耦合多因子的地表生态状况指数在干旱半干旱区露天矿的应用效果评价

矿区生态环境遥感动态监测是指导绿色矿山建设和生态恢复的重要基础。耦合绿度、热度、干度、湿度、亮度多种生态因子的指数,如遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)、地表生态状况组成指数(Land Surface Ecological Status Composition Index,LSESCI)具有可视化、可扩展等优势,已被广泛用于矿区生态环境监测中,但地表生态状况指数在不同景观条件和露天开采模式下表征矿区生态环境的适宜性及差异性尚不明确,并且研究区多为单一矿区易忽略因生态环境背景差异导致的区域异质性。因此,以新疆位于不同生态功能分区以及地形条件下的金宝铁矿区、黑山煤矿区和乌拉根锌矿区为研究区,基于长时间序列Landsat遥感影像提取绿度、热度、干度、湿度、亮度生态因子耦合构建LSESCI、RSEI、改进遥感生态指数(Modified Remote Sensing Ecological Index,MRSEI)及标准化遥感生态指数(Standardized Remote Sensing Ecological Index,RSEIs)4个地表生态状况指数,结合土地利用数据和DEM数据,通过相关性分析、缓冲区分析、滑动滤波、Sen+MK等多种方法综合分析,揭示了基于卫星遥感数据反演获取的地表生态状况指数表征不同生态功能区露天矿地表生态状况性能的差异性。结果表明:(1)不同地表生态状况指数与绿度、热度、干度、湿度、亮度各生态因子的平均皮尔森相关系数达到0.6以上,其中RSEI指数对各生态因子拟合程度最好。(2)结合土地利用数据和DEM数据,LSESCI指数能够有效区分位于山前冲洪积扇区的金宝铁矿露天采区和原地貌裸土及山间谷地,不会过低估计生态环境质量,能够反映露天开采对生态环境的影响范围。对于原地貌有低覆盖植被且存在土地盐渍化的研究区,如黑山煤矿区和乌拉根锌矿区,相比MRSEI和RSEIs指数,RSEI指数与湿度、热度等生态因子相关性更高,不会低估研究区的生态环境质量。(3)基于Sen+MK时间序列分析算法和最优指数,对2005—2020年各矿区的生态环境时空变化特征进行了分析,露天开采对研究区内生态环境质量“良”和“优”的土地影响不大,通过露天开采占用、挖损的土地主要为生态环境质量“中”的土地。相比黑山煤矿区,金宝铁矿区和乌拉根锌矿区的生态环境质量显著下降区域面积小,通过复垦及生态恢复生态环境质量显著提高的面积比例高,其中乌拉根锌矿区复垦率为34.58%,金宝铁矿区复垦率为20.75%。

跨季节与跨气候区的地表生态状况遥感评估方法

针对已有遥感生态指数存在植被稀疏区表现不力及不同季节稳健性不强,难以在冬春季节直接应用的难题,在遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI)基础上,提出了一个可跨季节和气候区使用的全局遥感生态指数(global remote sensing ecological index,GRSEI),该指数由绿度、枯度、湿度、旱度和干度5项生态指标构成,采用CRITIC权重法和几何聚合法建模。在不同干湿气候区选取了5个案例区,对GRSEI、RSEI以及其他两个同名指数即地表生态状态综合指数(land surface ecological status composite index,LSESCI)和改进遥感生态指数(modified remote sensing ecological index,MRSEI)进行跨季节、跨气候区适用性检验。结果表明,GRSEI更契合季节变化规律和用地生态规律,模型生态含义明确,可用于各个季节和气候区的生态状况监测;RSEI夏秋季节表现较好,但在冬春季节使用受限;LSESCI和MRSEI异常值出现频次较多,不利于量化分析。

酸沉降对地表生态系统的影响 Ⅰ.土壤中铝的活化与迁移

土壤中Al的活化与迁移是酸沉降对地表生态系统最突出的影响之一,也是土壤缓冲酸沉降的重要过程。因此土壤中Al的活化迁移过程成为研究和预测地表酸化及其生态效应的关键环节。然而由于土壤系统和Al形态的复杂性,目前的模式并不能充分与实验室和野外的数据相吻合。本文从Al的形态、释放机制和在土壤剖面中迁移过程等方面对近年来的研究工作进行综述和评价,并在此基础之上对今后的研究工作提出展望。

能源“金三角”煤炭现代开采水资源及地表生态保护技术

晋陕蒙宁甘地区是我国的能源"金三角"。该地区煤炭储量和产量均占我国的三分之二左右,已成为我国煤炭开发的主战场,但该地区水资源仅占全国的3.9%。针对该地区煤炭现代开采与水资源短缺和生态脆弱的矛盾,以神东矿区现代煤炭开采为工程依托,创新研究方法,揭示了该地区现代开采水资源的运移规律和地表生态"自修复"规律,首次开发了煤矿分布式地下水库技术和应用"自修复"规律的地表生态主动性减损及修复技术,建立了示范工程,为煤炭开采水资源和地表生态保护探索了一条新的技术途径。

