淮南采煤沉陷区非饱和带水分运移试验及形成机理研究——以潘一矿为例

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非饱和带是地下水与大气圈、地表水圈联系的必经途径,也是自然界中水循环系统的一个重要组成部分。但在矿山开采过程中由于沉陷过程产生的裂缝带不仅破坏了非饱和带的土壤结构,还引起土壤水力参数改变,从而影响着土壤水分运移过程。因此,开展采煤沉陷区非饱和带水分运移规律研究,为沉陷区生态修复与土地复垦提供一定的参考。论文在查阅了国内外土壤水分运动理论和采煤沉陷机理分析的基础上,以淮南市潘一矿采煤沉陷区为研究对象,通过野外取样测定、室内模拟试验以及野外原位试验对采煤沉陷区非饱和带水分运移及形成机理进行了研究,得到主要结论如下:  1.野外取样测定相关参数,分析表明沉陷裂缝对非饱和带水分特征曲线和非饱和导水率产生重要影响。并与非沉陷区相比,沉陷裂缝导致水分特征曲线斜率减小、进气值减小;土壤非饱和导水率降低,导致土壤更易释水,且导水能力下降。  2.沉陷作用导致沉陷区地势低洼,易形成汇水区,使得沉陷区非饱和带含水量总体上高于非沉陷区。并且垂向上发育的裂缝具有导水作用,有利于对地下水的有效补给。同时在降雨、蒸发、地下水位变化情况下,沉陷区非饱和带水分发生不同的改变。  3.室内模拟试验分析,在二维模型研究中,由于沉陷作用导致土壤含水率降低。在一维模型研究中,设计两种不同的土质类型在沉陷条件下发育的裂隙存在差异,使得土壤表现不同的入渗能力。在沉陷作用下,砂性土壤产生的裂隙要比在粘性土壤多,在降雨条件下增大了地下水位的有效补给,蒸发条件下减小了土壤含水量。  4.非饱和带土壤水分运移机理的数值模拟分析表明,由于不同的水分运移机理,使得沉陷区与非沉陷区土壤剖面上呈现不同的变化规律。在降雨条件下上部土壤含水量沉陷区比非沉陷区高,而深部土壤却相反。在蒸发条件下沉陷区整个剖面上含水量比非沉陷区高。当地下水位上升时,有助于沉陷区浅部土壤的水分保存。
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