煤矸中垂直入渗规律模拟研究

室内模拟实验研究了不同掺土比例及覆土厚度两种方式下的煤矸石渗透规律.结果表明,随着掺土比例的增大,煤矸石的渗透速率迅速减小,掺土比例为1:0.5煤矸石的初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率分别是掺土比例为1:1.0煤矸石的1.05倍、1.23倍和1.42倍,分别是掺土比例为1:2.0煤矸石的3.98倍、1.45倍和3.18倍;随着覆土厚度的增大,煤矸石的稳定入渗速率和平均入渗速率迅速减小,达到稳定入渗的时间迅速增加,减小或增加关系均符合幂函数关系.     

掺土煤矸石垂直人渗规律模拟研究

利用室内模拟实验研究不同掺土比例下煤矸石垂直渗透规律.结果表明,随着掺土比例的增大煤矸石的渗透速率迅速减小,掺土比例为1∶2煤矸石的初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率均分别为掺土比例为1∶1煤矸石的1.05倍、1.23倍、1.42倍;分别为掺土比例为2∶1煤矸石的3.98倍、1.45倍、3.18倍;在掺土比例为1...     

灰渣入渗规律模拟

本文采用室内模拟试验研究3种密度(0.70、0.80、0.85g/cm3)、4种掺土比例(1.0∶0.5、1.0∶1.0和1.0∶2.0)下灰渣的入渗规律.结果表明:(1)不同掺土比例情况下,灰渣的初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率均随密度的增大而迅速减小,减小关系符合幂函数递减关系;(2)掺土灰渣的初始入渗速率...     

煤矸石垂直入渗规律模拟研究

室内模拟实验研究了不同掺土比例及覆土厚度两种方式下的煤矸石渗透规律。结果表明,随着掺土比例的增大,煤矸石的渗透速率迅速减小,掺土比例为1：0．5煤矸石的初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率分别是掺土比例为1：1．0煤矸石的1．05倍、1．23倍和1．42倍,分别是掺土比例为1：2．0煤矸石的3．98倍、1．45倍和3．18倍;随着覆土厚度的增大,煤矸石的稳定入渗速率和平均入渗速率迅速减小,达到稳定入渗的时间迅速增加,减小或增加关系均符合幂函数关系。     

粉煤灰不同掺土比例下入渗模拟试验

 在山西农业大学水土保持设计研究所,利用室内模拟试验研究3种密度(0.9、1.0、1.1g/cm3)及3种掺土比例(1.0∶0.5、1.0∶1.0、1.0∶2.0)下粉煤灰的入渗规律。结果表明:1)随着密度的增大,粉煤灰的入渗速率迅速减小,且呈幂函数关系;2)粉煤灰掺入一定比例土可以增加其干密度或表层的致密性,并可有效减小其入渗强度,改善纯粉煤灰不易压实的特性;3)2种介质掺混时,入渗能力取决于中值粒径的大小,中值粒径大,入渗能力则强;4)在纯粉煤灰情况下,其入渗过程用通用经验公式表达较为理想,在掺土情况下,用通用经验公式和考氏模型与实测数据的拟合度均较好,但在小密度情况下,实测数据与模型的拟合曲线在入渗渐变阶段有较小的偏离。研究结果可为有效降低储灰场扬尘污染、减小灰场降水入渗和预测灰场产流等提供理论基础。     

容重及掺土比例对风化煤矸石渗透特性的影响

利用室内模拟实验,研究了3种容重(1.20 t/m3、1.25 t/m3和1.30 t/m3)与3种掺土比例(V煤∶V土=1∶0.5、1∶1.0和1∶2.0)下煤矸石的二维渗透规律。结果表明:容重对风化煤矸石的渗透特性影响显著,随着煤矸石容重的增大,相同时间内水平方向最大湿润距离呈增大趋势,垂直方向最大湿润距离呈减小趋势。不同容重风化煤矸石水平与垂直方向的最大湿润距离,随渗透时间的延长呈幂函数递增关系,平均渗透速率随时间延长呈减小趋势,且容重越大减小速率越快;不同掺土比例风化煤矸石水平与垂直方向的最大湿润距离,随渗透时间的延长亦呈幂函数增大关系,平均渗透速率随时间的延长呈减小趋势,相同时间内相差不大,但与同容重的纯煤矸石相比,水平方向湿润距离有所增大。     

