基于Landsat遥感影像的平庄西露天矿植被恢复效果与归因分析

监测与评估生态脆弱区煤矿排土场植被恢复效果,厘清植被变化的驱动因子,能为排土场植被恢复的可持续发展提供技术和数据支撑。现有的利用长时序遥感数据进行矿区植被变化及其驱动机制的相关研究,缺少对矿区尺度下排土场全生命周期植被恢复的精细刻画,缺乏专题指标以定量描述排土场植被恢复力。针对上述问题,以平庄西露天矿的3个外排土场为研究对象,基于Landsat遥感影像生成了研究区逐年的最大INDV数据,采用时序趋势分析法对排土场植被进行全周期精细时空监测,并利用植被恢复力评价区域尺度植被恢复效果。最后,使用多元回归残差法定量分析气候变化和人类活动两类主要驱动因子对排土场植被变化的影响。实验结果表明:①2008—2023年间,3个排土场的植被指数都呈上升趋势,不同植被覆盖等级的面积比例逐步上升,绝大部分区域已经恢复至露天开采前的水平;②排土场植被恢复力呈现“先增后降再趋于稳定”的特点,山后排土场恢复力最强,其次为三家排土场,太平地排土场恢复力相对较弱;③在植被改善区,主要呈现人类活动主导影响、人类活动和气候变化共同影响2类驱动模式;在植被退化区,还存在气候变化主导影响模式,尤其在三家排土场,人类活动和气候变化共同作用影响较大。

露天矿排土场接种AMF对3种植物根系发育与土壤团聚体稳定性的影响

[目的]探究丛枝菌根真菌(AMF)对植物根系和土壤团聚体稳定性的影响规律,为露天矿排土场生态修复提供理论基础。[方法]对复垦3年的紫穗槐、沙棘、柠条3种植物的对照和接菌样地的土壤理化性质、土壤酶活性、植物根系形态、土壤团聚体稳定性等指标进行采样和测定,并进行相关性分析。[结果]3种植物接菌处理能够显著提高植物根系的平均直径,接菌样地是对照的1.33~2.24倍;在压实土壤条件下,菌丝可能一定程度上代替植物细根系为植物提供水分和养分,使紫穗槐和沙棘样地接菌降低了根系的总根长。接菌显著提高了土壤酶活性,增加了土壤有机质含量,碱性磷酸酶活性最高提高了335.62%,脲酶活性最高提高了44.73%,易提取球囊霉素含量最高提高了82.56%,土壤有机质含量最高提高了64.74%。接菌通过增加土壤有机质含量,提高土壤酶活性等途径,显著增强了土壤团聚体的稳定性,平均重量直径提高了24.14%~34.29%,团聚体破坏率降低了18.25%~24.35%。[结论]露天矿排土场接种AMF能够显著提高土壤生物活性,提高养分含量,促进植物根系发育,从而提高土壤团聚体的稳定性。

内蒙古露天煤矿排土场盐碱化土壤脱硫石膏改良研究

鉴于露天煤矿排土场存在土壤盐碱化、瘠薄化等问题,以煤矿区发电厂废弃物脱硫石膏(flue gas desulphurization gypsum,FGD gypsum)为土壤改良剂,以露天煤矿排土场土壤为盐碱化土壤基质,以内蒙古半干旱区本地植物斜茎黄芪(Astragalus adsurgens)为试验对象,设置两组试验——土壤柱淋溶试验和盆栽试验,探讨不同添加量(0、1、2、3、4 kg/m^(2))的脱硫石膏对排土场盐碱化土壤理化性质改良及土壤肥力提升的效果。结果发现:施加脱硫石膏后,两组试验中的土壤pH值均显著降低,表明脱硫石膏可通过中和作用有效降低土壤碱性;脱硫石膏添加量小于2 kg/m^(2)时,两组试验土壤中Na^(+)、HCO_(3)^(-)含量均随脱硫石膏添加量的增加而降低,说明适量施加脱硫石膏可以提高土壤离子交换作用的活跃程度,使大量的Na^(+)、HCO_(3)^(-)析出到土壤表面,从而降低土壤盐度,即脱硫石膏对盐碱化土壤的改良效果显著;脱硫石膏添加量小于2 kg/m^(2)时,两组试验土壤中速效氮(AN)、速效钾(AK)的含量均随脱硫石膏添加量的增加而显著增加,说明适量施加脱硫石膏可显著增加土壤有效营养元素含量,有利于缓解土壤瘠薄化,提升盐碱化土壤的肥力水平;脱硫石膏添加量为2 kg/m^(2)时,盆栽试验中斜茎黄芪的种子发芽率、株高、根长、生物量、根量及碳氮比均达到最大值,幼苗成活率接近最大值,表明脱硫石膏改良露天煤矿排土场盐碱化土壤效果显著,2 kg/m^(2)是脱硫石膏的最适宜添加量。

