基于煤矸石充填的重構(gòu)土壤水分運移特征及環(huán)境效應——以淮北礦區(qū)為例.pdf

1、煤炭開采與燃燒利用引發(fā)很多環(huán)境問題，主要有大面積地表塌陷造成耕地損失，破壞區(qū)域生態(tài)環(huán)境;煤矸石等煤系伴生物產(chǎn)生和燃煤電廠固體廢棄物的排放壓占土地，通過揚塵與淋濾液等污染周圍大氣、水體和土壤環(huán)境。為應對這些環(huán)境問題給礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)，利用固體廢棄物進行土壤重構(gòu)和生態(tài)環(huán)境修復的工程措施在礦區(qū)被較多地實施，其中煤矸石作為充填基質(zhì)是一種重要的形式。充填重構(gòu)土壤與自然農(nóng)業(yè)土壤在物理性質(zhì)和水分、養(yǎng)分和溶質(zhì)的條件與運移方面均存在較大的差異。<

2、br>　　論文通過現(xiàn)場調(diào)查、盆栽試驗、土柱試驗和參數(shù)指標的實驗室分析測試，研究了淮北的煤矸石的資源特征，煤矸石充填重構(gòu)土壤水分入滲和養(yǎng)分遷移規(guī)律，建立了煤矸石充填重構(gòu)土壤水分運移概念模型。
　　(1)通過對淮北煤矸石的資源調(diào)查，對煤矸石結(jié)構(gòu)組分和礦物巖石組成進一步研究，得出所分析的臨渙、許疃、朱莊、祁南、桃園等5個煤礦所排放的煤矸石，其礦物組成均以粘土礦物和石英為主，臨渙洗選矸中粘土礦物相對較高。
　　(2)應用土柱試驗，探

3、討充填重構(gòu)土壤煤矸石層水分豎直上移特征，并建立二次曲面響應函數(shù)模型模擬毛管水上移高度與煤矸石層的容重、泥巖含量以及細顆粒含量之間關系規(guī)律。在給定地下潛水位條件下，若不考慮地表蒸發(fā)的影響，煤矸石層水分豎直上移的高度可用二次曲面響應模型來描述，模型計算值和實測值之間，r=0.777**，RMSE=3.5319，EF=0.5607。
　　(3)通過分析煤矸石充填重構(gòu)土壤及其滲濾液的重金屬含量和環(huán)境效應可知:煤矸石對充填重構(gòu)土壤中重金屬含

4、量變化存在一定影響，其中As元素含量變化最大，其次為Cd元素，Cu、Zn、Cr變化程度相當，Pb與Hg在土壤中的遷移較少，變化較小。煤矸石充填重構(gòu)土壤的重金屬綜合污染程度為“清潔”，單項污染指數(shù)中Cd出現(xiàn)過“輕度污染”，其余都處在“清潔”等級。滲濾液中As、Cu、Pb含量數(shù)量級相當(0.00)，Cd、Cr兩種元素含量數(shù)量級相當(0.000)，Zn元素含量數(shù)量級最大(0.0)，Hg元素含量數(shù)量級最小(0.0000)，且均不會產(chǎn)生危害。

5、r>　　(4)入滲試驗中，煤矸石充填重構(gòu)土壤中表層剖面含水量隨時間與深度的變化主要與煤矸石充填基質(zhì)、重構(gòu)土壤入滲率、重構(gòu)土壤初始含水量、重構(gòu)土壤相對密度的有關。細粒試驗柱土壤的含水量最接近飽和含水量，與其細粒含量高，與土壤級配最接近有一定的關系。在蒸發(fā)試驗中，四種不同充填方式，土壤含水量均隨著蒸發(fā)天數(shù)的增加而下降，其中選矸試驗柱煤矸石充填重構(gòu)土壤中表層剖面含水量隨時間的變化最少，粗粒試驗柱煤矸石充填重構(gòu)土壤中表層剖面含水量隨時間變化最大

6、;隨著蒸發(fā)的進行，粗粒試驗柱煤矸石充填重構(gòu)土壤表層最終含水量最少，與下墊面大顆粒過多，持水能力低有關。
　　(5)分別建立了不同下墊面的入滲率與時間的模型:
　　選矸試驗柱入滲模型可以表示為:i(t)=0.05+0.11e-0.0015t
　　均勻粒試驗柱入滲模型可以表示為:i(t)=0.75t-0.5+0.06
　　細粒試驗柱入滲模型可以表示為:i(t)=0.6t-0.5+0.02
　　粗粒試驗柱入滲模型