聚丙烯酰胺与腐植酸混施对紫色土水分入渗特性的影响

[目的] 探究聚丙烯酰胺(PAM)与腐植酸混施对紫色土水分垂直入渗特性的影响,为川西紫色土区水土保持、土壤改良、水分调节及农业水资源高效利用提供理论参考。[方法] 采用室内土柱模拟试验,设置1个CK(无混掺),3个PAM施量水平(PAM-1∶1%,PAM-3∶3%,PAM-5∶5%)和2个腐植酸施量水平(HA-1∶0.1%,HA-5∶0.5%)。分析入渗速率、累积入渗量与湿润峰运移距离的变化特征,采用入渗模型对入渗过程进行模拟分析。[结果] 与CK相比,各处理可有效降低水分入渗速率,入渗率随着施用量的增加而逐渐降低;相同累积入渗量下,各处理(H₁P₁除外)入渗时间均大于CK,其中H₁P₃和H₂P₃处理分别是CK的14.7和6倍,仅H₁P₁处理较CK减少了25%;在220 min内,各处理湿润峰运移距离均低于CK,其中H₁P₃处理湿润峰运移距离最低(4.98 cm),较CK显著缩短57.67%;模型适用性表现为：通用经验公式＞Kostiakov公式＞Horton公式＞Philip公式,但通用经验公式的稳渗率(f_s)与实测值存在偏差。[结论] PAM与腐植酸混施可有效降低入渗速率,减少累积入渗量与减缓湿润峰运移距离,其减渗作用随着施用量的增加而越明显;最优处理为H₁S₃,腐植酸0.1 g/g,PAM 5 g/g。综合考虑,Kostiakov公式更适合描述川西紫色土的土壤水分入渗过程。     

北京地区下凹式绿地土壤渗透能力及蓄水对土壤物理性质的影响

采用自制的模拟下凹式绿地,通过模拟不同设计暴雨强度条件下下凹式绿地的进水负荷,动态监测下凹式绿地在蓄水过程中土壤水分的渗透量和平均入渗速率,研究北京地区下凹式绿地在蓄积周边外来雨水径流过程中土壤水分的渗透规律以及蓄积雨水径流后对土壤孔隙及土壤密度的影响。结果表明:1)在土壤含水率基本相同的条件下,下凹式绿地土壤渗透性能在1、3、5年一遇暴雨情况下会随着暴雨强度的增加而增大;2)在设计暴雨强度一致时,土壤水分的渗透量和平均入渗速率没有明显差异,土壤密度小、总孔隙度大的渗透量和平均入渗速率更大;3)随着绿地蓄水次数的增多,土壤密度和总孔隙度变化较大,蓄水试验后,土壤密度由最初的1.33 g/cm3变为1.65g/cm3、总孔隙度由原来的50.06%变为39.18%。     

不同煤矸石厚度及位置对土壤水分入渗过程的影响

矿区土壤煤矸石的存在能够改变土壤的某些物理特性,并影响土壤水分入渗过程。采用一维定水头垂直入渗室内土柱模拟试验,对5种不同煤矸石厚度(0,4,8,12,16cm)及3个位置(上层、中层、下层)的土壤水分入渗过程进行研究。结果表明,煤矸石覆盖土壤表层有利于土壤水分入渗,土壤水分累积入渗量和稳定入渗速率随着煤矸石厚度(0～16cm)的增加呈现增大的趋势,但煤矸石厚度较大(8,12,16cm)或较小(0,4,8cm)时土壤稳定入渗速率差异不显著。当煤矸石位于中层时,煤矸石的存在抑制了土壤水分入渗过程,土壤水分稳定入渗速率随着煤矸石厚度(4～16cm)的增加而变大,但煤矸石厚度为12,16cm时土壤稳定入渗速率差异不显著。煤矸石位于下层时,煤矸石厚度对土壤水分入渗过程影响较小。不同煤矸石厚度情况下,煤矸石位于上层时累积入渗量最大,而位于中层时累积入渗量最小。与Philip方程相比,Kostiakov入渗模型可以更好地反映含有煤矸石土壤的累积入渗量变化过程。     

