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铁尾矿是工业固体废弃物的主要组成部分,结构松散,堆存坡度较大,复垦难度较高,侵蚀程度严重。其侵蚀后会引发巨大的生态问题,同时造成了严重的经济损失和社会影响,但目前对于铁尾矿砂复垦及侵蚀机理的研究还相对空白。本研究以山西省运城市垣曲县泉子沟铁尾矿库为研究对象,针对铁尾矿砂不同复垦坡面产流产沙机理展开研究。在野外调查的基础上,利用室内人工模拟降雨技术,分析了不同雨强(60,90,120mm/h)和不同坡度(25,30,35°)条件下不同复垦坡面(松散铁尾矿砂,Loose Tailings,LT;结壳铁尾矿砂,Crusty Tailings,CT;铁尾矿砂与菌糠混合物,Tailings Incorporating Mushroom Residue,TM;铁尾矿砂、菌糠和土壤混合物,Tailings Incorporating Soil and Mushroom Residue,TSM;铁尾矿砂和土壤混合物,Tailings Incorporating Soil,TS;土壤,Soil,S)的产流产沙特征及坡面水动力学机制,以阐明铁矿干排尾矿区不同复垦坡面产流产沙机理。主要研究结论如下:(1)在同一坡度条件下,各复垦坡面随着雨强的增加,坡面产流整体呈增加地趋势,但随着雨强的增加,坡面产流量的增加幅度有所减小。在同一雨强条件下,此时坡度并非主导坡面产流的因素,坡面基质类型对坡面产流的影响更大。雨强对各基质类型坡面的产沙影响,因基质类型的不同而情况各异。坡度对坡面产沙的影响因雨强的不同而呈现不同的规律。(2)与LT坡面相比,TS复垦坡面对于减少径流侵蚀产沙并无明显作用,而TSM、S、TM复垦坡面对于减少坡面侵蚀产沙均具有一定效果,其中减沙效果最佳的是TM坡面,其在各坡度条件下均表现最佳。与LT坡面相比,CT、S坡面对于坡面减流具有较为明显的效果,TSM坡面的减流效果随着雨强的增加逐渐变差,而TM、TS坡面减流效果并不明显,甚至出现产流量增加的情况。(3)雨强与坡面径流雷诺数和弗汝德数呈正相关关系,雷诺数与弗汝德数受坡度的影响较小。各基质类型的坡面径流均属层流。不同坡度和雨强条件下,除部分坡度和雨强条件下TM、TSM和TS坡面的径流流态为缓流,其余复垦坡面径流流态均为急流。雨强与坡面径流阻力系数和粗糙系数呈负相关关系,坡面径流阻力系数和粗糙系数与坡度呈正相关关系。坡面输沙率与雷诺数及弗汝德数呈显著正相关(P<0.01),与阻力系数相关性不明显,与粗糙系数呈显著负相关(P<0.05)。(4)雨强与坡面径流剪切力的关系并不明显,坡面径流剪切力随着坡度的增加呈现先减小后增加的趋势。雨强与径流功率呈正相关关系,与坡度并无明显相关关系。不同基质类型坡面产沙量与径流剪切力呈三次函数关系,与径流功率呈幂函数关系。基于径流功率与坡面产沙量的相关关系可用于各基质类型坡面侵蚀产沙的计算。