摘要
长期以来，我国是世界上受风蚀危害最严重的国家之一。风蚀现象多发生于我国北方干早半干旱地区。这些地区矿产资源丰富，社会经济发展水平相对落后，经过长期大规模和超强度的矿产资源开发，加之降水稀少、植被覆盖低等自然条件，易受到风力侵蚀的影响。鉴于干旱半干旱地区风蚀现象的多发性以及尾矿重金属污染的危害性，本文以宁夏中部干旱带高风蚀区——某典型铜尾矿库为研究对象，开展尾矿重金属含量特征分析，通过室内风洞模拟实验，模拟不同含水率和不同结皮盖度条件下，尾矿土风蚀特征.参照生态环境部2014年颁布的《扬尘源颗粒物排放清单编制技术指南(试行)》中的堆场扬尘源排放量计算公式以及前人研究得出的尾矿粉尘起尘量与风速的高次方成正比的经验公式估算尾矿扬尘排放量和尾矿风蚀起尘量，在常年风速、风频等气象要素数据的基础上，结合风洞实验数据进行不同含水率、结皮盖度的尾矿风蚀潜力评价，分析尾矿下风向重金属分布判别有无风蚀污染现象，并在风蚀评价的基础上提出一些风蚀防治建议，为后续矿区风蚀防治、污染治理和土地复垦提供一定参考。主要结论如下: (1)通过对尾矿理化性及重金属含量和赋存形态分析，结果表明尾矿pH呈碱性，含盐量高，营养元素含量极低，处于全国第二次土壤普查养分分级标准中的六级标准。土壤机械组成以砂粒为主:Hg、Ag、Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb重金属元素含量的平均值均超出宁夏土壤重金属元素背景值，Cu、As、Cd含量平均值高于背景值和筛选值，Cu、Cd和As有效态平均占比分别为73.68％、24.79％和5.58％，Cu的污染程度及生态风险最高。 (2)通过室内风洞实验模拟了不同含水率和结皮盖度条件下，尾矿风蚀强度随风速变化情况以及对集沙仪收集物进行风沙流结构研究。结果表明:①两种风蚀方案下的风蚀强度均随风速的增大而增大，对风蚀强度和风速进行曲线拟合。发现指数函数能更好拟合风蚀强度随风速的变化情况:两种吹蚀方案中，重新布置床面的风蚀强度均大于累积吹蚀进程的风蚀强度;随着含水率和结皮盖度增加。风蚀强度呈下降趋势。说明增加含水率和结皮盖度可以起到很好的防风效应。②通过对尾矿土不同含水率和结皮盖度条件下输沙量的高度拟合及累积分布发现:尾矿土地表输沙量随着风速的增大而增大;风沙流跃移高度与风速呈正相关，随风速增加输沙量有向高层移动的趋势，同时低风速下跃移高度较低，因为沙粒主要分布在较低的高度，随着高度的上升沙粒浓度衰减速率较大。 (3)尾矿扬尘排放量和风蚀起尘量计算结果表明:①矿山开采时期，尾矿扬尘年排放量范围在270.05～302.98kg/a之间，尾矿扬尘排放量主要由装卸运输过程中引起的扬尘为主，占总扬尘排放量的78.65％～7.21％之间，主要受平均风速变化的影响;矿区停采时期，风蚀扬尘年排放量在范围在2.67-73.46kg之间，风蚀扬尘排放量与最大风速变化趋势一致。②尾矿起尘量范围在11.64～44.792g/s之间，年均风蚀起尘量为19.379/s，变异系数为51.61％，近十三年风蚀起尘量变化为中等变异。研究区2008-2020年期间，平均风速为2.9m/s，大部分时间尾矿砂不会被环境风速所扰动，尾矿库不会产生扬尘。尾矿扬尘风蚀起尘量主要受最大风速影响。 (4)风蚀评价表明①对于结皮盖度，同一风速条件下，随着结皮盖度的增大，风蚀防护率越高，风蚀潜力越小。当结皮盖度50％时，两种方案的风蚀防护率在59.01％以上，风蚀发生的可能性小。对于含水率。尽管10m/s风速下，风蚀强度随含水率的增加而增加，以水分蒸发损失为主.但是低风速下风蚀潜力极小。其他风速条件下，随着含水率的增大，风蚀防护率越高，风蚀潜力越小。②通过风蚀扬尘排放量及起尘量的风蚀评估，结果表明开采时期尾矿风蚀扬尘排放量主要以装卸运输过程排放量为主，而这种过程引起的扬尘进行远距离输送的可行性有限。风蚀扬尘排放量与风蚀起尘量与最大风速有关。根据近十年研究区逐日气象资料绝大多数时间段不会发生风蚀扬尘现象。在风蚀过程中，随着时间的推移，可供吹蚀的颗粒越来越少.不可蚀颗粒的增多，尾矿风蚀扬尘排放量趋于稳定的状态，风蚀起尘量在后续过程中发生的概率逐渐减少。⑤通过对尾矿下风向不同距离周边土壤样品的重金属含量测定发现，九种重金属元素中Cu、As和Cd元素在尾矿中的含量明显高于周边土壤的重金属含量，其他元素无明显差异，Cu元素在下风向有一定积累。As和Cd作为伴生元素，没有表现出含量升高的现象。
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