本发明专利技术涉及用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法，包括以下步骤：（1）对待修复区的原始或周边的土壤及浅部地下水赋存的水文土壤地质情况进行基础地质数据搜集，并进行土壤层和地下水赋存特征调查，确定对待修复区的地下水赋存特征和土壤层特征；（2）根据步骤（1）确定的地下水赋存特征和土壤层特征，确定待修复区的土壤层各分层的底部层位、顶部层位和厚度，并确定各分层的人工重构材料的组成；（3）在待修复区已经完成矿坑回填和平整之后，对回填区进行压实和不稳定岩体的清理；（4）在回填区的上方铺设基底层；（5）自下向上交替铺设若干层透水层和若干层隔水层，再一次压实；（6）在最上层的隔水层的上方进行水土涵养层重构。上层的隔水层的上方进行水土涵养层重构。上层的隔水层的上方进行水土涵养层重构。
【技术实现步骤摘要】
用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法
[0001]本专利技术属于高原矿山土地修复
，具体涉及用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法。
技术介绍
[0002]我国高原高寒的地区广泛分布着冻土，在冻土区，多年冻土相对稳定广泛分布、隔水作用和季节性冻土的季节性交替冻融、特殊的水热条件等因素，影响浅部地下水在冻结层的含水层中的复杂变化，表层土壤也多出现冻胀、融沉、冻胀丘等特殊变化。此外，若同时考虑到植被等生物与各环境因素的物质、能量循环交换和各种过程的耦合作用所支撑的生态系统及功能的稳定，其中核心离不开地表、土壤、含水层及其内部等不同水文特性结构层中不同循环方式的水的耦合作用和土壤中营养成分的长效保持及有效交换。如何在高寒区生态环境恢复治理中，对以上重要的因素和作用过程进行人工优化干预，寻找更为科学的生态环境修复治理路径，对高寒地区矿山区的生态系统的物质与能量交换、生命活动和功能维系等起到重要作用。
[0003]在以往的高寒地区矿山生态环境修复中，工程措施的焦点往往集中在地表以及靠近地表的露天矿山开发而引起的地形地貌改变、采坑回填、客土覆土、土源紧缺、植被恢复等问题上。一般多采用人工客土覆土、播撒草籽的方式修复、保护生态环境，还会经常出现水土流失、植被生长不良、局部积水严重、积水淹苗等各种与水、土相关的二次生态环境问题。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术提供用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法，包括以下步骤：（1）对待修复区的原始或周边的土壤及浅部地下水赋存的水文土壤地质情况进行基础地质数据搜集，并进行土壤层和地下水赋存特征调查，确定对待修复区的地下水赋存特征和土壤层特征；（2）根据步骤（1）确定的地下水赋存特征和土壤层特征，确定待修复区的土壤层各分层的底部层位、顶部层位和厚度，并确定各分层的人工重构材料的组成；（3）在待修复区已经完成矿坑回填和平整之后，对回填区进行压实和不稳定岩体的清理；（4）在回填区的上方铺设基底层，并压实；（5）自下向上交替铺设若干层透水层和若干层隔水层，再进行一次压实；（6）在最上层的隔水层的上方进行水土涵养层重构。
[0005]可选的，步骤（1）中，所述基础地质数据包括但不限于待修复区的气候条件、植被类型、土地类型、土壤剖面分层及组成、季节性冻土的分布及底界深度、冻结层中含水层的水文地质特征，所述气候条件包括降雨和温度，含水层的水文地质特征包括含水层的含水
性、水质类型、含水层与隔水层的结构及层位位置；所述土壤层和地下水赋存特征调查包括但不限于对待修复区采取水文地质及生态环境专项地质调查、遥感、浅钻和槽探；通过步骤（1）获得待修复区的水文土壤各分层的特征信息，确定地下水赋存特征和土壤层特征，为露天采坑水文土壤各分层的人工重构土壤剖面（模型）设计提供地质依据。
[0006]所述地下水赋存特征为潜水水位深度，水文土壤地质分层的水文特性。所述土壤层特征为水文土壤地质分层的特征层位位置、组成、深度，植被根系深度，季节性冻土的底界深度、底界深度和厚度。
[0007]可选的，步骤（2）中，根据周边原始土壤的透水层和隔水层的位置，确定待修复区的透水层和隔水层的位置，使得待修复区的透水层与周边原始土壤的透水层位置和厚度对应衔接，待修复区的隔水层与周边原始土壤的隔水层位置和厚度对应衔接，顶部以隔水层结束。
[0008]可选的，步骤（3）中，待修复区的矿山或矿区的矿坑在采用本专利技术所述的人工重构修复方法修复之前，先进行传统的回填和平整，回填后的地表与周边的季节性冻土的底界深度之间的距离为2
‑
3m；对回填区进行压实，压实系数为0.85
±
0.01；清理不稳定岩体，即将压实后依然容易松动或移位或崩塌的岩体清理出去，对再次空缺出来的空位进行回填和压实，为后续人工覆土、复绿奠定稳定的基底。
[0009]可选的，步骤（4）中，所述基底层的厚度为2
‑
3m，压实系数为0.85
±
0.01；基底层的材料包括第一泥岩、粘土和第一砂岩；相对于100质量份的第一泥岩，粘土为30
‑
50份，第一砂岩为27
‑
49份；第一砂岩的粒径为5
‑
10cm，第一泥岩的粒径小于5cm。
[0010]上述基底层的材料混合均匀、回填摊铺，压实后再均匀施水。
[0011]可选的，步骤（5）中，所述透水层的厚度为0.5
‑
