【摘 要】
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煤炭开采造成煤层上覆岩层应力状态的改变,致使地表发生移动、变形,产生不同程度的裂缝和地表塌陷。开采沉陷会产生诸如沉陷地地表水和地下水运移循环的改变、土壤质量退化等一系列生态环境问题。为了探究开采沉陷地土壤水盐运移规律,本文采用室内土柱模拟试验,研究土壤蒸发和入渗过程中不同沉陷应力区土壤水分和溶质运移规律,并结合HYDRUS软件对不同沉陷应力区土壤水分和溶质运移进行数值模拟。为系统揭示开采沉陷对土壤
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煤炭开采造成煤层上覆岩层应力状态的改变,致使地表发生移动、变形,产生不同程度的裂缝和地表塌陷。开采沉陷会产生诸如沉陷地地表水和地下水运移循环的改变、土壤质量退化等一系列生态环境问题。为了探究开采沉陷地土壤水盐运移规律,本文采用室内土柱模拟试验,研究土壤蒸发和入渗过程中不同沉陷应力区土壤水分和溶质运移规律,并结合HYDRUS软件对不同沉陷应力区土壤水分和溶质运移进行数值模拟。为系统揭示开采沉陷对土壤水盐运移的影响机制、科学评价开采沉陷的环境效应提供理论依据。主要研究结果分述如下:（1）蒸发试验中,在开采沉陷扰动下,0-40cm深度上拉张应力区土壤容重降低,蒸发作用强烈,土壤水分在40d左右达到稳定。在40-100cm深度上,土壤水分向陷落区运移。土壤总盐分比水分更易受沉陷应力扰动影响,0-60cm土壤盐分受水分运移影响变化量剧烈,在40d左右达到稳定。60-100cm深度上土壤盐分受陷落区与推进方向影响,盐分迁移量减小。试验后期,土壤表层0-5cm积盐明显,盐碱化程度高。Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、CO32-向拉张应力区运移,Na+向挤压应力区运移。不同类型溶质离子累积深度均逐渐下移,随深度加深,不同类型溶质离子由双峰值逐渐变为单峰值特征。模拟土壤剖面中,Na+与Mg2+向20-40cm处累积,CO32-向60-80cm处累积,Ca2+、SO42-和Cl-向40-60cm处累积。（2）入渗试验中,拉张应力促进湿润峰前进距离与入渗速率。同时削弱土壤的持水能力,使得拉张区土壤饱和含水率小于挤压区。土壤盐分向湿润峰附近累积,深层土壤盐分显著增加。Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-向土壤溶质离子向40-60cm、80-100cm累积。CO32-向20-40cm深度累积,Cl-向60-80cm处累积。SO42-、CO32-向拉张区运移。Ca2+、Mg2+在深部土层向拉张区运移,Na+与Cl-在浅部土层向拉张区运移。（3）利用HYDRUS模拟开采沉陷不同应力区土壤水盐运移过程中,数值模拟与物理模拟结果具有较高的吻合度,能模拟不同沉陷应力区土壤水分分布与溶质运移规律,揭示沉陷应力引起的土壤水分和溶质运移规律。整体上看,开采沉陷应力增加20-100cm深度上土壤保水性,促进使土壤盐分向下迁移。此外,开采沉陷应力加速土壤入渗过程中土壤盐分淋洗,使其沿拉张区渗漏。
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