神府—东胜采煤塌陷区包气带水分运移及生态环境效应研究

摘要

神府—东胜矿区(神东矿区)位于我国西北干旱半干旱地区，生态环境脆弱，水资源天然不足。随着煤炭资源的持续开采，地表产生大面积塌陷，地下水位大幅下降，生态环境破坏问题越来越突出。如何有效利用包气带土壤水资源成为保证矿区农业植被生理需水和塌陷区生态再建的关键问题。针对神东采煤塌陷区生态再建的科学问题，以干旱区生态再建的限制性因素——包气带土壤水为出发点，通过野外地质调查、室内物理模拟试验、野外原位试验以及野外测试对神东采煤塌陷区包气带水分运移及生态环境效应进行了研究。取得的主要进展和认识如下： (1)塌陷非稳定阶段，塌陷裂隙对土壤水分散失具有重要影响，与塌陷区非裂缝带土壤水相比，塌陷裂缝部位(及塌陷裂缝发育带)土壤水分损失几乎达50％，接近或低于凋萎系数，对植被生存、生长构成威胁。 (2)与非塌陷区相比，塌陷稳定区有更强的接纳降水的能力，表现在采煤塌陷稳定区土壤含水量明显高于非塌陷区，对区域生态再建有利。但在春旱季节，塌陷稳定区浅层(30cm左右)土壤储水量低于非塌陷区，对浅根系植被萌芽不利。 (3)塌陷稳定阶段，地表塌陷裂缝被填充，但包气带中下部或多或少存在隐伏裂隙，但几乎不起导水作用，在对该阶段的孔隙—裂隙包气带水分运动进行模拟时，可直接利用孔隙结构体进行代替。 (4)室内实验结果表明，定雨强降雨入渗过程中，细砂和粗砂中湿润锋移动都分为两个阶段：降雨期间，湿润锋前移距离与深度呈线性关系；降雨结束后(水分再分配阶段)，湿润锋前移距离与深度呈幂函数关系。入渗水分迁移速度随深度增加呈指数衰减。表明塌陷稳定阶段降雨通过深厚包气带对地下水补给是一个漫长的过程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第一节研究目的和意义

第二节国内外文献综述

第三节课题来源、研究内容与方法

第四节试验设计

第二章神府东胜矿区概况

第一节神府东胜矿区概述

第二节区域地质背景

第三节区域水文地质特征

第四节本章小结

第三章神东矿区采煤塌陷特征及机理

第一节采煤塌陷现状及特征

第二节采煤塌陷机理

第三节神东矿区采煤塌陷发展趋势

第四节本章小结

第四章采煤塌陷区包气带结构变化特征

第一节采煤塌陷前包气带结构特征

第二节塌陷非稳定阶段包气带结构特征

第三节塌陷稳定阶段包气带结构特征

第四节本章小结

第五章塌陷非稳定阶段水分运移及生态效应

第一节塌陷非稳定阶段包气带水分运移特征

第二节塌陷裂隙对包气带水分运移的影响

第三节本章小结

第六章塌陷稳定阶段水分运移及生态效应

第一节包气带水分运移特征

第二节包气带水分运动参数测试

第三节本章小结

第七章降雨入渗补给分析

第一节塌陷非稳定阶段降雨入渗补给分析

第二节塌陷稳定阶段降雨入渗过程分析

第三节深厚包气带条件下潜水入渗补给特征

第四节本章小结

第八章采煤塌陷的生态环境效应

第一节采煤塌陷的水环境效应

第二节采煤塌陷的植被生态环境效应

第三节采煤塌陷生态环境效应的特点

第四节生态恢复建议

第五节本章小结

结论与建议

一、结论

二、有待解决的问题

三、建议

致谢

参考文献

个人简历、攻博期间发表的主要论文及参加的主要课题