太行山低山丘陵区不同植被类型土壤渗透特性及影响因素

为了探讨太行山低山丘陵区不同植被恢复类型土壤水分入渗规律及影响因素,采用双环刀入渗法和相关分析、典型相关分析方法,研究了该区域不同植被群落表层土壤的入渗特性,对土壤入渗过程进行模拟,并深入探讨了土壤入渗的影响因素。结果表明:（1）从裸地、草地、灌草地、灌丛到乔灌林地,土壤渗透性能不断增加;不同植被类型0—10 cm层土壤渗透速率大于10—20 cm层土壤渗透速率;土壤初渗速率和稳渗速率最大值均出现在侧柏林地,分别为5.96 mm/min和4.76 mm/min。（2）土壤入渗模型拟合结果表明Philip入渗模型对不同植被类型土壤入渗过程拟合效果最好,Kostiakov入渗模型拟合效果次之,Horton入渗模型拟合效果最差,不适合用于描述该区域土壤入渗特征。（3）土壤渗透特性指标与土壤容重、总孔隙度、有机质质量分数、根质量密度、根体积密度、根平均直径存在显著相关关系（p < 0.05）;土壤理化性质指标和根系结构指标中对土壤渗透性能产生影响作用最大的分别是总孔隙度和根平均直径,典型相关负荷量分别为1.299,1.084。     

不同压实水平下铁尾矿砂和土壤的水力学特征比较

由于尾矿砂的不良结构和严重压实,水土流失严重,水分已成为其生态恢复的重要限制因素。因此以水分运移为主线,通过室内土柱模拟,研究铁尾矿砂和土壤在自然状态到最大压实状态间5个压实水平(铁尾矿砂1.50~1.70 g/cm^3,土壤1.30~1.50 g/cm^3)的水力学特征差异,为尾矿砂的合理改良提供依据。结果表明:铁尾矿砂自然容重1.50 g/cm^3的水分入渗能力低于土壤自然容重1.30 g/cm^3的水分入渗能力。随容重的增大,尾矿砂和土壤的水分运移特征均呈幂函数减小的趋势,但分别在1.60,1.40 g/cm^3处入渗能力明显降低。从水分参数入渗率、湿润锋距离、累计入渗量、饱和导水率、剖面水分分布整体来看,在较低容重范围内,土壤水分运移能力高于铁尾矿砂,但由于容重对土壤水分运移的影响大于铁尾矿砂,在较高容重范围内,土壤的水分运移能力则不如铁尾矿砂。铁尾矿砂和土壤的水分特征曲线形状也完全不同,铁尾矿砂呈现"上凸"形,表现为高吸力段缓低吸力段陡,土壤水分特征曲线均为"下凹"形,表现为高吸力段陡低吸力段缓。因此,尾矿砂中可以添加土壤或者类似土壤结构的基质来增强其不良的持水性和导水性,促进生态恢复。     

少免耕土壤结构与导水能力的季节变化及其水保效果

通过对黑土坡耕地免耕、少耕与传统耕作土壤物理性状全生育期观测,比较研究土壤结构和导水性状季节变化差异及其与水土流失的关系。结果表明,表层0~20 cm土壤,免耕土壤容重全生育期维持在1.20~1.30 g cm-3,变化小,大于0.25 mm的水稳性团聚体含量(WR0.25)和平均重量直径(MWD)高于传统耕作,初始和稳定入渗速率均高于少耕和传统耕作,土壤含水量分别较少耕和传统耕作高4.7和4.4个百分点,较传统耕作分别减少地表径流和土壤流失量86%和100%;少耕除夏季各项性状均介于免耕和传统耕作之间,夏季垄沟深松后,垄沟土壤容重显著降低,较免耕和传统耕作降低0.15 g cm-3以上,提高土壤初始入渗速率30%以上,较传统耕作减少水和土壤流失量20%和40%。传统耕作土壤容重,垄台由播种时的0.91 g cm-3增加至收获时的1.23 g cm-3,垄沟一直维持在1.30 g cm-3左右,WR0.25、MWD、土壤稳定入渗速率、含水量均较低,全生育期10%的雨水流失,土壤流失量615 t km-2a-1。免耕土壤结构稳定,蓄水保水最佳,为效果显著的水土保持耕作措施,少耕也有一定的保水保土作用;免耕和少耕均能够改善土壤物理性状。     