半干旱地区露天矿排土场复垦对土壤物理性质的影响

为研究露天煤矿排土场复垦对土壤物理性质的影响,以内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗黑岱沟露天矿排土场平台为研究对象。针对矿区自然地貌(ZR)、未复垦的排土场(WF)与复垦5年排土场(FK)0—60 cm土层土壤物理性质的差异,运用方差分析、主成分分析等方法研究复垦对排土场土壤物理性质的影响。结果表明,未复垦排土场的土壤容重和砾石含量均显著高于复垦排土场和自然地貌,而土壤含水率、饱和含水率和田间持水量均低于复垦排土场和自然地貌,其中田间持水量显著低于复垦排土场和自然地貌。相关性分析和回归方程拟合分析发现,土壤砾石含量影响土壤容重和持水保水性能。复垦使排土场土壤容重及砾石含量呈降低趋势,而土壤含水率、饱和含水率、田间持水量呈升高趋势;随着土层深度的增加,排土场土壤容重、含水率、饱和含水率呈升高趋势,而田间持水量和砾石含量呈降低趋势。复垦排土场40—60 cm、自然地貌40—60 cm、复垦排土场20—40 cm土层土壤的综合评分分别排第1、2、3位,说明排土场复垦能够在一定程度上改良土壤、优化土壤质地,并在复垦5年情况下对土壤的改良深度可达60 cm。以上研究结果对矿区复垦工作具有一定指导意义。

锡林浩特露天煤矿排土场不同恢复措施植被群落特征分析

有效的排土场植被重建会有利于矿区及周边生态功能的恢复,不同措施植被恢复效果不同。以锡林郭勒盟胜利煤田西二号露天煤矿外排土场为研究对象,于2007年开始进行修复工作,本研究对排土场恢复第13年3种不同恢复措施下的植物群落进行调查。其中,3种不同措施分别为生物笆覆盖措施(简称SW)、沙障覆盖措施(简称SZ)和人工条播措施(简称RT)。不同措施坡面同时分为坡上(PS)、坡中(PZ)、坡下(PX)和平台(PT)4个高度。结果表明:(1)覆盖措施恢复效果明显,物种多样性显著高于RT措施,其中SW措施效果较好。(2)同一措施下各高度中,PT恢复效果最好,坡度对于植物生长存在一定影响。(3)一年生草本植物芸薹(Brassica rapa var.oleifera),多年生草本植物披碱草(Elymus dahuricus),灌木植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、柠条锦鸡儿(C.korshinskii)对于胜利煤田矿区排土场生态环境适应性较好。

西南地区生产建设项目弃渣场水土保持现状

对西南地区217座处于堆弃过程中的弃渣场进行实地调查,从选址、堆置形态、水土流失防治现状等方面开展深入分析,探究弃渣场的人为水土流失现状特征。调查发现:①西南地区弃渣场选址多位于坡地、沟道等基底坡度较大区域,主要采取不规范的推进式自上而下堆置方式弃渣,渣体形态演化可依次分为依坡倾倒堆置形态(Ⅰ阶段)、单级松散边坡强碾压坡顶平台堆置形态(Ⅱ阶段)、多级松散边坡堆置形态(Ⅲ阶段);②Ⅱ阶段末期和Ⅲ阶段初期的局部过载、分级扰动、植物建植期是弃渣流失的主要阶段;③弃渣过程中仅拦挡措施实施的时效性及完成程度相对较高,截排水、苫盖、植物措施等易被忽视。研究成果可为弃渣场的综合管理和水土流失防治提供科学依据。

半干旱区露天矿排土场不同植物水分利用策略的季节变化

[目的]探究旱雨两季不同植被配置模式下苜蓿与沙棘的水分来源,为矿区植被恢复提供理论依据。[方法]以内蒙古自治区鄂尔多斯市满来梁煤矿排土场平台为研究区,采用稳定同位素技术,采集研究区内3种植被配置模式下植物木质部样品、土壤样品、降水样品,分析其氢氧稳定同位素组成。[结果]①随着雨季的来临各样地土壤含水率均呈现增大的趋势,纯沙棘地由旱季的6.56%增长至9.88%,纯苜蓿地由7.94%增长至9.15%,混交地由9.4%增长至15.45%。②旱季不同植被配置模式下苜蓿与沙棘主要利用80-100 cm土壤水作为其水分来源。而雨季随着降水对土壤水的补充,土壤含水率增大,各类植被吸水深度发生上移,主要集中于20-60 cm处。[结论]植被不同配置模式下苜蓿与沙棘在旱雨两季水分来源大不相同,旱季二者主要集中于深层土壤,雨季吸水深度上移且吸水范围增加。雨季混交情况下沙棘为避免资源竞争会选择深层土壤水作为其主要水分来源。

