本发明专利技术涉及一种尾矿坝水土流失的模拟装置，其结构为，长方体的模型箱体间隔三个平行的试验槽，试验槽的内表面设置防渗层，防渗层上设置管壁均匀打孔的排水管；在试验槽内依次铺设碎石、土壤和植被，并表面喷洒聚丙烯酰胺；在试验槽的末端分别设有V型集流槽；在模型箱体的上方设有降水管，在模型箱体外部设有水箱，为降水管提供水源。该模拟装置适用于在役或废弃尾矿坝，通过对现场环境的模拟及实际布设防治方法用以实现尾矿库的水土保持进行实验设计，具有模拟降雨并精确把控降雨量、监测水土流失过程、收集流失泥沙量等功能，为尾矿库的水土防治及生态恢复提供有力帮助。
【技术实现步骤摘要】
一种尾矿坝水土流失的模拟装置及其防治方法
本专利技术涉及一种尾矿坝水土流失的模拟装置及其防治方法，属于矿山生态修复
技术介绍
我国每年排出尾矿约6亿吨，除了小部分作为矿山充填或综合利用，大部分堆存于尾矿库。尾矿排放量随着国家对矿产资源的巨大需求快速增加，破坏自然环境，造成水土流失。在矿山开采过程中破坏周围植被形成大量的尾矿废渣，一般是运往尾矿库堆积，而未经处理的尾矿堆经雨水冲刷，造成泥沙和径流的大面积流失，会严重破坏自然生态环境结构的平衡，造成泥石流和滑坡等自然地质灾害。针对目前我国矿山生态环境面临的严峻形势，通过模型实验探讨矿山尾矿坝水土流失的影响因素，确定防治水土流失的实施方法，实现矿山开采与水土保持同步进行，为我国建设矿山文明、实施可持续发展战略提供科学支持。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种尾矿坝水土流失的模拟装置及其防治方法，该模拟装置适用于在役或废弃尾矿坝，通过对现场环境的模拟及实际布设防治方法用以实现尾矿库的水土保持进行实验设计，具有模拟降雨并精确把控降雨量、监测水土流失过程、收集流失泥沙量等功能，为尾矿库的水土防治及生态恢复提供有力帮助。为解决以上问题，本专利技术的具体技术方案如下：一种尾矿坝水土流失的模拟装置，长方体的模型箱体顶部无盖，内腔通过分隔板间隔三个平行的试验槽，试验槽的内表面设置防渗层，防渗层上设置管壁均匀打孔的排水管，排水管沿试验槽的长度方向延伸，并从模型箱体伸出；在试验槽内依次铺设碎石、土壤和植被，并表面喷洒聚丙烯酰胺；在试验槽的末端分别设有V型集流槽；在模型箱体的上方设有降雨架，降雨架上设有降水管，在模型箱体外部设有水箱，水箱上连接导水管，导水管上依次连接水泵、总水阀和控制阀，在导水管的末端设有分支管路，每个分支管路上通过阀门与降水管连接。所述的模型箱体的四角设有升降架，升降架的顶部连接降水架。所述的水泵的出口处设置压力表和瞬时电子流量计。所述的模型箱体的内腔底面和排水管按坡度2%设置。所述的排水管为PVC材质，排水管表面每间隔25mm均匀打两排小孔，孔设置在上方，排水管外表面包裹两层土工布，两层土工布的中间设置100目铜网。采用模拟装置进行模拟尾矿坝水土流失防治的方法，其特征在于包括以下步骤：1）土石堆填：采用现场采集的尾矿库库区及坝体岩土基质，堆填尾矿库土石混合和石块作为下垫面结构模型；土壤堆填时，在模型箱体（1）槽底部均匀装入10cm厚的碎石，然后装填分层填筑供试土壤，在土壤与土槽边壁接触的地方增加压力，以减小边壁边际效应对坡面产流产沙过程的影响；土壤堆填完毕后整体坡度在5°～30°范围；2）布设植被：针对坡度5°-15°范围内的尾矿坝，通过控制株间距，试验前修剪树枝以实现40±5%的植被覆盖度，植物应选择本土植物，采用乔灌草相结合模式，尽量模拟原生态群