流域地表生态信息的卫星遥感图像处理技术

以福建省九龙江流域为例 ,利用计算机技术和遥感 -GIS工具软件 ,探讨利用多源卫星遥感影像获取流域地表环境信息的图像处理与分析技术 ,列举卫星遥感可获取的流域地表生态环境专题信息。重点分析利用遥感 -GIS界定流域范围的方法、流域地表覆盖状况和植被覆盖密度的卫星遥感影像处理方法。

神东矿区现代煤炭开采技术下地表生态自修复研究

通过采用地表移动测量、植物测量、生物测量等方法,对西部煤炭富集区的神东矿区现代煤炭开采(超大工作面)不同扰动程度下地表变形和裂缝、地形、地表水、地表植被的持续动态监测研究,揭示了地表动态裂缝宽度自修复周期以及裂缝周边土壤水分恢复周期等规律。研究表明,超大工作面显著增加了开采造成的地表稳定下沉区的面积和范围,显著提高了地表生态自修复能力。植被自修复能力依次为:草本>灌木>乔木,草本基本恢复到开采前状态,为解决矿区环境改善、水资源供需矛盾以及区域经济可持续发展等提供依据。

木里煤田江仓四号井露天采坑回填及地表生态恢复研究

为了保障木里矿区煤矿由露天开采转入井工开采模式后的安全生产,分析了江仓四号井露天开采采坑和地面排土场的现状及边坡的稳定性,提出了采坑的回填方案和回填后的矿坑地表生态恢复方案,并研究了矿坑防排水方法。结果表明,通过对江仓四号井露天开采后的采坑及排土场的综合整治,达到恢复地表生态环境目标,消除了露天采坑对井工开采产生的不安全因素,减少了对井工生产的威胁和危害。

浅层地下水变化对地表生态环境的影响与对策

针对浅层地下水对地表生态环境所产生的负面影响,提出了防止地下水变化对地表生态环境带来危害的一系列政策措施。

地表生态修复对地下水质的影响研究--以永定河流域北京平原区为例

以硝酸盐氮为典型指标,分析其含量变化在平面和垂向上的分布特征及变异规律。结果表明,平面上,2021年相比2011年,研究区地下水中硝酸盐氮含量以基本不变为主;垂向上,10余年来,硝酸盐氮含量第一含水层组波动下降,第二含水层组在波动中略微上升,但上升幅度小于第一含水层组下降幅度,第一含水层组硝酸盐氮含量均值绝大多数年份都高于第二含水层组;变异系数第一含水层组波动下降,第二含水层组较为平稳,且绝大多数年份都小于第一含水层组。第一含水层组硝酸盐氮含量降低说明地表生态修复对地下水质改善具有积极作用。

煤层露头区及浅埋深煤层开采对地表生态环境影响分析——以宁夏某矿区为例

本矿区范围内北部为煤层露头,加之矿区内褶皱较为发育,煤层露头区较多,且矿区煤层埋深较浅,根据2016年矿区小窑及煤层露头区开采现状调查结果,矿区范围内小窑口多达88处,露天开采点多达15处,废弃井口4个,因此开采现状凌乱,50年代期间偷采盗采严重,对生态环境的影响也极为复杂。

基于函数Petri网的有毒雾霾对地表自然生态环境的危害性评价研究

为了全面评价有毒雾霾对地表自然生态环境的危害性,提出了基于函数Petri网的有毒雾霾对地表自然生态环境的危害性评价方法 .首先,在一般Petri网的理论基础上定义了函数Petri网,给出了函数Petri网的变迁触发规则和库所状态值的函数表达式;其次,利用函数Petri网的网部分描述危害的组成结构,网系统的运行反映了危害产生的过程,建立了基于函数Petri网的有毒雾霾对地表自然生态环境的危害评价模型,并结合模型提出了危害性评价的综合指标——"危害度"的概念和计算方法,给出了危害性评价的基本步骤;最后,通过实例对有毒雾霾对地表自然生态环境的危害性进行定量和定性评价,根据评价结果提出了减轻生态环境破坏的建议.

塔里木河下游近20a输水的生态效益监测分析

自2000年实施以抬升地下水位、拯救塔里木河下游"绿色走廊"、遏制生态持续恶化为目的的生态输水工程以来,截至2020年,已向塔里木河下游实施生态输水21次,累计输水量达84.45×10^(8)m^(3)。近20 a的监测结果分析显示:(1)在距河道100 m处,塔里木河下游的上段、中段、下段的地下水位埋深由输水前期2000年的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至2020年的3.70 m、4.48 m、2.69 m,平均抬升幅度为4.06 m、4.83 m、5.13 m;在500 m处,地下水位埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m、3.82 m。生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(2)地表水体面积由输水前的49.00 km^(2)扩大到2019年的498.54 km^(2),尾闾湖泊—台特玛湖"死而复活",地表水体面积达到455.27 km^(2)。(3)输水后,地表生态响应敏感,在距河道2000 m范围内,塔里木河下游高植被覆盖度、归一化植被指数(ND-VI)、植被净初级生产力(NPP)、植被总初级生产力(GPP)分别增加了132 km^(2)、0.07、7.6 g C·m^(-2)和1221 g C·m^(-2)·季^(-1)。(4)输水对塔里木河下游地表植被的影响和改善面积达到1423 km^(2),生态系统服务价值和功能大幅增加,碳汇区域由2001年占研究区的1.54%增长至2020年的7.80%,生态系统健康程度和生态恢复力大幅提升,土壤碳汇能力增加。近20 a的生态输水大幅抬升了塔里木河下游地下水位,沿河两岸以胡杨为主体的荒漠河岸林植被得到拯救和复壮,地表植被覆盖度增加,塔里木河下游生态退化趋势基本得到遏制。