西部露天煤矿区排土场植被恢复关键性限制因子分析

矿产和土地组成了一个包含自然、经济与社会各方面的综合体系,构建了一个广阔的生态系统。因此,矿区的地质环境保护及土地复垦不仅是一项涉及生态修复的重要工程,也是保持这一复合生态系统平衡的关键任务。这些活动在地质环境的保护和土地复垦方面带来的生态效益是非常明显的,如果不进行地质环境保护与土地复垦,矿区生态环境遭到较大的损毁,所以对损毁土地进行复垦,是矿区环境综合治理工程最重要的组成部分。

特大洪水流量下沟道型弃渣场水土保持措施设计探讨

抽水蓄能电站项目扰动地表面积大,土石方挖填数量大,产生弃渣量大,通常设置的弃渣场规模等级较高,因此弃渣场的规划设计是水土保持工作的重点和难点。根据国家水利部最新文件及相关标准规范要求,以陕西曹坪抽水蓄能电站下库弃渣场为例,结合渣场自然条件分析探讨弃渣场选址、堆置方案选择、排洪方案比选及水土保持措施设计,结果可为同类型工程提供借鉴。

新鑫露天煤矿边坡稳定性分析及建议

为适应内蒙古自治区淘汰落后产能促进煤炭产业优化升级的政策,保障煤矿安全生产,原新鑫煤矿通过扩大生产规模,提高资源储量回收率,将原井工开采改为露天开采。基于井田地质特征,以矿井内采掘场与排土场的边坡为研究对象,通过构建边坡滑坡模型,经过理论分析和计算,得出新鑫露天煤矿的滑坡模式为“张裂缝—圆弧型滑坡”的边坡滑落形态;井田内最大深度75 m的边坡稳定系数为1.312,满足安全储备系数的要求;边坡角18°,排土场排弃高度60 m和80 m的稳定系数分别为1.342和1.308;煤层在岩层中属弱层,露天煤矿生产中应将采矿、边坡、地下水疏干、地面防排水、地表位移监测、地下位移监测纳入到动态工程地质勘探中实施动态评价,可时刻掌握边坡情况。

露天矿内排土场顺倾软弱基底分段处理研究

露天煤矿内排土场的软弱基底是影响内排土场边坡稳定性的关键因素,为了提高内排土场边坡稳定性,基于二维刚体极限平衡法和数值模拟方法,对内排土场软弱基底进行分段处理,分析了15种不同处理方案的边坡稳定性。结果表明:基底分段处理位置对边坡稳定性的影响显著,基底处理位置越靠近到界边坡坡脚,边坡稳定性越高;随基底处理长度增加,边坡稳定系数逐渐增大,呈对数函数关系;以Fs/n为评价指标,确定了经济合理的基底处理方案,进而提出了一种顺倾软弱基底的分段优化处理方法。数值模拟结果揭示了基底处理后边坡变形破坏机理,明确了基底处理后边坡的潜在破坏模式为切层-顺层或切层-顺层-鼓胀。研究成果对软弱基底内排土场边坡稳定控制具有一定的理论指导意义和实际应用价值。

露天煤矿内排土场填方体变形规律研究

为了合理地优化元宝山露天煤矿内排土场填方体与英金河改选河道位置的安全距离,开展露天煤矿内排土场的沉降变形规律研究。采用定常伯格斯(Burgers)蠕变模型对排土场填方体细粒土质砂蠕变参数进行反演,应用有限差分软件FLAC^(3D)对内排土场排水垫层砂砾石土蠕变参数进行反演,同时利用FLAC^(3D)对内排土场填土过程进行数值模拟。结果表明:在整个排土过程中,排土场的沉降位移随着时间的延长而增加,在前0~2 a内,沉降位移增加速率较快,在2~4 a内,其增加速率出现减小,而在4 a以后趋于稳定;在细粒土质砂参数反演过程中,在蠕变过程的衰减蠕变阶段,数值计算与现场监测结果差距较大,而在稳态蠕变阶段,数值计算和现场监测值相一致;填土高度对排土场填方体的沉降量及其达到稳定的时间具有影响,填土高度越大,工后沉降量越大,所需达到稳定的时间越长;填方体推进位置对排土场的沉降位移具有较大的影响,合理地优化填方体与河道安全距离可以缩短排土时间。