1.0m，隔水层的厚度为0.3
‑
0.5m，压实系数为0.80
±
0.01，透水层和隔水层的总厚度等于待修复区周边的季节性冻土的厚度，且以透水层为底层、以隔水层为顶层结束交替铺设，一次性压实后再均匀施水。
[0012]可选的，所述透水层的材料包括第二泥岩、盐类和第二砂岩；相对于100质量份的第二砂岩，第二泥岩为40
‑
60份，盐类为5
‑
15份，第二泥岩和第二砂岩的粒径均为5
‑
10cm；所述盐类包括钾盐、钠盐、铵盐和钙盐，例如氯化钙、无水硫酸钠、氯化钾、季铵盐等。既能在回填施水时大部分溶于水中，均匀分布在泥岩和砂岩中，当气温低于零度时，在透水层中形成较为均匀的冷冻结构，同时提高透水层的保水涵水能力，又能增加透水层的肥力，使透水层修复之后种植植物时，植物更容易成活。
[0013]可选的，所述隔水层的材料包括第三泥岩和第三砂岩；相对于100质量份的第三泥岩，第三砂岩为56
‑
90份，盐类的体积占比为5
‑
16份，第三泥岩的粒径小于5cm，第三砂岩的粒径为5
‑
10cm。
[0014]可选的，步骤（6）具体包括以下步骤：（a）铺设厚度为0.10
‑
0.15m的改良层，改良层的材料包括第四泥岩和第一粉砂岩；（b）铺设若干条相互平行的保水暗垄，相邻的保水暗垄的间距为10
‑
15m，然后均匀施水；（c）在相邻的保水暗垄之间的改良层的上方铺设人造土层，然后均匀施水；
（d）在人造土层的上方挖设若干条相互平行的生态截排水支沟，相邻的生态截排水支沟的间距为20
‑
25m；（e）在人造土层的上方挖设一条生态截排水主沟渠，生态截排水主沟渠垂直于生态截排水支沟。
[0015]可选的，步骤（a）中，相对于100质量份的第四泥岩，第一粉砂岩为35
‑
46份，第四泥岩和第一粉砂岩的粒度均大于5cm，且块石占比小于50%。
[0016]可选的，步骤（b）中，所述保水暗垄的竖直截面为梯形，底宽为0.3m，顶宽为0.2m，厚度（即高度）为0.15
‑
0.20m；保水暗垄的材料包括第五泥岩、第二粉砂岩、沙土、有机肥和羊板粪，相对于100质量份的第五泥岩，第二粉砂岩为30
‑
55份，沙土为23
‑
36份，有机肥施加量为1500
‑
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对待修复区的原始或周边的土壤及浅部地下水赋存的水文土壤地质情况进行基础地质数据搜集，并进行土壤层和地下水赋存特征调查，确定对待修复区的地下水赋存特征和土壤层特征；（2）根据步骤（1）确定的地下水赋存特征和土壤层特征，确定待修复区的土壤层各分层的底部层位、顶部层位和厚度，并确定各分层的人工重构材料的组成；（3）在待修复区已经完成矿坑回填和平整之后，对回填区进行压实和不稳定岩体的清理；（4）在回填区的上方铺设基底层，并压实；（5）自下向上交替铺设若干层透水层和若干层隔水层，再进行一次压实；（6）在最上层的隔水层的上方进行水土涵养层重构。2.根据权利要求1所述的用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法，其特征在于，步骤（1）中，所述基础地质数据包括待修复区的气候条件、植被类型、土地类型、土壤剖面分层及组成、季节性冻土的分布及底界深度、冻结层中含水层的水文地质特征；所述土壤层和地下水赋存特征调查包括对待修复区采取水文地质及生态环境专项地质调查、遥感、浅钻和槽探；所述地下水赋存特征为潜水水位深度，水文土壤地质分层的水文特性；所述土壤层特征为水文土壤地质分层的特征层位位置、组成、深度，植被根系深度，季节性冻土的底界深度、底界深度和厚度。3.根据权利要求1所述的用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法，其特征在于，步骤（3）中，待修复区的矿山或矿区的矿坑在采用本发明所述的人工重构修复方法修复之前，先进行传统的回填和平整，回填后的地表与周边的季节性冻土的底界深度之间的距离为2
‑
3m。4.根据权利要求1所述的用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法，其特征在于，步骤（4）中，所述基底层的厚度为2
‑
3m；基底层的材料包括第一泥岩、粘土和第一砂岩；相对于100质量份的第一泥岩，粘土为30
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50份，第一砂岩为27
‑
49份；第一砂岩的粒径为5
‑
10cm，第一泥岩的粒径小于5cm。5.根据权利要求1所述的用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法，其特征在于，步骤（5）中，所述透水层的厚度为0.5
‑
1.0m，隔水层的厚度为0.3
‑
0.5m，透水层和隔水层的总厚度等于待修复区周边的季节性冻土的厚度，且以隔水层为顶层结束交替铺设，一次性压实后再均匀施水。6.根据权利要求5所述的用于高寒区地下土壤层的人工重构修复方法，其特征在于，所述透水层的材料包括第二泥岩、盐类和第二砂岩；相对于100质量份的第二砂岩，第二泥岩为40
‑
60份，盐类为5
‑
...
【专利技术属性】
技术研发人员：王佟，
申请(专利权)人：中国煤炭地质总局勘查研究总院，
类型：发明
国别省市：
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