裸地比较,土壤酶活性及土壤肥力显著提高(P0.05)。相同深度白榆林地土壤酶活性显著高于其他复垦模式,且土壤肥力较高;同一样地随着土层深度的增加,土壤酶活性和土壤肥力呈现出逐渐降低的趋势。第1对典型变量相关系数0.998,表明综合土壤酶活性因子与综合土壤肥力因子具有显著的相关性。采用种植白榆的复垦模式对露天矿排土场土壤改良效果较好。不同复垦模式下土壤酶中蔗糖酶、蛋白酶和脲酶与土壤肥力相关性显著。典型相关变量组可以作为海州矿排土场土壤酶和土壤肥力指示因子。     

露天矿大型排土场水蚀特征及其植被控制效果研究--以安太堡露天煤矿南排土场为例

以山西省平朔露天煤矿安太堡矿南排土场1993～2002年径流小区定位观测为基础,对排土场未复垦、复垦种植2年、复垦种植10年等3个阶段产流产沙特征及其植被措施的减流减沙效果进行分析,初步建立了小区暴雨-产流-产沙经验模型,比较了不同植被及其配置模式的减流减沙效果,并提出了适合的植被与改进措施。     

黄土区大型露天矿排土场岩土侵蚀及其控制技术的研究

该文以平朔安太保露天矿为例，探讨了岩土侵蚀的形式，分布及成因，岩土侵蚀的危害和潜在危险。首次提出排土场岩蚀控制的方针为“以排为主，排蓄结合，调节水分，增强整体稳定性，迅速复垦，恢复植被，建立生物工程相结合的控制体系”，控制技术包括基底处理，平盘边坡防护，滑坡崩塌危险区控制及排土复垦工艺。     

不同植被恢复模式对露天煤矿排土场土壤抗冲性的影响

为了探究不同植被复垦模式对排土场土壤抗冲性的影响,以辽宁省阜新市海州露天煤矿排土场复垦区内灌木林地(紫穗槐)、榆树林地、刺槐林地、混交林地(刺槐和榆树混交)、荒草地和耕地6种复垦模式为研究对象,采用野外采样和室内改进土壤抗冲槽的方法获取了径流含沙量、抗冲性指数、根系指标和根系对土壤抗冲性的强化值(ΔANS)等评价指标。结果表明:土壤冲刷过程中,不同复垦模式下的径流含沙量在冲刷6 min内变化幅度较大,伴随着冲刷时间的延长,6 min后含沙量相对稳固;不同复垦模式土壤冲刷过程累积径流含沙量表现为耕地较大,荒草地、6986树林地、混交林地和刺槐林地次之,灌木林地较小。土壤抗冲性变化与土壤冲刷过程含沙量呈反比,随土壤冲刷时间延长,土壤抗冲性增强。平均抗冲性指数趋势表现为灌木林地较大,刺槐林地、混交林地、榆树林地次之,荒草地和耕地较小。土壤抗冲性与土壤理化性质的相关性研究表明,在冲刷过程中,土壤容重越小,孔隙度越大,黏粒含量越高,土壤紧实程度越高,土壤抗冲性越强。不同复垦模式土壤抗冲性能强化值(ΔANS)范围为0.06～0.73,强化百分率在28%～630%;植物根系对土壤抗冲性变化特征表现为:灌木林地混交林地刺槐林地榆树林地荒草地耕地,植物根系对灌木林地的强化作用最为明显。     

海州露天矿排土场边坡土壤抗冲性空间变异性特征

为了深入研究坡面侵蚀过程机理,加快矿山废弃地土地复垦进程,以辽宁省阜新市海州露天矿排土场为研究对象,针对多年来土地复垦的治理成效,运用传统统计学和地统计学相结合的方法,基于GIS技术研究排土场边坡土壤抗冲性的空间变异性特征.结果表明:①土壤抗冲指数的理论模型为高斯模型;②在坡面尺度范围内,土壤抗冲指数具有中等程度空间变...     

