基于转移矩阵的矿区土地利用结构变化分析:以淮南某高潜水位煤矿为例

为了解高潜水位矿区煤炭开采对土地利用变化的影响和土地治理提供参考,以安徽淮南某煤矿为例,根据矿山2008—2035年的开采计划,利用MSPS软件模拟预测采煤沉陷及积水情况,通过ArcGIS和Excel软件构建矿区开采前后的土地利用转移矩阵,进而分析煤炭开采对土地利用的影响。结果表明:该矿区28年的煤炭开采,预计将导致近一半土地塌陷入水中,其中对耕地的影响最大,开采后将导致51.19%的耕地(1 547.69hm2)出现积水而无法耕种,预计每年直接经济损失达1.21亿元。应采取边采边复技术保证复垦后耕地的生产力水平,使其尽快恢复到正常水平。

超高水材料地裂缝充填治理技术

为了进行西部采煤沉陷区地表生态恢复治理，针对采动引起的地表永久性地裂缝的治理，在进行超高水材料物理力学性能测试的基础上，研制了野外超高水材料地裂缝充填工艺及充填系统，提出了“深部充填一表层覆土一植被绿化”的地裂缝治理3步法，并以神东矿区大柳塔煤矿12203～12205工作面老采空区生态治理示范基地为试验区，进行了超高水材料地裂缝治理试验，通过与常规沙土充填方法对比分析发现，该系统采用水体积为94％的超高水材料进行地裂缝深部充填后，地表下沉量大大减小，且地表保水性能大大提高，植被长势良好。

考虑原始地形的采煤沉陷积水范围确定方法

高潜水位矿区采煤沉陷后,将导致大面积积水,给当地的生态环境、工农业生产以及人民生活带来了严重影响。目前土地复垦方案编制过程中需要对未来沉陷积水范围进行预测,常规做法是根据预计的下沉等值线和当地潜水位埋深确定采煤沉陷后的积水范围,由于没有考虑原始地形的影响,通过这种简单预测所获得的积水范围往往与实际积水范围有所差异。本文利用GIS提供的空间分析功能,将原始地形纳入地表沉陷分析中确定了煤炭开采后地面将出现的积水区域范围,并通过高分辨率遥感影像获取实际积水信息,对以上两种方法确定的沉陷积水范围进行了精度对比分析。研究结果表明:考虑原始地形后确定的沉陷积水范围与传统未考虑原始地形方法相比,其面积相对精度提高了约13%,位置精度也由传统方法的106提高到58,因此考虑原始地形确定沉陷积水范围的方法更加科学合理,且更贴近于实际情况,这将为采煤沉陷地复垦规划与方案提供精确的基础数据,从而促进复垦工作的实施与开展。

平原老城区污水处理提质增效实施策略分析

以华东地区某城市老城区污水处理厂服务片区为研究对象进行分析,发现采取防倒灌措施后,污水处理厂污染物进水浓度提升明显。平原高地下水位地区污水处理厂进水浓度影响因素由大到小分别为:地下水入渗、管道沉积和降解、河水倒灌、降雨,对污染物进水浓度影响程度(以BOD5计)分别为:25%~34%、17%~26%、13%~18%、7%~10%。在平原老城区实施"清污分流",建议优先采取的措施为防治河水倒灌、管网修复,管网系统相对完备后可采取降低管网运行水位的措施,雨污分流需伴随着老城区改造循序渐进。通过多项措施的逐步实施,最终实现提高污水处理厂进水浓度的目标。

