论露天矿区近自然生态修复

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上,①提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。②近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础,包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置,以及近自然的植株空间布局等。③实践分析表明,露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。

北方防沙带大型露天煤矿区生态保护与修复技术

北方防沙带是我国防治沙化和荒漠化的关键地带,是“三北”工程的核心区,区内土壤贫瘠、风速大、干旱缺水、植被稀少、生态恢复力低,而大型露天煤矿开采与生态保护矛盾突出,直接影响区域生态安全和国家能源保供,迫切需要开展大型露天矿区生态保护修复研究。针对北方防沙带大型露天煤矿区开采引起的土地破坏、扬尘起沙、水位下降、土壤沙化、植被退化等问题。以北方防沙带面积和露天煤炭产量占比均最大的内蒙古的大型露天煤矿区为研究区,秉承“减损开采-立体保水-造土活土-系统修复-集成监管”的研究思路,揭示大型露天矿岩土损伤-生态退化传导机理、生态减损开采机制、重建生态自维持机制,研发生态保护型减损开采、生态化设计、水资源保护与综合利用、抗侵蚀地貌重塑、排土场活土层精细重构、土壤改良与提质增容、菌-藻-草联合修复、生态系统退化监管等关键技术,形成适合北方防沙带露天煤矿区生态保护与修复技术体系,建成大型露天矿区生态保护修复集成示范区。创建低成本、高效率、可持续、可复制的大型露天矿区生态保护修复模式,为保障我国北方防沙带大型露天矿区科学开采与生态安全提供支撑,实现煤炭开发能源保供与生态保护相协调、“开发金山银山,再造绿水青山”的目标。

草甸草原植物beta多样性高光谱遥感估算方法

目前,全球生物多样性的状态非常堪忧,因此,利用光谱技术估算生物多样性成为了生态学家和遥感学家共同关注的热点。目前关于植物alpha多样性的研究很多,而关于beta多样性的研究较少,仍存在一些问题值得去探索。为了探究利用遥感技术估算植物beta多样性的最佳光谱指数以及最佳影像空间分辨率,以草甸草原为研究区,基于无人机高光谱遥感影像,从光谱距离、光谱角度、生物多样性概念三个方面计算了6种beta多样性估算指数(4种为我们构建的新指数,2种为已有的指数),并采用Mantel tests和相关系数筛选最佳的光谱指数。然后将筛选出来的指数应用于不同空间分辨率的影像,以期得到最佳观测尺度。另外,为了提高指数的估算能力,对比了一阶导数变换和Savitzky-Golay滤波两种光谱变换方法,以及相关系数法、连续投影法、竞争性自适应重加权法三种特征波段选择方法。结果表明,不论是采用亚尺度观测(像元大小<样方大小)还是等尺度观测(像元大小=样方大小),最佳的光谱指数均为光谱距离指数,且光谱距离指数在不同影像空间分辨率下均表现良好。在草原地区,当影像空间分辨率约为0.25 m时,该指数可以取得最佳的估算结果。经一阶导数变换并用相关系数法提取特征波段后构建的光谱距离指数与beta多样性拥有最强的相关性,今后可利用该指数构建估算模型或者直接表征beta多样性。该研究对于科学的选取光谱指数和影像空间分辨率去估算植物beta多样性具有一定的指导意义。

草原煤电基地景观生态恢复技术策略

近些年,位于中国生态安全“两屏三带”的东部草原煤电基地出现了景观破碎化、草场退化、水土流失等生态环境问题。本文旨在探讨如何利用景观生态学、恢复生态学原理,通过修复、创建或重组等手段调整景观组分与空间格局,实现草原煤电基地生态恢复从土壤重构、植被重建等传统单一生态环境要素修复,向生态系统结构及其生态功能恢复方向拓展,以维持区域生态系统的稳定性。以生态系统之间的结构、功能与过程恢复为核心的景观生态恢复则是煤电基地生态安全格局构建的关键途径。对当前矿区景观生态学的研究不足进行了分析;以我国东部草原煤电基地内的胜利矿区和宝日希勒矿区为例,通过现场调查、多源遥感监测与数值模拟等手段,分析了草原煤电基地由于大规模地形地貌以及土地利用变化导致的主要景观生态问题;提出了草原煤电基地景观生态恢复的关键技术策略,以及在矿区景观生态恢复技术实施过程中的设计与应用案例,为其他类似露天矿区的景观生态恢复提供新的技术方法参考。提出的主要技术策略包括:在宏观尺度上识别与构建草原煤电基地生态源地、生态网络等关键景观组分,结合地貌重塑与生态廊道构建露天矿区景观生态格局的立体优化策略;针对内外排土场景观斑块等重要部位,分别通过大型异构排土场的水土物质流途径识别,构建外排土场水土资源调控系统的策略,以缓解外排土场水土流失与地质稳定性问题;并构建内排土场全生命周期近自然地貌重塑策略,以提升大规模内排土场与周边自然草原景观基质及地表水文系统的融合度。