露天煤矿排土场不同植被土壤水分特征及其时间稳定性

选择晋陕蒙接壤区永利煤矿排土场沙打旺草地、紫花苜蓿草地、沙棘林地和原地貌草地土壤水分为对象,研究其蒸散、剖面分布、时间变化等特征,以期揭示土体重构及不同复垦植被模式对土壤水分及其时间稳定性影响。结果表明:排土场3种人工植被条件下土壤平均含水量同原地貌草地相比提高了50.7%~62.3%,另外,沙打旺复垦草地土壤含水量显著低于苜蓿复垦草地和沙棘复垦灌木林地(均降低了7.2%)。沙打旺和苜蓿会导致深层(120—260,120—220 cm)土壤水分亏缺,但有利于20—80 cm的土壤水分的保持;而沙棘易导致浅层(20—80 cm)土壤水分亏缺,但对深层(100—280 cm)土壤水分影响较小。上述结果说明,矿区排土场土体重构过程能够改善排土场土壤的水分条件,并且在进行植被重建的过程中,不同复垦植被对土壤水分的保持与利用形式有所不同,在本研究中,苜蓿和沙棘更有利于缓解土壤水分亏缺。     

基于CT分析露天煤矿复垦年限对土壤有效孔隙数量和孔隙度的影响

露天煤矿排土场由于排土过程中大型机械压实等作用会对土壤的孔隙结构产生影响,重构适合于植被生长的土壤孔隙结构是排土场土地复垦的重要工作。为对排土场重构土壤孔隙结构进行定量分析,该文采用高精度无损计算机断层扫描技术(CT)对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场平台全黄土母质覆盖的不同复垦年限(0、20、23 a)以及原地貌的土壤进行分层扫描成像,并利用Photoshop和Arcgis软件对扫描图像进行处理和统计分析,探讨了排土和复垦对土壤孔隙数量和孔隙度的影响,分析了排土场重构土壤大、中和小孔隙的变化。结果表明:原地貌土壤孔隙数量和孔隙度最大,其次是复垦23和20 a的土壤,排土后未复垦土壤孔隙数量和孔隙度最小。采矿和排土等活动由于大型机械压实作用降低了土壤孔隙数量和孔隙度,尤其是大孔隙数量和大孔隙度;土地复垦对增加土壤孔隙数量和孔隙度有一定的作用,但是过程比较缓慢。采矿和排土等活动对表层土壤孔隙数量和孔隙度的影响要高于底层土壤。该研究可为黄土区大型露天煤矿排土场重构土壤结构的优化与土地复垦措施选择提供依据。     

微灌技术在陕北山地红枣生产中的应用示范研究

干旱缺水与水土流失并存是制约黄土高原地区生态环境建设和经济可持续发展的二大瓶颈因子,也是导致该区生态脆弱的根本原因。这一问题不仅是国家关注的重点,也是科学界关注的热点和难点。长期以来,由于水土流失与干旱缺水互为矛盾,甚至互为因果,很难同时实现这二大问题的同步解决。我们在20世纪末曾提出“以降雨径流调控与利用”为主要手段,通过山地降雨径流的调控消除水土流失动力,通过现代农业节水技术实现有限径流的高效利用,从而同步解决上述二大难题的构想,并进行了多年探索与实践,系统地研究了人工汇集雨水利用技术及雨水高效集蓄利用技术,并在生产中得到了较为广泛的应用,并取得了一定的效果。     

陕西省神木县六道沟流域水平衡解析

选取处于黄土高原北部水蚀风蚀交错地带的六道沟流域为研究区,基于水平衡方程确定了陕北小流域水资源组成结构的各个分量。通过对水文数据和径流计算结果的分析,推求了流域水量收支的各个成分。考虑到人为因素的影响,居民的生活用水量和农业灌溉用水量因素被加入到水平衡公式中。结果表明,年蒸发量和径流量分别占年总来水量的74.5%和21.5%,年蓄水量变化接近于0,居民的生活用水量和灌溉用水量分别占年总来水量的2.8%和1.2%。研究结果可为水资源相对缺乏的黄土高原北部地区的水资源可持续开发和利用提供基础数据。     