神东矿区井上井下生态环境综合治理技术

为解决超大规模煤炭资源开采与脆弱生态环境保护之间的突出矛盾,以神东矿区井上井下生态环境为研究对象,研究了神东矿区煤矿高强度开采条件下对生态环境带来的破坏,提出了煤矿井上井下立体生态环境概念,包括煤矿井下生态环境、地表生态环境和矿区大气生态环境,开发了井上井下生态环境治理技术,并在神东矿区成功应用。结果表明:①对煤矿井下通风、瓦斯、粉尘、采空区浮煤、水资源、矸石等进行综合治理,可构建一个良好的煤矿井下生态环境;②利用地表生态系统的自我恢复能力,辅以人工措施,使遭到破坏的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向发展,打造一个宜人的地表生态环境;③对分选装车外运粉尘、锅炉烟气、抽采瓦斯进行治理和利用,打造一个适宜的矿区大气生态环境。

阳泉市主要生态环境问题及山水林田湖草沙一体化保护与修复技术

为了遏制水土流失、修复损毁土地、减轻矿山生态环境破坏等,研究了阳泉市主要生态环境问题,该研究区主要生态环境问题为矿山生态环境破坏严重、地表水生态环境形势严峻、森林资源生态效益较差、农田环境质量有待提升以及草地资源损失较严重等。针对上述问题,提出了山水林田湖草沙一体化保护与修复技术,主要为“修山、护河、治污、扩湿、增绿、整地、保水源”为主体的修护。研究可有效改善区域生态环境,维护生态屏障功能,保障国家生态安全。

初论引黄工程对桃-阿海子湿地生境恢复的作用与影响——兼谈泊江海子采矿区地表沉降成塘的例示

桃力庙-阿拉善湾海子(桃-阿海子)是鄂尔多斯遗鸥国家级保护区核心区暨全球第1148号国际重要湿地,干涸10余年后,在各方的协调努力下,引黄济湖工程于2018年5月中旬正式开通放水。至8月下旬,在桃-阿海子栖居的水鸟总量近1万只,其中白鹭和普通翠鸟为桃-阿海子的鸟种新纪录,灰雁、赤嘴潜鸭、白骨顶为繁殖新纪录,秋季桃-阿海子栖居的水鸟总量逾2万只。补水使冬季上冻前桃-阿海子拥有面积超过5km^2的明水水面和大于2km^2且发育良好的芦苇沼泽。另外,在桃-阿海子天然注入河上游附近,由于采矿区地表沉降,出现一处面积约0.6km^2的水塘,夏季吸引了20余种水鸟栖居,其中7种水鸟有见繁殖。

西咸新区潜水对表层生态环境影响分析

文中分析了西咸新区(咸阳区域)黄土台塬地貌的地下水位、水质、矿化度等水文地质特征,以及对地表生态系统环境的影响,通过反距离加权插值(IDW)法对该地区水文地质资料进行了空间插值,得出了连续性序列。该地区土壤适宜含水量基本上维持在地面一下2~5 m之间,植物生长基本正常,无盐渍化或沙化。地下水水质符合灌溉用水,黄土台塬西南部地下水符合人类饮用水标准,北部地区矿化度较高。

典型岩溶山区土地石漠化过程——以粤北岩溶山区为例

中国南方岩溶区是土地石漠化广为发生发展的脆弱生态区域。运用面上调查、定位观测和模拟试验相结合的方法,以粤北岩溶山区为例,从地表生态过程的角度对土地石漠化过程进行解析、研究。在轻度石漠化向极重度石漠化发展的过程中,仅2-3 a,植被就从灌草混合群落退化为草本群落,物种减少76%,植被盖度降低87.2%;土壤侵蚀量逐渐加大,土壤物质不断流失和丢失,土层变薄,侵蚀模数呈10多倍、数10倍增加。岩溶坡面特殊的水文过程和水循环模式,使石漠化土地上"四水"转化迅速。随着石漠化程度加重,地表水和壤中水流失量加大,石灰岩脉动式"生长"速度加快,使基岩裸露率由30%—50%增至90%以上,最终导致土壤粗化,养分减少,生物生产量减少89%甚至更多。这表明,土地石漠化过程是由植被退化丧失过程、土壤侵蚀过程、地表水流失过程、碳酸盐岩溶蚀侵蚀过程和土地生物生产力退化过程相互联系、组合而成的土地退化过程,也是岩溶山区土地生态系统演变为石质荒漠系统的地表生态过程。