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。     

非硬化路面与原生地面侵蚀水动力参数对比研究

非硬化路面是神府煤田重要的侵蚀单元,其侵蚀过程和方式与原生地面存在一定差别。通过野外人工模拟降雨试验,对比分析了非硬化路面和原生地面水沙响应的过程和机制。结果表明:(1)非硬化路面径流主要为过渡流,原生地面主要为层流,且均为缓流;(2)非硬化路面水流流速、剪切力、佛汝德数、雷诺数、功率大于原生地面,曼宁系数、达西系数小于原生地面;(3)非硬化路面水力参数随坡度、雨强变化趋势与原生地面不完全一致;(4)非硬化路面产沙量随径流量增大,原生地面产沙量为非硬化路面的0.8%~14%;(5)非硬化路面侵蚀模数对水动力参数响应紧密程度表现为:径流总动能平均水流功率平均水流剪切力。     

神府煤田采煤塌陷引起的生态问题探讨

通过野外定位观测和室内分析,研究了神府煤田风沙区采煤塌陷1-2年后地表颗粒组成、土壤水分和植被群落的动态变化及引发的生态问题.结果表明:非塌陷区(对照)沙丘,地表颗粒组成以细砂和极细砂为主,占整个组成的63.76％,而采煤塌陷1-2年后,颗粒组成以粗砂和中砂为主,占整个组成的65％以上,呈现粗化现象,潜在可风蚀性程度加强;形成的塌陷裂缝和地表破损,增加了土壤蒸发面,导致土壤水分降低,和对照相比,地表层(O-20cm)范围内的土壤水分流失量最大,达151％,中间层(30-70cm)流失139％,深层(70cm以下)流失101％,整个沙丘典型位置的累积土壤水分流失量达392％,且随着剖面深度的增大而减小,直接加剧了沙质土壤的旱化;采煤塌陷引起的塌陷裂缝、地表破损、地表颗粒粗化以及土壤水分的流失等因素,促使植被大量死亡,植被的死亡率加大又直接反作用于塌陷地表,在风的作用下引发严重风蚀.     

模拟降雨条件下弃渣体边坡不同防护措施的减水减沙效益

采用野外人工模拟降雨方法,以未防护弃渣体边坡为对照,研究了1.0、1.5 mm min-1降雨强度条件下神府矿区种草和鱼鳞坑措施对偏土质、偏石质和煤矸石弃渣体产流产沙的调控作用。结果表明:(1)不同措施下3种弃渣体边坡径流率均在产流6~9 min后趋于稳定,产流过程中弃渣体边坡侵蚀速率均呈波动减小趋势,且未防护坡面减小趋势较防护更明显。(2)植草对偏土质、偏石质、煤矸石弃渣体减水和减沙效益分别为42.91%~51.21%、26.28%~55.20%、1 0.3 3%和9 7.5 4%~9 7.9 5%、4 1.8 7%~4 2.2 6%、7.8 0%;鱼鳞坑的减水和减沙效益则分别为:51.89%~72.72%、22.37%~42.92%、21.32%和98.41%~99.30%、94.90%~91.84%、39.50%。(3)鱼鳞坑措施对偏土质弃渣体的减水和减沙效益较种草分别提高8.98%~21.51%和0.46%~1.76%;种草措施对偏石质和煤矸石弃渣体的减水和减沙效益较鱼鳞坑措施分别提高3.91%~12.28%和0.28%~3.06%及10.99%和31.70%。(4)3种未防护弃渣体的侵蚀速率和径流率呈显著线性关系,种草和鱼鳞坑措施改变了坡面水沙关系,侵蚀速率和径流率相关性减弱或无显著关系。研究结果可为矿区弃渣体边坡生态恢复措施布设提供科学指导。     

神府煤田风沙区采煤塌陷对风蚀的影响

[目的]探究神府煤田风沙区采煤塌陷对风沙活动的影响,为矿区防治风蚀危害和植被恢复提供科学依据。[方法]以塌陷区扰动地表为研究对象,通过野外定位观测,研究塌陷1~2a沙丘典型位置及不同的地表破损率对风蚀/风积量影响。[结果]塌陷1a、塌陷2a和对照(非塌陷)沙丘不同典型位置的风蚀/风积深度分别达到-28.2,-45.6和-2.8cm,其整体的风蚀概率达60%以上,90%以上和10%以下。地表破损率越大,其地表风积过程越显著,且随着地表破损率的减小,风沙运动状态逐渐由风积填缝过程转化为风蚀过程,其风蚀/风积深度(Q)与地表破损率(V)呈多项式函数关系。[结论]采煤塌陷有效地促进了风沙运动,改变了局部的风蚀/风积深度,可能引起固定半固定沙丘重新活化。