落叶松人工林结构对土壤水文特性的影响

为了解落叶松人工林结构对土壤水文特性的影响,对黑龙江省尚志市帽儿山地区不同结构类型下落叶松人工林的土壤水分物理性质、贮水能力及入渗性能进行研究。结果表明：1）土壤密度平均值由大到小依次为均匀结构、六行结构、四行结构、二行结构,分别为1.33、1.22、1.19和1.10 g/cm^3,总孔隙度变化趋势与土壤密度相反,分别为26.36%、48.99%、54.49%、56.00%;2）初渗速率变化范围为1.20-2.27 mm/min,10℃时的渗透系数K10大小依次为二行结构（1.04 mm/min）〉四行结构（0.81 mm/min）〉六行结构（0.67 mm/min）〉均匀结构（0.61 mm/min）,30 min累计入渗量表现出相应的变化趋势;3）40 cm土层范围内,土壤的饱和贮水量在1 054.20-2 239.80t/hm^2之间,其中二行结构的土壤贮水量最大。因此,二行结构的落叶松人工林土壤水文效益较高,是落叶松人工林营建时的首选方式。     

PAM与不同土壤调理剂混合施用对降雨入渗和土壤侵蚀的影响

土壤中施用聚丙烯酰胺(PAM)可以提高降雨入渗率,减少土壤侵蚀量。PAM大多施用于土壤表面。为了研究PAM与不同土壤调理剂混合施用对入渗率和侵蚀量的影响,对PAM(22.5kg/hm2)与保水剂(45kg/hm2)、粉煤灰(1 500kg/hm2)、腐殖酸(900kg/hm2)混合的6种施用方法进行了试验。结果表明,施加了PAM的土壤调理剂均能显著提高降雨入渗率和减少土壤侵蚀量。与对照相比,施加了PAM处理的降雨入渗率较对照试验提高了1.8～2.7倍,土壤侵蚀量减少约50%～70%,PAM与粉煤灰和腐殖酸混合施用提高降雨入渗率效果最为显著,PAM和保水剂混合施用减少土壤侵蚀量最多,PAM与粉煤灰和腐殖酸混合施用相比单独施用PAM均没有显著性差异。综合比较结果发现,PAM与粉煤灰混合施用增加降雨入渗率和减少径流的效果最好,PAM与保水剂混合施用抗土壤侵蚀效果最好。     

兰州市北山不同人工林枯落物和土壤的水文特征

[目的]探讨兰州市北山3种人工林地枯落物的储量和持水能力及土壤的水文特征,为揭示干旱地区人工林水土保持和水源涵养能力提供理论依据。[方法]采用野外调查、室内浸水法和环刀法等研究方法对林地的枯落物蓄积量、持水量和土壤的渗透性、持水能力等进行了研究。[结果]3种林地枯落物的总蓄积量表现为:新疆杨(36.74t/hm~2)侧柏(34.15t/hm~2)刺槐(16.01t/hm~2)。新疆杨林地枯落物最大持水量最大,为7.36t/hm~2;而刺槐林地最大持水量最小,仅为4.91t/hm~2。3种林地中土壤容重表现为:新疆杨(1.466g/cm3)刺槐(1.403g/cm3)侧柏(1.27g/cm3);而土壤总孔隙度、毛管孔隙和非毛管孔隙均表现为侧柏刺槐新疆杨。土壤最大持水量为:侧柏(0.731g/cm3)刺槐(0.642g/cm3)新疆杨(0.633g/cm3)。侧柏的初渗率和平均渗透速率均显著高于新疆杨和刺槐林地(p0.05),且侧柏林地在整个渗透时间内其渗透性均高于新疆杨和刺槐林地。[结论]在3种人工林地中侧柏林地的土壤保持和水源涵养能力最强。     