开采沉陷对关键土壤物理性质影响的相似模拟实验研究

开展了针对沉陷移动变形对土壤物理性质影响的三维相似材料模拟实验研究,主要包括实验装置设计、相似常数分析、相似材料配制与铺设等关键内容,并分析了沉陷变形对土壤水分、土壤密度这两个关键土壤物理参数的作用规律。结果表明:为克服现场土壤取样客观存在的空间异质性问题,利用相似材料模拟实验研究开采沉陷对地表土壤关键物理性质的影响规律是可行性的;开采沉陷降低了整个沉陷区的土壤含水量,并增加了其空间离散程度;拉伸区土壤水含量受沉陷变形影响最为明显;土壤含水量降低程度与地表移动变形值具有较好的自然对数模型关系;开采沉陷同时也增加了沉陷区土壤密度的离散程度,在压缩区增大土壤密度,在拉伸区降低土壤密度,且土壤密度降低程度与水平变形值呈较好的负相关关系。

论引导型矿山生态修复

“以自然恢复为主,与人工修复相结合”作为生态修复的基本原则,其引出的关键科学问题是,如何认知并利用自然恢复能力、如何协同人工干预与自然恢复。重点讨论分析了引导型矿山生态修复的基本原理和技术框架,以破解人工干预和自然恢复之间的争议和困惑,更好地处理2者之间的关系。引导型矿山生态修复的关键问题就是明确何时干预、何处干预、如何干预、干预到何种程度。引导型矿山生态修复强调了人工干预的针对性、及时性、持久性和有效性,以减少人工过度修复的人力、物力成本和能量消耗,是符合“双碳”目标的。分析表明,引导型矿山生态修复的主要理论基础是生态系统的抵抗力和恢复力。引导型矿山生态修复的技术框架包括矿山生态问题诊断、引导修复方向的判定、引导修复的关键对象或区位的确定、引导修复的合理程度或生态阈值的识别,以及修复技术措施筛选与实施等主要内容。生态修复的本质是对生态关系的修复,因此,矿山生态关系、过程、规律感知是引导修复的前提;障碍性和限制性影响因子和景观格局过程是引导修复的主要对象;生态阈值和生态参数的调控是科学引导的关键。引导型矿山生态修复模式的修复目标和对象明确、干预程度合理,能有效降低修复成本、提升矿山生态系统自维持能力,符合自然恢复和人工修复相结合的理念和现实需求,是传统人工干预修复模式的发展升级,可以在矿山生态修复工作中进一步研究和应用推广。

西部干旱区煤炭开采环境影响研究

大规模煤炭资源开采与干旱脆弱生态环境的空间耦合将会诱发日益严峻的社会、环境问题。分析了我国西部干旱区煤炭地下开采对植被、土壤水、地下水、土壤等关键环境要素影响的研究进展与不足;指出现有研究主要以单一环境要素、局部尺度为主,缺乏多尺度综合的环境要素协同损伤规律与井上下联动响应机理等基础研究。因此,现有成果还无法满足指导煤炭开采技术改进与控制环境损伤的需要。建议从井下到井上,从工作面、矿井、矿区、流域多尺度综合实现地空一体化同步监测,加强对西部干旱矿区各关键环境要素的协同损伤规律研究;加强对井上下环境要素对开采地质条件响应机理研究;建立不同开采条件、不同评价尺度下,矿区开采环境损伤的评价与预测模型。

基于SuperMap Objects的农用地定级系统设计与开发

研究目的:基于GIS进行农用地定级系统的设计与开发,解决现有农用地定级系统中存在的一些问题。研究方法:系统分析法、实证比较分析法。研究结果:指出了现有农用地定级系统中存在的三个问题,提出了系统设计原则、系统的功能设计、数据处理流程设计、数据组织结构设计以及对进一步开发农用地定级系统的建议与展望。研究结论:本系统成功地应用于安徽省宿州市桥区农用地级别的划分,该系统可靠,稳定,适应性较强。

