一种采煤沉陷复垦地渍涝盐化协同治理工艺

本发明涉及环境治理，特别是涉及一种采煤沉陷复垦地渍涝盐化协同治理工艺。

背景技术：

1、煤炭是我国最重要的基础能源，其中约90%通过井工方式开采。大规模井工开采导致地表大面积沉陷，我国因煤炭开采引起的塌陷地面积已高达233万hm2，并且以每年2.0万-2.67万hm2的速度持续增长。采煤塌陷地大部分原为优良耕地，开采沉陷容易使地表产生坡地、积水、凹凸不平等现象，在雨水、风力等因素的综合作用下，地表产生严重破坏。随着东部矿区煤炭资源开采重点逐步由开采转变为对采煤塌陷地的治理，采煤沉陷区复垦与耕地恢复已成为我国耕地保护和矿区环境修复的迫切要求。

2、在高潜水位矿区，采煤沉陷导致地下水位相对抬升甚至出露地表，加之降雨补给强度大、沉陷微地形汇水和排水不畅的共同作用，复垦地耕作层易出现长期过湿、通气性下降和盐分表聚等问题。现有技术中，已有学者针对高潜水位采煤塌陷区提出通过修建农田排水沟来控制复垦农田地下水位、减少土壤盐渍化影响的技术方案；也有研究提出利用“集水控制工程”对沉陷区水土资源进行综合平衡，通过修建分散的集水坑塘实现水资源的空间调控，解决沉陷地排水不畅造成的耕地质量下降问题。此外，在土壤改良方面，已有技术利用煤矸石、粉煤灰等煤基固废制备土壤改良剂用于矿区复垦，如将煤矸石与磷石膏等原料协同活化处理后用于盐碱地改良。

3、然而，上述现有技术仍存在以下不足：第一，现有技术多将渍涝治理与盐化治理作为独立问题分别处理，缺乏对高潜水位条件下渍涝与盐化协同发生机制的系统识别，难以揭示地下水位波动驱动包气带水盐迁移进而影响耕作层结构和根区盐分环境的内在关联。第二，现有煤基固废调理剂的应用缺乏基于实时监测数据的精准施用决策模型，施用剂量多凭经验确定，难以根据复垦地动态变化的渍涝盐化风险进行精准调控，同时也缺少对调理剂原料安全性的系统评价体系，存在重金属浸出和可溶盐累积的长期环境风险。第三，现有治理方法缺少“监测-评估-调控-验证”的闭环技术体系，难以在有限周期内可靠验证生产力恢复与地力提升效果。第四，现有暗管排水系统的设计参数多为静态取值，未能与土壤水盐动态监测和渍涝盐化风险评估结果形成联动调控。

4、因此，本领域亟需开发一种能够实现渍涝与盐化协同治理、基于动态监测数据进行精准调控、并具备可验证效果的采煤沉陷复垦地治理工艺。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种采煤沉陷复垦地渍涝盐化协同治理工艺，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种采煤沉陷复垦地渍涝盐化协同治理工艺，包括以下步骤：

4、步骤一，监测系统布设与数据采集，在待治理的采煤沉陷复垦地块布设地下水位观测井和土壤多深度传感器，实时监测地下水位埋深、土壤含水率和电导率；定期采集不同深度土壤样品，测定土壤全盐量、离子组成、ph、有机质及养分指标；同步进行微地形高程测量，生成数字高程模型；

5、步骤二，渍涝盐化协同风险评估，基于步骤一获取的数据计算渍涝胁迫指数和盐化胁迫指数，进而构建协同风险指数，对复垦地块进行风险分级；

6、步骤三，煤系固废基复合调理剂的精准配伍与施用，首先对煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏原料进行安全评价，剔除高风险原料批次；然后将安全原料与有机物料和钙基材料按比例复配，制备煤系固废基复合调理剂；根据步骤二的协同风险指数计算优化施用量，将调理剂施用于复垦地块表层并与土壤混匀，施后灌水淋盐并覆盖地膜保墒；