应用LM算法的神经网络模型研究灌区退水问题

在一些引黄灌区中，灌溉引水的相当大部分要转化为退水回归黄河，灌区退水研究对这部分水量的重新利用有着重要的意义。该文采用相关分析的方法确定了灌区退水的主要影响因素，应用LM算法的神经网络模型对灌区退水的量化分析方法进行了探讨。实例研究表明，模型能够较准确的对灌区退水量进行模拟和预测，对灌区退水问题研究具有较好的应用价值。     

毛乌素沙地农田土壤水分动态特征研究

毛乌素沙地农业种植以春玉米为主,水资源短缺是制约当地农业发展的主要因素,研究农田土壤水分动态对指导当地农业生产具有重要意义。本研究以原位试验为主,通过对地下水、土壤含水率、土水势、灌溉降雨、蒸腾蒸发等数据的监测和分析,对毛乌素沙地春玉米生长过程中的土壤水分动态特征进行研究。结果表明:地下水与土壤水之间存在明显的水力联系,Pearson相关性分析发现,各深度土壤含水率与地下水埋深之间均呈显著相关,其中40~60 cm深处相关性最大,相关系数大于0.8;地下水位的下降降低了土壤含水率稳定层的位置,削弱了上下层土壤之间的水力联系,不利于土壤水分的保持;玉米需水量增加和地下水位下降均会导致土壤含水率在垂向剖面上的不规律变化增强。通过对土壤含水率和土水势监测数据的分析发现,在玉米从苗期至蜡熟期的生长过程中,土壤水分动态经历了弱—强—弱的变化过程,并且20 cm深土层是春玉米的主要吸水层,30~40 cm是相对干燥层,由于田间灌溉在春玉米发生水分胁迫时进行,因此可利用30 cm和40 cm深土层含水率判断玉米是否需要灌溉。受春玉米生理作用影响,当10 cm深处土水势值下降到低于-0.18 bar时会出现根系提水现象。本研究结果可以为毛乌素沙地地区的农田水分利用及水资源管理提供重要的理论依据和参考信息。     

区域基尼系数及其在区域水土资源匹配分析中的应用

水土资源的匹配对于农业生产非常重要,因此如何定量测度区域水土资源的总体匹配 程度,对于合理开发利用水资源和耕地资源具有战略意义.通过区域基尼曲线及系数的构建 ,为区域水土资源的匹配研究提供了新的思路.研究结果表明,我国(省际间)的水土资源 匹配程度与世界(国际间)的水土资源匹配程度以及亚洲(国际间)的水土资源匹配程度相当.     

沁河源区水源涵养功能辐射效益研究

以沁河源区为例,分析了水源涵养功能空间分布特征,通过构建辐射效益评估模型,估算了其水源涵养辐射量,并对辐射量和水源涵养量进行了对比。结果表明:（1）沁河源区75.40%的区域覆盖着落叶阔叶林和常绿针叶林,土壤以粉砂壤土和壤土为主,渗透性较强,水源涵养量均值234.75 m³,总量3.52亿m³,水源涵养辐射量均值168.41 m³,总量2.14亿m³;（2）99.30%的林地具有水源涵养辐射效益,林地斑块的实际辐射量占供给量的64.89%,辐射总量1.91亿m³;（3）97.12%的草地具有水源涵养辐射效益,草地斑块的实际辐射量占供给量的97.76%,辐射总量0.22亿m³;（4）94.89%的耕地具有水源涵养辐射效益,耕地斑块的实际辐射量占供给量的92.98%,辐射总量0.24亿m³。     

水土保持学科理论体系初探

以可持续发展为指导,在总结我国防治水土流失、进行水土保持经验的基础上,阐述了建立水土保持学科理论体系的必要性、水土保持的概念和实质、学科理论发展的历史和研究意义,着重讨论了水土保持学科理论的主要研究内容,认为应包括:水土流失的地貌学理论研究、水土保持的生态系统控制理论研究、水土保持的系统工程技术与方法研究。     

水源地水质可达性及保护对策研究——以柳州为例

水质模型能够模拟、预测污染物在水体中的迁移扩散规律,是研究和解决水体污染的一种常用方式,已大量应用于工程可行性研究中,并取得一定的成效.通过建立柳江柳州段二维水流水质耦合模型模拟柳江柳州段的水流水质状况,计算出概化污染源在设计条件下的污染带分布状况,确定该市五个水源地中需要重点研究的两个水源地;建立排污量与混合带范围关系曲线,进行污染源对各水源地水质影响分析,并计算污染源的排污控制量.根据计算结果,柳州市要保证供水水质达标必须采取削减入河污染量或者另设取水口等措施.     

