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。     

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.     

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。     

神府矿区弃土弃渣体侵蚀特征及预测

神府矿区在煤炭开采过程中形成了弃渣体、弃土体及扰动土体等不同下垫面类型,其物质组成、结构性及产流产沙规律与撂荒地有极大差异,且已产生严重的水土流失。采用野外模拟降雨试验方法,对比研究了弃土弃渣体、扰动土体与撂荒地侵蚀特征的差异。结果表明,(1)撂荒地侵蚀速率随降雨历时先下降后逐渐稳定,扰动土体侵蚀速率呈增大后趋于稳定;35°弃土体侵蚀速率增至峰值后减小并逐渐稳定,40°时则一直处于波动状态;石多砂少和砂多石少弃渣体在产流初期侵蚀波动剧烈,并伴有泥石流现象,15 min后基本稳定。(2)同一下垫面侵蚀速率随雨强增大而增大,而各坡度间侵蚀速率差异不显著(p0.05);雨强相同时各下垫面、坡度间侵蚀速率差异均显著(p0.05),复杂疏松的物质组成是弃土弃渣体及扰动土体侵蚀特殊于撂荒地的根本原因,相同降雨条件下石多砂少弃渣体、砂多石少弃渣体、弃土体及扰动土体侵蚀速率分别是撂荒地的6.51倍~14.25倍、57.91倍~239.2倍、43.60倍~180.1倍和2.27倍~3.06倍。(3)弃土弃渣体及扰动土体侵蚀速率与中值粒径、分形维数、降雨强度、坡度及径流参数呈幂函数关系。研究结果对矿区弃土弃渣侵蚀模型建立与生态环境建设有重要的科学意义。     

神府东胜煤田扰动地面野外降雨试验

神府东胜煤田是我国探明储量最大的煤田,在开发建设过程中产生了大量的扰动地面,造成了严重的矿区水土流失。为了科学地预测和治理矿区扰动地面的水土流失,采用野外人工模拟降雨试验对神府东胜煤田扰动地面的侵蚀产沙过程进行模拟,深入探讨其侵蚀产沙、产流特征。结果表明:降雨强度是影响扰动地面产流时间的主要因素,产流时间与降雨强度呈负幂函数相关;在试验条件限定的范围内,入渗率随降雨强度和坡度的增大均呈先增大后稳定的趋势,但坡度对其影响较弱;径流率随降雨强度和坡度的增大均呈幂函数增大,且相关系数较高;径流含沙量和侵蚀速率均与降雨强度呈幂函数相关,但相关系数不高;径流量与降雨强度呈很好的线性相关;产沙量与径流量呈幂函数相关,且相关系数较高。     

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。     

高寒矿区人工种草对露天排土场渣山表层基质的影响

露天煤矿开采引起了祁连山区高寒湿地生态环境的部分破坏,本文通过调查7个矿区植被恢复状况,研究了青海木里煤田矿区人工种草对排土场渣山表层基质理化性质的影响,为高寒矿区植被复绿提供参考。结果表明：人工种草可以有效改善排土场渣山表层基质含水量,增加土壤微生物的数量,影响排土场渣山表层基质有机质含量。种草区域细菌、真菌、放线菌平均数量分别是不种草区域的4.20,4.05和2.29倍。7个矿区排土场渣山表层基质速效氮分布极不均衡,差异显著（P<0.05）,种草区域明显高于非种草区域。人工种草后绝大多数矿区全氮、速效磷和速效钾含量明显增加,全钾含量降低。除汞元素外,种草对其它7种重金属（砷、铬、镉、铜、铅、镍、锌）含量产生不同程度的影响,7个矿区砷含量平均值从4.61 mg·kg^-1增加到6.06 mg·kg^-1。     

神府东胜煤田开发建设弃土弃渣冲刷试验研究

采用野外放水冲刷实验,对神府东胜煤田弃土弃渣侵蚀产沙规律进行了系统研究。结果表明:弃土弃渣堆积年限越短,可蚀性越大,侵蚀程度越强。经过4～7年的自然沉降过程,其表面的紧实度逐渐趋于稳定值。流量相同时不同下垫面条件下的产沙量1997年弃渣>1994年弃渣>煤渣>煤矸石。径流量、产沙量与放水流量呈线性关系,产沙量与径流量亦呈线性关系。集中的水流冲刷对弃土弃渣坡面造成严重的侵蚀,使含沙量保持在一个较高的水平,随着时间的变化含沙量出现剧烈的上下波动,总体上表现出逐渐减小的趋势,同时,会出现高含沙水流过程甚至泥石流过程。