高潜水位采煤沉陷区人居环境与生态重构关键技术:以安徽淮北绿金湖为例

以两淮高潜水位矿区为代表的我国东部大量采煤沉陷积水区的形成,严重影响了煤炭资源型城市的可持续发展,特别是城中采煤沉陷区水土资源撂荒、生态系统紊乱、人居环境恶化已成为制约城市建设的三大瓶颈,严重阻碍了经济社会发展和生态文明建设。为解决煤炭资源型城市生态修复与可持续发展问题,通过分析高潜水位采煤沉陷区地表沉陷积水演化规律和生态损害特征,基于开采沉陷原理和“采复一体化”理论,提出了地表沉陷积水动态预测方法,构建了沉陷区地形改造分区重构数学模型;研发了沉陷区边采边复施工、水循环与水资源调控、建筑分区设计、水土流失控制与基质改良、水陆复合生态系统重构等关键技术;探索了城中采煤沉陷区人居环境与生态一体化治理新模式,并以淮北绿金湖沉陷区为工程背景,开展了工程实践。研究表明:①融合Knothe时间函数和水量平衡模型参数,可实现开采任意时刻地表沉陷积水深度、积水面积、积水体积和最大库容的精准预测,最大相对误差为9.7%;②依据土方量平衡条件,建立了采前地形重构数学模型,将沉陷治理区划分为以地表沉陷盆地中央为中心、两侧对称的中央挖深、边界垫浅4个特征区域,土地闲置时间由14个月缩短至8个月,为高潜水位采煤沉陷区“挖深垫浅”超前治理提供了理论依据;③研发了环保疏浚退水及人工湿地尾水处理系统、底泥一体化机械深度干化系统、高填筑围埝多级装配式退水系统等成套施工关键技术,退水效率提高了17%,节约排泥场面积5260 m^(2);④提出了“平整地建筑-斜坡地水土保持-浅水区水生植被-深水区生态渔业”沉陷区分区治理技术,实现了沉陷区水土资源的100%高效利用;⑤与引江济淮、生态走廊、绿金城市等重大民生工程相结合,探索了集市场运作、科学修复、可持续运营于一体的沉陷区综合治理新模式,为城中采煤沉陷区生态环境治理和可持续发展提供了理论依据和技术参考。

干旱区高盐度潜水蒸发试验研究

干旱区高盐度潜水蒸发试验研究国内外少有涉及。为分析干旱区高盐度潜水蒸发规律,开展了不同矿化度(3、30、100、250 g/L)潜水蒸发试验,着重分析不同处理潜水累积蒸发动态、日间蒸发动态及昼夜变化规律。结果表明:潜水累积蒸发量与时长、土壤剖面积盐量与矿化度均显著线性正相关;潜水蒸发相对于EФ20水面蒸发变化存在明显滞后;水面与潜水蒸发动态均表现为夜间变化强烈,不同矿化度潜水平均夜间蒸发量占日蒸发较大份额,除3 g/L处理外,均达60%左右。高盐度潜水蒸发过程对土质的影响呈非线性且非单一方向;夜间潜水蒸发的驱动因素为白天大气蒸发能力的延迟驱动及夜间水汽凝结产生的负压驱动。

基于无人机影像的采煤沉陷区玉米生物量反演与分析

为了探索运用无人机多光谱遥感技术监测高潜水位矿区采煤扰动下原有生态系统破坏及地表耕地损毁程度的方法,以高潜水位矿区开采沉陷导致地面积水所引起的农作物渍害影响为例,基于无人机多光谱影像,在传统植被指数的基础上引入红边波段进行扩展,优选了22种植被指数,结合田间同步实测生物量数据,采用经验模型法分别构建了一元回归、基于最小二乘法的多元逐步回归(Multivariable linear regression,MLR)、反向传播神经网络(Back propagation neural networks,BPNN)的生物量反演模型,通过决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和估测精度(EA)3个指标筛选出最佳模型。最后,基于最佳模型进行研究区玉米生物量的空间分布反演和分析,结果显示,所选的植被指数均与生物量显著相关,其中,BP神经网络模型的估算精度最高,其决定系数R2为0.83,比其他模型增加了0.10~0.17,预测均方根误差RMSE为178.72 g/m2,比其他模型减少了29.65~60.23 g/m2,估测精度EA可达到79.4%,比其他模型提高了3.3%~7.1%。这说明红边波段更适于采煤沉陷区作物生物量的估算,引入红边波段构建生物量反演模型,可以显著提高采煤沉陷影响下玉米生物量无人机遥感反演模型的精度。研究结果表明:采煤沉陷盆地内玉米生物量主要分布于592~1 050 g/m2,其面积占研究区的74.4%,地表生物量低于352 g/m2的作物面积达到14.1%,玉米整体长势受采煤扰动影响较为严重,玉米生物量呈现从沉陷盆地边缘往中心逐渐降低的趋势。本文研究为同类型其他高潜水位矿区土地损毁监测与评价、土地复垦与生态修复等提供基础数据与理论支撑。