Improved spatial resolution in soil moisture retrieval at arid mining area using apparent thermal inertia

A surface soil moisture model with improved spatial resolution was developed using remotely sensed apparent thermal inertia（ATI）.The model integrates the surface temperature derived from TM/ETM＋ image and the mean surface temperature from MODIS images to improve the spatial resolution of soil temperature difference based on the heat conduction equation,which is necessary to calculate the ATI.Consequently,the spatial resolution of ATI and SMC can be enhanced from 1 km to 120 m（TM） or 60m（ETM＋）.Moreover,the enhanced ATI has a much stronger correlation coefficient（R^2） with SMC（0.789） than the surface reflectance（0.108） or the ATI derived only from MODIS images（0.264）.Based on the regression statistics of the field SMC measurement and enhanced ATI,a linear regression model with an RMS error of 1.90%was found.

荒漠矿区关键环境要素的监测与采动影响规律研究

为研究地下煤炭开采对荒漠区脆弱环境的影响规律,选择植被、水体(土壤水、包气带水、地下水)作为荒漠矿区的关键环境要素,以具有代表性的神东矿区为研究区域,集RS、GIS、GPR、现场调查等多种技术手段,多尺度监测研究关键环境要素的时空演变规律,并在监测技术与采动影响规律方面取得了以下成果:在宏观尺度上,利用MODIS-NDVI(250m/km)实现了区域植被的2000—2005期间的月际时序监测分析,以及与气温、降水等气象因素的关联分析。结果表明,研究区植被仍具有明显的物候年周期性,植被与气象因素具有明显的相关性,其中植被对降水变化的响应最为敏感。总体来讲,矿区植被呈现出区域性变化,近年来开展的生态建设影响,使得植被有明显好转,空间变异性增强。然而小尺度的植被现场调查与Landsat-NDVI监测表明,地下开采导致了部分矿井采区植被相对非采区小幅下降。为解释采矿对植被的影响规律,对矿区浅层土壤含水率进行了遥感定量反演。研究表明,相对于土壤反射率、土壤湿度、地形湿度指数,土壤含水率与表观热惯量之间具有更加显著的相关性。通过改进的土壤温度预测模型,建立了适用于TM或ETM+的土壤温差转换模型。利用该模型能更准确地提取任意深度的土壤温差信息,这比单纯利用MODIS影像能提取更高分辨率的表观热惯量。改进后的表观热惯量与10cm埋深土壤含水率的R2由0.264提高到了0.789。从而实现了基于表观热惯量法与TM/ETM+、MODIS影像相结合的土壤含水率高分辨率反演。反演结果与现场调查一致发现,受地表沉陷影响,采区土壤含水率均略偏小于非采区,该现象在风沙区更加明显。对补连塔工作面上方地下水采前、采中、采后的长期观测表明,采矿对地下水具有显著的负面影响,且采后地下水的恢复过程缓慢。但是,该工作面上方植被并没有明显衰退,其原因在于,通过探地雷达(GPR)对包气带土壤含水的垂向分布研究给出了风积沙区地下水的临界作用埋深为8m,而该工作面的初始水位(约30m)埋深远远大于临界埋深。因此,采后地下水位大幅降低并不会引起地表植被生长的明显变化。此外,结合GPR与开采沉陷预计理论对沉陷变形影响下的包气带土壤含水的横向分布规律进行了分区研究,分析了土壤压缩、拉伸变形对包气带土壤含水分布的影响规律,指出今后沉陷变形区土壤特性的实验研究应分区进行。最后,根据对矿区植被、水体的地空一体化监测结果,给出了植被与土壤水的负倒数关系模型,地下水与土壤含水、植被的指数关系模型,以及地下水深埋区植被受采动影响的判别模型,并提出了适用于荒漠矿区资源环境协调开采的建议与措施。

