晋陕蒙接壤区露天矿层状土壤水分入渗特征与模拟_吴奇凡樊军杨晓莉潘雅文王亚飞乔艳琴.pdf

医药前沿 DOI:10.11766//trxb201412010605 晋陕蒙接壤区露天矿层状土壤水分入渗特征与 模拟 1 2† 1 1 3 1 3 吴奇凡 樊 军 杨晓莉 潘雅文 王亚飞 乔艳琴 王 胜 （1 西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100 ） （2 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌 712100 ） （3 中国科学院大学，北京 100049） 摘 要 分析4 种不同结构层状土水分入渗规律，为晋陕蒙接壤区露天矿排土场建设筛选合适的层状 土体。设置沙土、砒砂岩、黄绵土和红黏土 4 种均质土柱以及黄-沙-红、黄-红-沙、沙-黄-砒、黄-砒- 沙4 种层状土，借助室内土柱自动观测系统测定矿区土壤的入渗过程，通过入渗速率、累积入渗量、湿润 锋运移、剖面含水量变化分析不同结构层状土入渗特征，结合晋陕蒙接壤区自然条件，评价适合排土场建 设的层状土体。结果表明：黄-沙-红、沙-黄-砒型层状土在短时间内能贮存大量水分，且第三层土体阻水 作用强，黄-沙-红型层状土下层红黏土阻水效果显著，这两种层状土体是矿区排土场较理想的新土体结构。 但是，黄-红-沙型层状土入渗速率慢，在强降雨条件下不能使水分迅速入渗。黄-砒-沙型层状土湿润锋到 达第三层土体后运移速率仍很快，阻水效果差，水分容易渗漏到深层土壤，这两种层状土结构不宜应用到 晋陕蒙矿区排土场建设中。最后探讨了HYDRUS-1D 对入渗过程的模拟，利用均质土剖面含水量反演土壤水 力参数模拟4 种层状土的入渗过程，得到较好的模拟效果。本文对4 种层状土入渗特征的测定与模拟，对 于指导露天矿区排土场新土体构筑有一定的理论和现实意义。 关键词 层状土；入渗；HYDRUS-1D；矿区复垦 中图分类号 S152.7 文献标识码 A 晋陕蒙接壤地区矿产资源十分丰富，但在煤炭的开采过程中，土地遭到严重破坏，生态环境可 能恶化。按土地法规定，排土场大部分区段的最终利用方向是农耕地，然而目前排土场土壤随意堆 砌，很难达到土地开发整理的预期效果。层状土广泛用于垃圾填埋、矿区复垦，不需要铺设造价高 [1-2] 昂的斥水层，就能够有效减少水分渗漏到下层土壤，防止污染地下水，并起到保水的作用 。Aubertin [3] 等 介绍了利用数值模拟设置最佳层状土的方法，并模拟了具有毛管障碍的层状土阻止水分向矿区 排土场的深层渗漏。任利东等[4] [5] 与任利东和黄明斌 对砂型层状土柱排水及蒸发过程的实测和模拟表 明层状土能提高土体的持水能力，并能显著降低土壤蒸发。 [6-7] [8] 国内外许多学者对层状土水分入渗和溶质迁移过程进行了研究 ，毛晓敏和尚松浩 提出饱和 [9] 层最小通量法计算多层土壤稳定入渗率，王春颖等 建立了针对夹砂层状土入渗的S-Green-Ampt 模 型，准确模拟了层状土的入渗过程。模拟层状土的入渗过程需要了解土壤的水力性质，实验室获取 中国科学院西部行动计划项目（KZCX2-XB3-13）、国家自然科学基金项目41271239）资助 †通讯作者，E-mail: fanjun@ 作者简介：吴奇凡（1989-），男，河南宝丰人，硕士研究生，主要研究方向为土壤物理。E-mail: wqfuian@163.com 收稿日期：2014-12-01 ；收到修改稿日期：2015-03-12