落，以避免由于引进物种造成不可预见的问题；3）铺设枯落物：针对坡度5°-15°范围内的尾矿坝，通过改变单位面积铺设的枯落物质量用以实现60g/m2的枯落物覆盖量，为减少叶片表面携带泥沙或水分造成误差，将收集的枯落物用清水洗净表面泥沙，80℃下烘干至恒重备用；正式降雨前，将相应干质量的枯落物均匀铺在坡面，保证厚度均一；单位面积生物量标准参考天然乔灌草植物区的枯落物蓄积量，以枯落物干物质质量计算单位面积生物量；4）坡面喷洒絮凝剂——聚丙烯酰胺：针对坡度15°-30°范围内的尾矿坝，将配制好的浓度为0.125g/L的10L的聚丙烯酰胺PAM水溶液，用小喷壶在坡面均匀地喷施在装填完毕的土壤表面；5）利用降水管模拟降雨装置，改变实验条件，实现功能多样性，模拟实际尾矿坝现场环境，每次降雨即开始记录降雨时间，产流出现浑浊，记录产流时刻并开始计时，共降雨30min；产流开始后用1L的标有刻度的聚乙烯瓶或烧杯开始采集，每隔2min进行一次泥沙的收集，每次收集时间为2min，2min后换聚乙烯瓶或烧杯继续收集。该尾矿坝水土流失的模拟装置及其防治方法，可以模拟降雨装置，节约空间，实现功能多样性，模拟尾矿坝生态护坡，为尾矿稳定和生态修复方法提供参数与依据。附图说明图1为尾矿坝水土流失的模拟装置的结构示意图。图2为尾矿坝水土流失的模拟装置的俯视图。图3为尾矿坝水土流失的模拟装置的纵向剖视图。图4为排水管结构示意图。具体实施方式如图1至图3所示，一种尾矿坝水土流失的模拟装置，长方体的模型箱体1顶部无盖，内腔通过分隔板3间隔三个平行的试验槽2，试验槽2的内表面设置防渗层，防渗层上设置管壁均匀打孔的排水管16，排水管16沿试验槽2的长度方向延伸，并从模型箱体1伸出并设置横向管路，使排水向两侧排出尾矿渗滤水；在试验槽2内依次铺设碎石、土壤和植被，并表面喷洒聚丙烯酰胺；在试验槽2的末端分别设有V型集流槽9；在模型箱体1的上方设有降雨架4，降雨架4上设有降水管，在模型箱体1外部设有水箱8，水箱8上连接导水管10，导水管10上依次连接水泵14、总水阀12和控制阀11，在导水管10的末端设有分支管路，每个分支管路上通过阀门13与降水管连接。通过控制阀门13的开启和关闭，实现不同试验槽2模拟在不同降水条件下的实验数据。所述的模型箱体1的四角设有升降架5，升降架5的顶部连接降水架4，水泵14的出口处设置压力表6和瞬时电子流量计7，通过控制阀11调节送水量，压力表6用于观察水压，升降架5用于调整降雨架的高度，瞬时电子流量计用于监测雨量，以此模拟降雨过程及控制雨量。所述的模型箱体1的内腔底面和排水管16按坡度2%设置。如图4所示，所述的排水管16为PVC材质，排水管表面每间隔25mm均匀打两排小孔161，孔设置在上方，排水管16外表面包裹两层土工布162，两层土工布的中间设置100目铜网163，便于对大颗粒砂石的过滤。采用所述的模拟装置进行模拟尾矿坝水土流失防治的方法，包括以下步骤：1）土石堆填：采用现场采集的尾矿库库区及坝体岩土基质，堆填尾矿库土石混合和石块作为下垫面结构模型；土壤堆填时，在模型箱体（1）槽底部均匀装入10cm厚的碎石，碎石表面铺上透水纱布，以使试验槽底部土壤透气透水性接近自然状态，然后在纱布上装填供试土壤，为确保装填土壤均匀一致，参考尾矿库实际的坝体结构、及现场原始土壤层次将供试土壤分层填入分隔区内，分层填土时，边填土边压实并尽量保证各处填土厚度均匀，每填完并压实一层后，在填装上面一层之前将下面一土层表面用齿耙耙松，然后再填上面一层土壤，以保证两个土层的接触面均匀一致，还需注意土面保持平整，在土壤与土槽边壁接触的地方增加压力，以减小边壁边际效应对坡面产流产沙过程的影响。