灌区干支渠渗漏估算方法及其在水资源优化配置中的应用

为解决大尺度农业水资源规划中遇到的渠道渗漏估算精度低且估算方法不符合渠道渗漏机理问题,该研究在对前人的研究成果与渠道渗漏关键要素进行分析基础上提出了渠道渗漏估算方法。根据提出的渠道渗漏估算方法,渠道渗漏系数通常是随渠道引水量变化的单调函数,传统方法中使用固定的渠系渗漏系数方法在渠道引水量变化时会对渠道渗漏量有一定程度的低估和高估。为进一步验证不同的渠道渗漏估算方法对于农业水资源优化配置的影响,以甘肃省黑河中游17个大中型灌区的水资源优化配置问题为例,建立了农业水资源多目标随机规划模型对有限水资源进行合理分配。模型同时选择了渠道渗漏估算方法与传统的固定系数方法。优化结果显示,使用固定渗漏系数的传统方法不能体现黑河中游灌区干支渠的渠道渗漏系数随渠首引水量的动态变化关系,使用固定渗漏系数方法可能会导致对渗漏量的估计产生10%以上的偏差,进而影响实际的田间可用水量、预期产量、预期收益的估计,使得优化目标不能真正实现。同时,对比研究发现,当可用地表水量发生改变时,渠道渗漏估算方法可以更好反映出渠道渗漏率动态变化,为农业水资源规划提供更加精确的水量信息,增加了水资源规划方案的有效性与可行性。     

线源入渗仪布水器水力特性的理论分析与试验

布水器是土壤入渗线源测量方法的重要组成部分。该研究提出了一种线源布水器的新型材料与结构。布水器采用特殊的海绵材料制作。从理论上对理想布水器的材料要求进行了深入地分析。在此基础上,选用合适的海绵材料进行试验以确定布水带材料。采用离心机测量了所选用的海绵材料-103~-105 Pa范围内的水分特征曲线。这种材料中的含水量与水吸力之间具有很好的幂指数关系,相关性系数R2=0.948,在低水势时,含水量维持在很低的水平,当水势增加时含水量几乎维持不变。当水势超过一定值后,含水量随着水势的增加急剧增加。用水势连续的概念,分析了水在布水器和土壤界面运动的特征,说明试验中所选用的海绵在水力特征上是理想的布水器材料。给出了布水器的结构。用制作的布水器进行室内试验,地表湿润面积推进过程具有非常好的线性,验证了对布水带水力特性的分析以及试验得到的材料水动力学数据,说明了线源布水器的可行性。该研究将有助于土壤入渗线源测量方法的实际应用,也为相关的研究提供借鉴。     

Eine Vegetationstechnik zur quantitativen Bestimmung der Wasseraufnahme durch Wurzeln aus versalzten Rhizoböden

A vegetation technique to study the water uptake by roots from salinized rhizospheric soils The paper presents a vegetation technique to study the water uptake rate by roots, which are exposed to rhizospheric soils (soil in close vicinity of roots) of different combinations of soil osmotic and soil matrix water potential. The vegetation technique consists of two growth periods, a period of preculture and an experimental period. The aim of the preculture is to obtain series of homogenous plants growing each in a small pot filled with a densely rooted soil. At the end of the preculture all plants are very similar with respect to shoot and root development. The aim of the experimental period is to study the effects of various combinations of soil osmotic and matrix water potential on the water supply of plants. Thus the experimental period starts with supplying all pots with the same amount of water up to field capacity. In order to obtain different osmotic water potentials of the soil solutions, the water is differently salinized. Then the plants are exposed to constant climatical growth conditions. During the following days the water loss of the pots is determined hourly. The development of the matrix, osmotic and total soil water potential, the water uptake rate of the roots, the transpiration rate and growth rate of the shoots can be calculated from the water losses.