基于CT扫描技术的矿区不同容重土壤水力特性的预测研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wocaonimababa
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矿区大规模的重型机械压实造成了严重的土壤退化,压实导致土壤内部孔隙排列重组,限制土壤水和养分的运移,容易造成水土流失、生态恶化等严重后果,对矿区的土地复垦工作带来很大难度。探讨水力特性在不同容重下的变化特征,对矿区复垦土壤恢复和保持土壤水文平衡具有重要意义。目前,矿区压实土壤的水力特性研究总体上不够深入,缺乏理论基础。本研究中,土壤样品采自中国平朔矿区安太堡露天煤矿排土场,在实验室制备了不同容重(1.3、1.4、1.5、1.6、1.7和1.8 g·cm-3)。部分样品在实验室采用离心法和压力水头法分别测定土壤水分特征曲线与饱和导水率;另一部分样品通过CT扫描和土壤结构三维重建,得到了不同容重状态下的土壤大孔隙结构特征,并结合物理经验Arya-Paris模型、分形模型分别预测土壤水分特征曲线与土壤饱和导水率,探讨模型预测的可行性。据此分析矿区压实作用对土壤水力特性的影响,对比分析模型预测值和实验室的测量值。研究发现,CT扫描土壤样品通过三维重建的土壤孔隙可以直观地观察土壤大孔隙的内部结构特征,压实作用导致土壤大孔隙数量和大孔隙度减小,降低了大孔隙间的连通性,说明土壤大孔隙对压实作用的响应更加敏感。通过对矿区土壤水力特性预测结果分析,表明土壤水分特性曲线与饱和导水率的变化趋势与实验室实测结果一致,均随容重的增加而减小,预测精度均随容重的增加有所降低,但整体上取得了较好的预测效果(R2>0.84)。因此,基于CT扫描技术预测矿区不同容重土壤的水力特性是可行的,并可用于实际问题的研究。该研究有效揭示了土壤压实对土壤水力特性的影响机理,可为矿区土地复垦、植被恢复、生态建设管理工作提供一定的理论依据和技术支撑。
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