神府煤田土壤颗粒分形及降雨对径流产沙的影响

神府煤田在开发建设过程中造成的扰动地面、弃土体、弃渣体产生了严重的人为水土流失。采用野外人工模拟降雨试验方法,研究了土壤分形维数及降雨强度对未扰动地面、扰动地面、弃土体及弃渣体径流产沙的影响。结果表明,(1)弃土体、弃渣体随产流历时呈现突增—下降—稳定的过程,扰动地面和未扰动地面则经历上升—稳定的产流过程,各下垫面径流率均随着雨强的增大而增大。(2)各下垫面土壤颗粒分形维数的大小为D1(弃渣体)D2(弃土体)D3(扰动地面)D4(未扰动地面),次降雨径流量与降雨强度、分形维数分别呈显著的线性、幂函数关系,且D1~D2及D3~D4之间存在用以区分下垫面类型的临界分形维数值。(3)弃渣体侵蚀过程线呈先波动后稳定趋势,弃土体则呈多峰多谷特点,扰动地面和未扰动地面在1.0~2.5 mm min-1雨强下侵蚀速率均先增大后逐渐稳定,3.0 mm min-1时二者侵蚀速率则波动剧烈。四种下垫面平均侵蚀速率均随着雨强的增大而增大。(4)次降雨产沙量与降雨强度、分形维数均呈显著的幂函数关系。(5)径流量、产沙量与雨强和分形维数分别呈显著的线性、指数函数关系。分形维数对矿区土壤侵蚀模型的建立有重要的科学意义。     

神东矿区水土保持植物区系分析

[目的]对神东矿区植物区系进行分析,为充分利用当地的植物资源,实现神东矿区资源开发与生态环境建设和谐发展提供理论依据。[方法]利用植物区系分析法,以神东矿区作为一个独立的植物区系单元,对该区种子植物进行了调查统计,以科、属、种的现代地理分布为基础,对这3个层次的地理分布类型分别进行了统计分析,探讨该植物区系的基本特征和区系属性等问题。[结果](1)神东矿区共有植物53科,135属,217种。菊科植物种类最多(35种),其次是豆科植物26种,禾本科植物18种,蔷薇科植物14种,科内只含一种植物的科有21个;(2)神东矿区有草本植物159种,木本植物有52种,神东矿区生长的的植物多为中生和旱生,其中中生植物有62种,旱生植物有32种;(3)神东矿区高等植物类群在分类等级上都具有丰富、复杂、古老、特有4种特性。[结论]神东矿区生态系统较为脆弱,但该区的植物物种仍较为丰富。     

神府东胜煤田扰动地面水流水动力学特征

神府东胜煤田开发建设过程中造成了大量的扰动地面,形成了新的人为水土流失。采用野外放水冲刷实验,对人为扰动地面水流的水动力学参数进行了系统研究。结果表明,流速与放水流量呈幂函数关系,在上、中、下3个断面上呈先增大后减小的变化规律;水流流态属于紊流,雷诺数与放水流量呈幂函数关系;弗劳德数值在0.59～0.88之间,Fr<1,水流属于缓流;阻力系数随坡度增加而增大;水流剪切力和水流功率分别与放水流量呈幂函数关系,并随坡度增加而增大。     

开发建设中扰动地面新增水土流失研究

针对神府东胜煤田开采过程中所引发的严重新增水土流失问题,采用野外放水冲刷的试验研究方法,对神府东胜煤田扰动地面新增水土流失机理和流失量进行了初步研究。结果表明:在相同放水冲刷流量和坡度下,原始地面的平均土壤入渗率较扰动地面的增加30%;两种不同类型下垫面的径流量均随时间的增加而增加,冲刷的前6min,径流量均较小,且原始地面>扰动地面,在6min以后,径流量迅速增大,且原始地面<扰动地面,扰动地面的平均径流量较原始地面增加14%;原始地面的侵蚀产沙在整个放水冲刷过程中没有显著变化,基本维持在一个常数水平;扰动地面在放水冲刷0—15min的侵蚀产沙量较高,此后侵蚀产沙随冲刷历时的延长而下降并最终趋于稳定;扰动地面的平均含沙量较原始地面增加96%,平均产沙量增加89%;新增土壤流失量随放水流量和坡度的增大而增大,10°时,新增土壤流失量最大;同一坡度条件下,放水流量越小,土壤流失量增加的百分比就越大,反之则越小。     

神东煤田原地面侵蚀产沙规律野外降雨试验

为科学计算煤矿开发建设过程中弃土弃渣、扰动地面、非硬化路面等的新增水土流失量,以神府东胜煤田为研究背景,将未经人为扰动撂荒地作为自然侵蚀本底值的研究对象,采用野外人工模拟降雨的方法,对原地面的侵蚀产沙规律进行研究.结果表明:原地面含沙量随时间的变化形式有3种,平缓型、单峰型和多峰型.产流时间与降雨强度、产沙量与降雨强度和坡度的关系均呈幂函数相关,径流流速和流深与降雨强度呈指数函数相关,径流量与降雨强度、产沙量与径流量之间呈线性相关.     

