草原露天矿区劣质土壤水平扩散特征与模拟

作者：陈功; 刘虎^*; 魏占民

来源：水土保持学报, 2023, 37(02): 76-89.

DOI：10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.02.010

• 劣质土壤
• 水平扩散率
• 草原露天矿区
• 水平土柱法

为探究草原露天矿区不同类型土壤的水平扩散特征，以内蒙古鄂尔多斯市伊旗武家塔矿区的原状土、矿山堆积土和生态改造土3种不同立地类型的土壤为对象，通过土壤质地、扩散率、含水率等测试试验，采用HYDRUS-1D软件，对原状土、矿山堆积土和生态改造土入渗特性进行数值模拟，分析各因素对矿区土壤入渗规律的影响，探讨草原露天矿区不同类型土壤水平扩散过程的影响及变化规律。结果表明，在一维水平入渗运动条件下，原状土、堆积土、生态改造土3种不同粒径土壤的湿润锋运移距离与时间曲线整体呈现相似变化，随着入渗时间的增加，湿润锋运移距离呈现先快速增加，后缓慢推进趋势。同一种土壤类型条件下，土壤的湿润锋到达土柱最末端所需时间与土层深度呈反比关系，随着土层深度的增加，所需时间逐渐减少，且平均扩散速率更快；在同一入渗时间下，湿润锋运移距离与土层深度呈正比关系，随着土层深度增加，湿润锋运移距离也相应增大。Boltzmann参数(λ)随着土壤含水率的增加而逐渐减小，各土壤的λ～θ关系曲线随土壤含水率的增加呈现下降趋势。当θ达到某一临界值之后，λ急剧减少，原状土、堆积土和改造土各土层θ临界值略有差异，原状土各土层的θ临界值为0.29,堆积土各土层分别为0.24,0.28,0.30,而生态改造土除60—90 cm外，其余土层的θ临界值为0.31。通过HYDRUS-1D模型结合水平土柱剖面含水量变化对土壤水力参数进行反演，模拟3种土壤面含水量的变化，R2均大于0.91,纳什效率系数(NSE)均大于0.95,均方根误差(RMSE)均小于0.20。利用HYDRUS-1D模型反演土壤水力参数模拟矿区劣质土壤水平入渗过程，能较好地模拟入渗过程，描述矿区不同土地类型的土壤水分动态变化规律，为矿区的土壤水分动态监管及生态治理提供参考依据。

• 单位
  建筑工程学院; 内蒙古农业大学; 水利部牧区水利科学研究所