北方大型露天矿区土壤有机碳库扰动与恢复研究

大规模露天煤矿开采严重扰动了矿区地形地貌和土壤碳循环过程。露天矿区土壤有机碳恢复提升符合“双碳”目标,对土壤肥力改善和生态系统自维持具有重要意义。为揭示露天采矿引起的土壤有机碳库的损失扰动特征,掌握矿区土壤有机碳恢复的影响因素及其提升策略,以我国最大的露天煤矿群准格尔矿区为研究区域,通过哨兵二号遥感影像提取了采损区域,采用了149个土壤采样和统计插值、影响因素回归分析等方法。研究结果表明,半干旱地区露天矿排土场矿山土与自然土壤的理化性质、生物活性等都具有明显差异,缺少自然表土覆盖的新复垦排土场矿山土有机碳含量极低,平均为0.19%;由于自然表土剥离不规范,无序混排等,据测算该区域表层土壤有机碳损失累计超过62万t;回归分析表明影响矿山土有机碳的恢复的因素依次是全氮(0.559)、复垦年限(0.225)和植被NDVI(0.172);调查表明复合植被恢复模式的土壤有机碳含量显著高于单一植被恢复模式,其中沙棘、苜蓿、草木樨构成的草灌群落土壤有机碳含量接近自然土壤。在单一植被恢复模式下,土壤有机碳含量恢复表现为:以沙柳等为主的灌木>以油松等为主的乔木>以火炬树等为主的小乔木>以紫花苜蓿等为主的草本植物。排土场复垦区平台和边坡土壤有机碳含量随时间变化不断增加,复垦年限5年后矿山土有机碳快速提升。排土场矿山土有机碳的持续提升是排土场生态修复成功的关键;控蚀保肥、添料增碳、植被汇碳、保护性耕作等措施是露天矿区排土场矿山土有机碳提升的主要技术途径。

农用地定级中区位因素定量化存在的问题及其改进

通过介绍目前农用地定级工作中区位因素定量化处理的一般方法,分析了目前区位因素定量化过程中存在的问题,如空间距离量算、阻隔与通道、衰减模型、定级区域外的区位因素影响等,并提出了相应的改进措施,以使定级结果尽可能的符合实际。

探地雷达与3S技术集成研究

对目前探地雷达(GPR)工作在空间信息质量低、数据管理单一以及应用低效等方面存在的问题进行总结,指出应将GPR与3S技术集成起来才能较好解决上述问题。在对GPR与遥感、全球定位系统、地理信息系统集成应用的优势与方式作详细阐述之后,给出基于3S技术的GPR数字化采集、处理、管理信息系统的构建模式。

常用GIS软件三维功能分析

对三维GIS功能体系进行总结,介绍目前国内外最常用的四种GIS基础软件的三维功能。同时对每种软件不同版本的三维功能进行了比较。最后对当前GIS基础软件三维功能的发展、应用现状、异同点以及存在的问题进行了分析。

农用地定级系统开发中对区位因素定量化的思考

本文介绍了目前农用地定级工作中区位因素定量化处理的一般方法。针对目前区位因素定量化过程中存在的问题,如空间距离量算、阻隔与通道、衰减模型、定级区域外的区位因素等,提出了相应的改进措施,以使定级结果尽可能的符合现实。

基于AD590组成的温度测量电路及应用

AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。由于该器件具有良好的线性特性和互换性,因此测量精度高,并具有消除电源波动的特性。通过分析AD590的基本结构、主要性能以及基本工作原理,介绍了该器件在温度检测中的广泛应用。

基于CD4046构成的PLL及应用

CD4046构成的PLL在通信、频率处理、自动控制等技术领域中应用较为广泛,正确理解CD4046对掌握电路基本组成、原理及应用,对处理实际工程问题有很大帮助。

混频电路的应用及分析方法

本文通过对混频电路的组成、工作原理及分析、阐明了混频电路的学习和分析方法 ,结合实用电路 。

应用电子技术专业实践教学改革探索

实践教学是高职高专院校学生从理论学习走向工程实践的一个重要环节。本文就现有课程实验、生产实习、专业实习、技能实训、课程设计以及毕业设计各实践环节的教学内容,教学手段,教学方法和实践考核方式进行改革和实践,从而全面培养学生的工程实践能力和创新能力,实现理论学习与工程实践紧密结合,达到专业的培养目标。

浅谈T型和S型接线器教学策略

T型和S型接线器是程控交换技术的基本交换器件,正确理解接线器的任务、组成、工作方式和工作原理,对学习和分析电话通信网、程控交换机是非常有益的,特别对于电信网工程设计和维护打下良好的基础。