7、步骤四，微地形-排水协同调控，根据步骤一的数字高程模型和步骤二的协同风险指数，在高风险区域实施微地形改造；在复垦地块内埋设排水暗管，并根据土壤饱和导水率、暗管埋深、设计排水时间和地下水位动态计算优化暗管间距；

8、步骤五，双对照体系效果验证，设置正常农田对照区、未复垦障碍对照区和工艺处理区，在作物生长季内定期监测各处理区的地下水位、土壤水盐剖面、土壤结构参数和作物生理指标，收获期测定产量和地力指标，以产量恢复率和综合地力指数提升倍数评价治理效果。

9、优选地，所述步骤一中土壤多深度传感器埋设于地下10cm、30cm、50cm和80cm处，所述地下水位观测井的深度为潜水位以下2-3m；所述定期采集为每半月采集一次0-20cm、20-40cm和40-60cm三层土壤样品。

10、优选地，所述步骤二中协同风险指数的计算公式为：

11、；

12、其中，为渍涝胁迫指数，为盐化胁迫指数，、、为权重系数，通过层次分析法确定，且++=1；<0.3为低风险，0.3≤<0.6为中风险，≥0.6为高风险。

13、优选地，所述渍涝胁迫指数的计算公式为：

14、；

15、其中，为地下水位埋深，为临界地下水埋深，为渍涝响应斜率系数，为前30日累计降雨量，为多年同期平均降雨量；

16、所述盐化胁迫指数的计算公式为：

17、；

18、其中，为土壤饱和浸提液电导率，为作物盐害临界电导率，为重度盐化阈值，、、分别为土壤溶液中na+、ca2+、mg2+的浓度。

19、优选地，所述步骤三中安全评价包括总量风险评价、浸出风险评价、盐分风险评价和农田适用性评价四个维度，原料中重金属总量超过gb 15618筛选值、或浸出浓度超过gb5085.3限值、或可溶盐含量超标的批次予以剔除。

20、优选地，所述步骤三中煤系固废基复合调理剂的优化施用量根据协同风险指数和土壤钠吸附比动态调整，协同风险指数越高或土壤钠吸附比越大则施用剂量越高。

21、优选地，所述步骤四中微地形改造包括抬田模式和垄作模式，所述抬田模式为在汇水区将局部地块抬高30-50cm形成龟背状微高地，所述垄作模式为沿排水方向起垄，垄高20-30cm、垄宽60-80cm。

22、优选地，所述步骤四中排水暗管的优化间距按以下公式计算：

23、；

24、其中，为暗管间距，为土壤饱和导水率，为暗管埋深，为设计排水时间，为土壤有效孔隙度，为给水度，为初始地下水位埋深，为设计排水时间后的目标地下水位埋深。

25、优选地，所述步骤五中综合地力指数的计算公式为：

26、；

27、其中，为第项地力指标实测值，和分别为该指标的最小参照值和最大参照值，为第项指标的权重；所述地力指标包括土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、ph、饱和浸提液电导率和土壤容重。

28、优选地，所述步骤五中产量恢复率为工艺处理区产量与正常农田对照区产量之比乘以100%；验收标准为工艺处理区产量恢复率不低于80%，且综合地力指数较未复垦障碍区提升不低于2倍。

29、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

30、本发明提供的一种采煤沉陷复垦地渍涝盐化协同治理工艺，通过构建渍涝胁迫指数、盐化胁迫指数及协同风险指数实现了渍涝与盐化协同风险的定量评估与动态分级，通过煤系固废基复合调理剂精准配伍与基于协同风险指数的优化施用决策实现了调理剂施用的精准调控，通过微地形改造与暗管排水间距优化计算的联动实现了排水系统的动态优化，通过双对照试验体系与产量恢复率、综合地力指数双重评价路径实现了治理效果的可靠验证，从而有效解决了高潜水位采煤沉陷复垦地渍涝与盐化协同发生难以识别、调理剂施用缺乏精准决策依据、排水系统无法动态响应以及治理效果难以在有限周期内可靠验证的技术难题。