露天煤矿排土场疏干水灌溉中草药试验研究

为了探究露天煤矿排土场灌溉疏干水种植中草药的可行性问题,采用室内发芽试验和大田试验的方法,在鄂尔多斯市武家塔露天煤矿排土场,以疏干水为灌溉水源种植黄芪和甘草,开展种子萌发、生长发育、药材品质、经济效益等方面的研究。结果表明:煤矿疏干水不存在有毒物和重金属超标,但总盐分含量超标25%。随着浇灌疏干水次数的增加,黄芪和甘草种子萌发的影响也逐渐增大,当浇水超过3次,使盐浓度超过0.75%时,会显著抑制种子的萌发。采用少量灌溉+施用保水剂的方法可以保障大田试验区黄芪和甘草植株能够正常生长发育。露天煤矿排土场地块孤立、干燥多风的环境抑制了病虫害的传播。黄芪和甘草药用根品质符合标准,可以作为药材安全使用。露天煤矿排土场利用疏干水灌溉黄芪和甘草具有一定的经济效益。研究成果为矿区产业结构调整提供了一种生态效益和经济效益双赢的模式。

灌区弃渣场设计及稳定性分析研究:以潞江灌区工程为例

弃渣场稳定运行在水利工程施工过程中至关重要。高速公路、水利水电枢纽、灌区等生产建设项目,在建设过程中大量开挖的岩土体在工程回填中往往存在较大的冗余,这将导致在工程建设时通常会产生大量废弃无用渣土,弃渣场中堆积的工程弃渣结构松散,极易因环境因素或自重因素等发生滑动失稳,可能引发严重地质灾害。结合灌区工程特点,对弃渣场设计考量因素及弃渣堆积体稳定性分析进行研究,通过摩根斯顿-普赖斯法,对潞江灌区工程涉及弃渣场的边坡稳定和挡渣墙的抗滑、抗倾覆及地基承载力稳定安全系数进行计算,以保证弃渣场在工程建设中的稳定安全,服务于潞江灌区工程水土保持工作,为同类工程弃渣场的规划设计及施工维护提供经验对比和设计参考。

水文融合的草原露天矿内排土场地貌重塑优化

草原露天煤矿内排土场地貌受采-排-复活动中塑形方式与土方量等因素影响,面临景观破碎、水土流失等生态环境问题。在现有工艺与团队已有成果上,为进一步实现矿区重塑地貌与周边水文相融,构建基于水文保留曲面(HPCS)的采复子区划定优化模型,以新疆黑山露天矿内排土场为例,构建优化后的HPCS下近自然设计地貌(MNNDL_HPCS)为实验组,NNDL_HPCS、原始自然地貌(PNL)和传统设计地貌(TDL)3者为对照组,结合空间叠加分析与地貌演化模拟技术,评价MNNDL_HPCS在水文融合、土方调配与土壤抗水蚀3方面的优化效果。结果表明:(1)采复子区划定上,MNNDL_HPCS内除开采子区位置划定调整外,其余区域位置保持不变;(2)水文融合上,以PNL为基准,MNNDL_HPCS视觉效果最优,并在水文沟道空间重叠率和水文融合率指标上,分别较NNDL_HPCS与TDL高52.84%和7.04%,与66.66%和18.11%;(3)土方调配上,MNNDL_HPCS土方平均运距较NNDL_HPCS缩减约0.98 m/m^(3),较TDL高约4.93%,土方运移成本较优化前略有降低;(4)土壤抗水蚀能力上,MNNDL_HPCS较PNL、NNDL_HPCS和TDL的10年可分别减少约31.65%、56.86%和80.59%的土壤水蚀总量,其中平均坡度缓和(0.28°)是MNNDL_HPCS土壤抗水蚀优于PNL的主因,其通过HPCS模型内坡度缓和优化模块实现。研究成果可助于恢复研究矿区内原径流通道和原地貌与景观,提高矿区生态修复稳定性。

某排土场Geostutio邓肯张模型和FLAC^(3D)摩尔库伦模型计算结果对比

为了研究软件的适用性,本研究提供了Geostudio软件的分析结果和FLAC^(3D)的分析结果对比。针对某排土场稳定性问题,采用Geostudio软件的有限元法邓肯张模型和FLAC^(3D)摩尔库伦模型分别计算分析,然后采用Geoslope进行基于有限元计算应力的极限平衡法进行边坡最小安全系数计算,和采用FLAC^(3D)强度折减法进行边坡最小安全系数计算,然后对计算结果进行了比较,得到了如下初步结论:有限元法邓肯张模型计算结果能够比较准确给出排土场拉应力出现部位从而正确预测张拉裂缝灾害的发生,而在这方面FLAC^(3D)计算结果没有实现;基于有限元法邓肯张模型应力计算的极限平衡法的稳定性安全系数计算结果小于FLAC^(3D)计算模型的强度折减法计算结果。

