基于探地雷達(dá)的復(fù)墾土壤壓實與工程質(zhì)量評價.pdf

1、煤炭是我國乃至世界最主要的能源，由煤礦開采產(chǎn)生的地表裂縫、塌陷等問題，導(dǎo)致耕地面積減少，生態(tài)環(huán)境惡化。土地和煤炭均是人類生存不可或缺的兩大重要資源，如何解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與煤礦開采之間的矛盾是亟待解決的一項重要課題。土地復(fù)墾是當(dāng)前增加耕地面積、緩解人地矛盾的主要途徑之一。對土地復(fù)墾工程進(jìn)行科學(xué)有效的質(zhì)量評價和監(jiān)控，對于創(chuàng)新復(fù)墾技術(shù)、改良復(fù)墾土地利用模式、提高復(fù)墾土地生產(chǎn)力都具有重要的意義。在對復(fù)墾土壤進(jìn)行農(nóng)業(yè)利用的過程中，土壤壓實已經(jīng)成為影響

2、復(fù)墾土壤質(zhì)量的最主要因素；覆土厚度是復(fù)墾土壤質(zhì)量檢驗中農(nóng)、牧、林業(yè)主要測試項目之一，灌溉渠道的防滲性能、田間道路的穩(wěn)定性及承載力也是復(fù)墾工程質(zhì)量檢測的重要內(nèi)容。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、盘矫髁瞬煌瑥?fù)墾工藝下土壤緊實度的變化規(guī)律及其影響因素。基于統(tǒng)計學(xué)理論，采用2×5×4混合試驗設(shè)計并建立模擬復(fù)墾實驗區(qū)，模擬2種復(fù)墾機械對土壤進(jìn)行不同次數(shù)（1、3、5、7、9次）的壓實。通過測定各組合中不同層次厚度的土壤緊實度值并進(jìn)行變量的方差分析

3、和多重比較，研究了土壤緊實度的變化規(guī)律及其影響因素。實驗證實，土地復(fù)墾過程中，壓實機械、壓實次數(shù)和土層厚度都是影響土壤緊實度的顯著性因素，各因素的貢獻(xiàn)率均在97％以上。不同的壓實機械，質(zhì)量不同，接地面積不同，會產(chǎn)生不同的壓實效果，自卸汽車壓實5次之后即可使上層土壤緊實度達(dá)到最大值，而履帶式推土機需要壓實7次。深度越大，土壤緊實度越??；隨著壓實次數(shù)的增加，各土層厚度之間土壤緊實度差異減小，中間10~30cm的土壤緊實度相對較高。過多的壓實

4、還會使土壤先板結(jié)后破碎，影響嚴(yán)重。上述研究成果為改良復(fù)墾工藝提供了依據(jù)。為減輕土壤壓實狀況，一方面，選擇質(zhì)量較小、承重輪面積較大的機械有助于減輕對土壤的壓實；其二，即使單次壓強較小，多次碾壓對土壤造成的壓實仍不容忽視，應(yīng)盡量避免對相同位置土壤的反復(fù)碾壓，碾壓次數(shù)應(yīng)控制在5～7次之內(nèi)。
　?、茦?gòu)建了壓實指標(biāo)與土壤介電常數(shù)關(guān)系模型。以土壤容重作為壓實指標(biāo)，通過相關(guān)性分析，證實土壤介電常數(shù)與土壤壓實指標(biāo)具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)絕對值均

5、大于0.89，可以表征土壤壓實狀況。以現(xiàn)有的復(fù)合介電常數(shù)模型為基礎(chǔ)獲取土壤介電常數(shù)計算值，基于探地雷達(dá)獲取土壤介電常數(shù)實測值，對比發(fā)現(xiàn)二者雖然存在不同程度的誤差（21.85%~138.80%），但相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)大于0.99；通過其相關(guān)方程對復(fù)合介電常數(shù)模型進(jìn)行了修正，結(jié)果表明基于修正后的模型獲取的土壤容重數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，誤差范圍在0.79%~0.98%之間，并且野外實驗證明模型通用性較好。該部分為探地雷達(dá)在土壤壓實狀況的無損檢測提

6、供了有效途徑。
　?、墙沂玖送寥缐簩崰顩r在不同土地利用類型和復(fù)墾年限的時空變異特征。分別選取于不同時期復(fù)墾完成的3種土地利用類型復(fù)墾實驗區(qū)，使用探地雷達(dá)連續(xù)4個年度對每個復(fù)墾實驗區(qū)進(jìn)行土壤質(zhì)量監(jiān)測并獲取其土壤容重值，通過對土壤容重值進(jìn)行統(tǒng)計分析，揭示了不同土地利用類型在不同復(fù)墾年限的土壤壓實狀況時空變異特征及其影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，土壤容重總體上呈現(xiàn)出隨復(fù)墾年限增加而逐漸下降的趨勢，其下降速度和規(guī)律各有不同。耕地復(fù)墾8年后土壤容重達(dá)

7、到最低值（1.30g/cm3），草地（1.46g/cm3）和林地（1.39g/cm3）分別于復(fù)墾后12年和15年左右基本達(dá)到原地貌土壤狀態(tài)。同時期耕地土壤容重最小，草地次之，林地最高。受人為活動及植物根系作用的影響，3種土地利用類型在不同土壤層次的容重變化規(guī)律也存在差異。綜合來看，復(fù)墾年限和土地利用類型都是導(dǎo)致土壤容重產(chǎn)生顯著性差異的因素，其中土地利用類型在各年度均是土壤容重的主要變異來源（因素貢獻(xiàn)率為72.4%~97.7%），復(fù)墾年限

8、在整體變異中的比重隨時間的延長而逐漸減小。不同土地利用類型的土壤容重在時間尺度上的變化趨勢各有不同；土地利用類型對容重的影響程度也隨著復(fù)墾年限的變化而產(chǎn)生變化，復(fù)墾中期采取不同的利用模式對土壤壓實狀況的改良具有積極意義（因素貢獻(xiàn)率為82.3%~95%）。以上研究成果一方面為復(fù)墾后土壤的有效利用及制定土壤改良措施提供了依據(jù)，同時實現(xiàn)了對復(fù)墾土壤質(zhì)量的長期動態(tài)監(jiān)測。
　　⑷論證了探地雷達(dá)檢測復(fù)墾工程質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。選取覆土厚度、路面厚

9、度和渠道襯砌厚度作為復(fù)墾工程質(zhì)量的檢測指標(biāo)，通過探地雷達(dá)獲取介質(zhì)的剖面圖像，實現(xiàn)了對上述指標(biāo)的無損檢測，并對地面位置定位、電磁波傳播速度標(biāo)定和反射層拾取等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點分析；與傳統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，對探地雷達(dá)檢測的準(zhǔn)確性及其原因進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示：本試驗項目區(qū)覆土厚度稍有不足（平均厚度48cm），但變異程度較小（變異系數(shù)為9.375%）；路面厚度起伏較大（變異系數(shù)為27.94%）且部分區(qū)段低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；渠道襯砌分布均勻（變異系數(shù)為