基于TVDI的神东矿区地表水分时空演变特征研究

【目的】分析神东矿区地表水分时空演变特征及其自然影响因素,为矿区土地复垦提供参考。【方法】基于温度植被干旱指数(TVDI)模型,采用遥感反演方法对神东矿区2018-2020年植被生长季(4-10月)的地表水分进行反演,利用趋势分析法及偏差分析法对神东矿区地表水分的时空演变特征进行分析,并采用相关性分析法分析该地区时空演变的影响因素。【结果】(1)TVDI模型平均反演精度为83%,适合反演神东矿区0～10 cm土层深度的地表水分,且TVDI与地表水分成反比关系。(2)偏差分析发现,在时间尺度上神东矿区2018-2020年TVDI值呈现不规则变化,TVDI低值出现在每年7-8月,此时TVDI偏离值小于0,TVDI呈下降趋势。(3)趋势分析发现,在空间尺度上神东矿区2018-2020年TVDI呈下降趋势的区域集中在研究区矿井群附近,整个研究区内TVDI线性变化趋势上升面积小于下降面积。(4)TVDI与各影响因子关系的紧密程度依次表现为降水量>平均相对湿度>平均气温>日照时数>平均气压,TVDI与降水量、月均气温、月均相对湿度均呈极显著负相关,相关系数依次为-0.816...     

神府煤田建设中扰动地面水沙过程模拟研究

通过野外放水冲刷模拟试验,以神府煤田为例,对比分析煤田建设中扰动地面和原始地面的水沙动态过程,探讨煤田建设中人为扰动地面的产流产沙规律。结果表明:1)土壤入渗率、径流含沙量、土壤剥蚀率均随放水流量和坡度的增大而增大;2)放水流量在5～25 L/min时,扰动地面的平均土壤入渗率(0.14～0.51 mm/min)、径流含沙量(62.16～118.66 g/L)和土壤剥蚀率(19.38～202.58 g/(m2.s))分别是原始地面(0.31～0.61 mm/min、1.61～12.05 g/L和0.24～21.75 g/(m2.s))的0.44～0.73倍、10～39倍和9～79倍;3)坡度在5°～18°时,扰动地面的平均径流含沙量(36.19～155.96 g/L)和土壤剥蚀率(0.79～2.70 g/(m2.s))分别是原始地面(3.27～9.62 g/L、0.05～0.19 g/(m2.s))的11～23倍和14～22倍;4)原始地面与扰动地面的土壤剥蚀率与放水流量和坡度呈显著的幂函数关系。研究结果对矿区生态环境恢复和重建及水土流失测算具有重要的指导意义。     

外源钙与丛枝菌根真菌协同对玉米生长的影响与土壤改良效应

为了缓解煤炭开采对神东矿区农业生产和地表环境造成的破坏,试验模拟神东矿区干旱缺水特点,以煤炭开采塌陷区退化土壤为供试基质,玉米为供试植物,研究丛枝菌根真菌(每克干土中含63个孢子)和不同浓度的外源钙(5,10,20,40,80mmol/L)协同效应对中度干旱胁迫下苗期玉米生长的影响。结果表明,干旱胁迫下,20mmol/L外源钙与丛枝菌根真菌协同效应最优,玉米质量平均每株可达4.03g,组织含水率和叶色值分别达到91.68%和43.67,玉米植株内氮磷钾累积量显著高于其他处理;同时,玉米根际土壤球囊霉素相关蛋白增加最为明显,总球囊霉素和易提取球囊霉素分别达到4.3和1.6mg/g,根际土壤中有机质含量增加明显。丛枝菌根真菌与外源钙联合作用有利于玉米的生长,缓解了干旱胁迫对苗期玉米生长的影响,接种丛枝菌根真菌对矿区退化土壤具有显著改良效应。     

基于遥感生态指数的神东矿区生态环境变化监测

[目的]对矿区生态环境变化进行检测分析,为相关环境治理措施的制定提供科学依据。[方法]以神东矿区为研究对象,基于1989—2016年的Landsat影像,采用遥感生态指数(RSEI)动态监测神东矿区及各个主要矿井生态环境时空动态演变特征。[结果]①矿区尺度上,神东矿区的生态环境质量在逐渐提升,2015年的中等及其以上等级所占面积比例为59.2%,比1989年增长了23.7%;②矿井尺度上,不同矿井的生态环境质量存在差异,榆家梁矿井整体生态环境质量最优,乌兰木伦矿井的采区和锦界矿井的非采区生态环境质量最差,相较于采区而言,非采区的生态环境较好。[结论]神东矿区各矿井的RSEI均值总体呈增加趋势,表明矿区生态环境质量逐渐变好。     

上湾煤矿井田小流域水土保持技术与治理效果

红石圈渠小流域雨季产生的水土流失直接对上湾煤矿安全生产构成严重威胁。通过实施治沟与治坡、造林与管护相结合的治理水土流失技术措施,水保工程有效地拦截住130年一遇特大暴雨形成的洪水,治理小流域水土流失获得显著防洪护矿、保持井田水土的生态经济效益。