坡度影响下的砒砂岩区裸露坡面水分入渗特征及模拟

为探究不同坡度(5°,10°,20°,30°)条件下,不同质地砒砂岩土壤(灰白色、混合色、紫红色)的水分入渗特征及最优入渗模型。通过室内模拟土柱法对土壤的水分入渗特征和拟合结果进行对比分析。结果表明:(1)研究区不同坡面土壤容重在1.513~1.737 g/cm³,30°坡面下的灰白色砒砂岩土壤入渗能力较强,5°坡面下的紫红色砒砂岩土壤入渗能力较弱。(2) 在砒砂岩土壤一维垂直 入渗过程中,初始入渗率为2.000~8.600 cm/min,入渗时间3.500~5.000 min后达到稳定入渗率(0.160~1.800 cm/min)。入渗率、湿润锋运移速率与时间呈幂函数递减关系。坡度的大小、砒砂岩的质地均影响砒砂岩土壤入渗能力,坡度越小、颜色越深, 入渗率、累计入渗率越低,湿润锋运移越慢;且初始入渗速率、稳定入渗速率、初始湿润锋运移速率、稳定湿润锋运移速率的值均随着坡面坡度的减小、砒砂岩土壤颜色的加深呈现减小趋势。(3)Kostiakov模型、Philip模型对于砒砂岩区土壤水分入渗结果拟合较好,决定系数均在0.900以上。Kostiakov模型 决定系数的平均值0.948拟合效果最优;Philip模型决定系数的平均值0.937拟合效果其次;Horton模型决定系数的平均值0.688拟合效果较差。通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)、偏差百分比(PBIAS)、纳什效率系数(NSE)验证Kostiakov模型和Philip模型模拟值与实测值的差异性小、两者吻合程度高。     

富硒煤矸石活化技术及煤矸石硒肥高效利用研究

  【目的】  研究固体废矿富硒煤矸石制备硒肥的资源化利用技术。  【方法】  以世界硒都恩施的煤矸石废矿为原料,分别进行了活化剂 (弱碱性物质Na₂CO₃)、活化时间、活化温度和料液比的单因素6水平试验,测定硒活化率,每个因素筛选出3个水平,采用响应面优化方法进行计算,最终确定富硒煤矸石中硒的活化工艺参数。采用IR光谱、TG热重法对煤矸石活化前后官能团键合、热效应进行表征分析。用活化煤矸石硒肥与养殖场粪肥以1∶1、2∶1、3∶1、和4∶1的比例分别混合后发酵一个月,制备4种活化煤矸石硒有机肥 (简称硒有机肥),以煤矸石硒肥和发酵粪肥作两个对照,以大蒜为试材进行了田间试验。收获后测定了土壤和大蒜鳞茎中的总硒、有机硒含量。  【结果】  单因素试验确定的4个因素用于响应面优化的范围,活化剂Na₂CO₃的浓度为10%、20%和30%;活化时间为2.5、3.5、4.5 h;活化温度为75℃、85℃和95℃;料液比 (g/mL) 为1∶5、1∶10、1∶15。经过响应面优化计算,当原料粒径为0.038 mm时,最优工艺条件为活化剂的浓度22%、活化时间3.9 h、料液比1:9 g/mL、活化温度85℃。应用此参数活化的煤矸石固体硒肥pH约为7.6、最大活化效率为81.24%。IR光谱曲线显示,Na₂CO₃的加入破坏了煤矸石中硒与其它的金属、非金属等元素间的弱作用力及网络原子原有的结晶态,使得硒基团解脱束缚,成为活性硒。由TG (thermal gravimetric) 及DTG (derivative thermogravimetry) 曲线可知,煤矸石活化前后的热稳定性有较大变化。活化前样品的DTG曲线出现两个峰,而活化后只在100℃前出现一个峰,且失重情况较活化前弱。因此,活化后的煤矸石硒肥热稳定性更好。活化后煤矸石的硒含量为170.82 mg/kg,制备的4个比例煤矸石硒有机肥的硒含量依次为85.41、113.88、128.05、136.66 mg/kg。在等硒量试验下,5个处理大蒜鳞茎中硒的含量依次为1.033、1.306、1.480、1.382、1.355 μg/g,均显著高于未施硒肥对照组的0.005 μg/g (P < 0.05)。硒肥处理大蒜鳞茎中有机硒比例均在99%以上,高于未施硒肥对照组的60%。硒有机肥处理大蒜吸收硒的效果优于煤矸石硒肥,并以煤矸石固体硒肥与家禽粪2∶1比例混合配置的煤矸石硒有机肥的吸收硒效果最优。  【结论】  Na₂CO₃活化富硒煤矸石的最佳工艺条件为活化剂的体积质量分数22%、活化时间3.9 h、料液比1∶9 g/mL、活化温度85℃。在该条件下,煤矸石中硒的活化率可高达81.24%,且煤矸石硒肥的热稳定性更好。将煤矸石硒肥与畜禽粪混合发酵,可以大大提高大蒜对硒的吸收量,其中有机硒的比例非常高,故有机肥与活化煤矸石硒肥以1∶2比例混合发酵制备煤矸石硒有机肥是活化煤矸石硒的有效方法。