将土槽静置1个月，使槽内土壤沉实到接近自然状态；土壤堆填完毕后整体坡度在5°～30°范围；2）布设植被：针对坡度5°-15°范围内的尾矿坝，通过控制株间距，试验前修建树枝以实现40±5%的植被覆盖度，植物应选择本土植物，采用乔灌草相结合模式，尽量模拟原生态群落；3）铺设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种尾矿坝水土流失的模拟装置，其特征在于：长方体的模型箱体（1）顶部无盖，内腔通过分隔板（3）间隔三个平行的试验槽（2），试验槽（2）的内表面设置防渗层，防渗层上设置管壁均匀打孔的排水管（16），排水管（16）沿试验槽（2）的长度方向延伸，并从模型箱体（1）伸出；在试验槽（2）内依次铺设碎石、土壤和植被，并表面喷洒聚丙烯酰胺；在试验槽（2）的末端分别设有V型集流槽（9）；在模型箱体（1）的上方设有降雨架（4），降雨架（4）上设有降水管，在模型箱体（1）外部设有水箱（8），水箱（8）上连接导水管（10），导水管（10）上依次连接水泵（14）、总水阀（12）和控制阀（11），在导水管（10）的末端设有分支管路，每个分支管路上通过阀门（13）与降水管连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种尾矿坝水土流失的模拟装置，其特征在于：长方体的模型箱体（1）顶部无盖，内腔通过分隔板（3）间隔三个平行的试验槽（2），试验槽（2）的内表面设置防渗层，防渗层上设置管壁均匀打孔的排水管（16），排水管（16）沿试验槽（2）的长度方向延伸，并从模型箱体（1）伸出；在试验槽（2）内依次铺设碎石、土壤和植被，并表面喷洒聚丙烯酰胺；在试验槽（2）的末端分别设有V型集流槽（9）；在模型箱体（1）的上方设有降雨架（4），降雨架（4）上设有降水管，在模型箱体（1）外部设有水箱（8），水箱（8）上连接导水管（10），导水管（10）上依次连接水泵（14）、总水阀（12）和控制阀（11），在导水管（10）的末端设有分支管路，每个分支管路上通过阀门（13）与降水管连接。
2.如权利要求1所述的尾矿坝水土流失的模拟装置，其特征在于：所述的模型箱体（1）的四角设有升降架（5），升降架（5）的顶部连接降水架（4）。
3.如权利要求1所述的尾矿坝水土流失的模拟装置，其特征在于：所述的水泵（14）的出口处设置压力表（6）和瞬时电子流量计（7）。
4.如权利要求1所述的尾矿坝水土流失的模拟装置，其特征在于：所述的模型箱体（1）的内腔底面和排水管（16）按坡度2%设置。
5.如权利要求1所述的尾矿坝水土流失的模拟装置，其特征在于：所述的排水管（16）为PVC材质，排水管表面每间隔25mm均匀打两排小孔（161），孔设置在上方，排水管（16）外表面包裹两层土工布（162），两层土工布的中间设置100目铜网（163）。
6.采用权利要求1所述的模拟装置进行模拟尾矿...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝喆，吴超君，陈娜，陈红丹，孙鸿昌，邓焱，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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