风沙区采煤塌陷裂缝对土壤物理及水分特性影响研究

摘要

近几十年来，随着工业能源的持续发展，我国煤炭能源开采规模日益加大，其引发的大规模塌陷地貌、地下水位下降、地表径流锐减、土壤性质退化等生态环境问题日益突出，严重威胁着矿区的生产生活及经济社会的可持续发展。石圪台煤矿地处神府-东胜特大煤炭基地，采煤塌陷裂缝广泛分布于区内，在该矿区内研究地裂缝对土壤特性以及土壤水空间变异性的影响具有重要意义。本文以石圪台煤矿塌陷区浅层土壤（0~60 cm）为研究对象，对塌陷区不同裂缝特征条件下的土壤物理及水分变化特征进行研究，并对区内土壤水空间分布变异性进行全面分析，并运用主成分分析法评价了不同形态裂缝对土壤物理及水分特性的影响，得出如下结论： （1）整体上，随裂缝密度和宽度增大，土壤容重、持水量以及细粉粒含量逐渐降低，而孔隙度、饱和导水率和砂粒含量则逐渐增大；同一裂缝两侧，相对出露侧土壤砂粒含量、孔隙度和饱和导水率较大，相对塌陷侧土壤持水量、容重较大。 （2）不同裂缝密度条件下，随土层深度增加，各裂缝容重、田间持水量、粉粒含量、最大吸湿量呈增大趋势；孔隙度、饱和导水率及砂粒含量呈减小态势。不同裂缝宽度条件下，随土层深度增加，饱和导水率呈减小趋势；田间持水量、最大吸湿量、细粉粒含量呈微小上升趋势；在裂缝处，随着距离的增加，土壤含水量呈增加趋势；不同坡位土壤水含量变化规律为坡顶<坡中<坡底<丘间低地。 （3）评价结果表明：土壤含水量对地表裂缝的响应最为强烈。土壤性质的综合影响值为随裂缝密度的增大，呈先减小后增加的趋势；裂缝宽度对土壤性质的综合影响表现为，随宽度增加，影响值呈逐渐增加的趋势。 （4）采煤塌陷裂缝对浅层土壤含水量的垂向变异性存在较大影响，表现为土壤含水量的变异程度在在表层（0 cm）和底层（40~60 cm）两端大于非裂缝区，在中间层（10~30 cm）小于非裂缝区，且均属中等变异强度。土壤含水量空间变异性分析表明，表层土壤空间相关性较强，底层土壤水分布较不均匀，呈中等空间相关性，且土壤水在0~60 cm各层变程均在30~50 m之间；各土层土壤水分低值区均位于裂缝发育带。

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