基于SPSS的露天矿排土场边坡稳定性影响因素分析

为分析影响露天矿排土场边坡稳定的因素及其对边坡稳定性的影响程度,以白音华1号露天矿外排土场为研究背景,应用极限平衡理论的方法,对边坡岩体参数进行敏感性分析,并采用正交试验法,研究基底倾角、边坡角度、边坡高度、软弱夹层距基底面距离4个因素对边坡稳定性的定量影响。研究结果表明:排弃物的内摩擦角、容重和接触面的内摩擦角对外排土场边坡稳定性的影响十分明显,建议对下部接触面进行拉沟处理或灌浆加固处理以提高边坡稳定性;正交试验得出对外排土场边坡稳定性的影响程度从大到小依次为基底倾角、边坡角度、边坡高度、软弱夹层距基底面距离,采用变异系数计算得到0.3%为最佳试验水平结果。研究结果可为外排土场边坡稳定控制提供参考与借鉴。

星站差分在海洋倾倒区水位测量中的应用

针对目前传统抛投验潮仪及常规GNSS方法在海洋倾倒区水位测量中存在的问题,提出了基于星站差分技术的海洋倾倒区水位测量的思路,对OmniSTAR系统进行收敛时间及高程精度测试,并在营口、锦州倾倒区进行应用试验。结果表明,OmniSTAR系统经过25 min收敛,高程定位精度能够达到厘米级;OmniSTAR水位测量结果与验潮仪水位保持了较好的一致性,锚定状态下的水位测量结果优于在航水位,在2级海况下,精度能够达到一般精度指标要求,验证了星站差分系统在海洋倾倒区水位测量的可行性,达到3级海况时,在航水位存在误差较大情况。

基于FEM的改良煤矸石边坡稳定性分析

煤矸石是煤矿开采后的固体废物,堆积后的煤矸石排土场持续影响矿区生态,其边坡稳定特性受到广泛关注。本文以宁夏宁东某矿区生态实施修复重建的煤矸石边坡为例,对边坡结构进行改良,构建基于水土保持特性的改良煤矸石边坡,构建草植层、渗流层和过滤层的分层边坡结构,可以提高边坡稳定性,初步满足土地复垦需要。基于FEM建立了改良煤矸石边坡数值模拟模型。数值模拟结果表明,在平面应变试验条件下,会产生“X”型剪切带,剪切带的发育程度与围压及应力水平相关;改良煤矸石边坡失稳易发生在边坡坡脚处,在剪应力与水平力共同作用下,会发生较大的变形,产生较大位移;持续降雨对改良煤矸石边坡的影响较小。研究结果为矿区改良煤矸石边坡稳定性实践和矿区生态环境安全提供了参考。

接菌对根土复合体抗剪拉作用机理及其矿山生态修复潜力

煤炭开采形成了露天排土场和井工沉陷地,改变了原始地貌和生态。露天排土场边坡不稳易水土流失造成滑坡剪切植被根系,井工沉陷致使地裂缝发育拉伤植物根系,因而矿山生态修复的关键之一是增强植物根系的抗剪切和抗拉伤性能。微生物复垦具有改善土壤理化性状、促进植物根系发育和抗逆境等功能,接菌对根土复合体抗剪切和拉伤的作用对于揭示其矿山生态修复机理奠定了基础。人工修复后,植物根系与土壤形成根土复合体,可大幅增加土体的抗剪强度,增强浅层土体的稳定性,有效降低了露天排土场边坡水土流失和缓解了根系拉伤。丛枝菌根真菌(AMF)和深色有隔内生真菌(DSE)两种微生物在根际普遍存在,与根系形成的菌根共生体和根际土壤黏结在一起成为根菌土复合体,其抗剪切作用机理及影响因素目前研究较少。因此,本文针对根土复合体的力学特性及影响因素、接菌后对根土复合体抗剪切影响及在煤矿区生态修复潜力进行综述,同时结合试验数据分析得出,联合接种AMF和DSE可显著提高了植物地下生物量、土壤黏聚力、根土复合土体的抗剪强度。微生物复垦技术不仅提高人工修复植被成活率及抗逆性,还可增强抗剪切或抗拉伤等力学特性,对于矿区生态修复具有重要的应用潜力。