高潜水位煤矿区生态补偿标准评估框架与测算:以东滩煤矿为例

煤矿区生态补偿是实现煤炭开采外部不经济性内部化的有效手段。制定科学的、合理的生态补偿标准是实施生态补偿机制的关键。本文通过分析高潜水位矿区煤炭开采对生态环境的影响,针对煤炭开采造成的生态破坏损失和环境污染损失,综合运用恢复成本法和价值损失法,从目标层、约束层、准则层和指标层四个层次构建高潜水位矿区煤炭开采生态补偿标准评估框架,补偿标准为各项指标层的价值量之和。在此基础上,以山东省东滩煤矿为例,结合东滩煤矿特点筛选关键评估指标,计算2014年东滩煤矿生态补偿标准为16 497.02万元,占该年煤炭销售收入的2.75%。该方法为征收高潜水位煤矿区生态补偿费用提供参考。

基于Landsat时序数据的高潜水位煤矿区植被扰动分析

我国东部矿区是重要的煤粮生产复合区,由于境内地势平坦,地下潜水位高,采空区形成的沉陷大多常年积水或季节性积水,所引起的土地、生态、环境问题尤为严重。植被作为矿区生态环境的重要组成部分,因外界干扰和环境要素的变化而具有动态特征。归一化差值植被指数(NDVI)是植被生长状况遥感监测的常用指示因子,基于NDVI时间序列数据的分析可以有效揭示植被的扰动效应。以安徽淮南顾桥矿为研究对象,基于2007—2018年Landsat NDVI时间序列数据的分级统计,以及热点分析、聚类与异常值分析和剖面线分析,研究NDVI值的时空变化特征,探讨煤矿开采沉陷对周围植被的扰动效应。研究表明:2007—2018年间顾桥矿植被生长状况整体良好,但植被覆盖离散程度在增大;NDVI分布具有明显的空间聚集特征,均为“高–高”聚类和“低–低”聚类,无异常出现;受煤炭开采影响,热点区减少,冷点区增加,热点向冷点的转化主要发生在沉陷积水区、德上高速和永幸河附近;沉陷积水区周围一定范围内存在明显的植被扰动,开采初期扰动较小,随着积水区范围的增长和时间的推移,扰动范围逐渐增大,最后趋于稳定,具有时序滞后性和时空累积性。研究成果为采煤沉陷区生态影响范围的确定及生态环境的恢复治理提供了参考。

高潜水位采煤塌陷区重构土壤水分运移规律模拟研究

以江苏省徐州市贾汪矿区为研究区,通过野外采样与室内土柱试验模拟不同土壤重构模式,对固定地下水位不同重构模式下土壤水分运移过程进行了观测。试验设置土柱上层0—50cm为土壤充填,50—80cm为不同表土替代物充填。按照下层50—80cm充填物的不同,设置4组处理,其中处理1为对照组(土壤充填),处理2(粉煤灰充填)、处理3(煤矸石充填)、处理4(煤矸石-粉煤灰混合物充填)为试验组。结果表明:(1)重构土壤上层含水率与下层相比变化明显,底层含水率临近于饱和含水率,变化微小;(2)在不同充填物的分界线处含水率变化明显,充填物类型对土壤水分垂直变化有较大影响;(3)煤矸石、粉煤灰混合物充填重构模式含水率变化规律与土壤充填模式最为一致,且饱和含水率最为接近,具有良好的保水、透气性,是高潜水位采煤塌陷区土地复垦最理想的土壤重构模式。本研究可以为高潜水位采煤塌陷区土地复垦的土壤重构以及盐渍化控制等提供一定的理论依据和技术支撑。

矿井掘进工作面富水区多点电源高分辨电法探测

为准确探查矿井掘进工作面富水区空间分布,提出了多点电源高分辨电法探测技术。在掘进工作面后方一次布置多道电极观测系统,从掘进工作面向后1/4测线电极依次作为供电点电源电极,采用单极−偶极装置采集数据,得到的视电阻率值视为多点电源电测深数据。利用多点电源电测深成像结果,快速判别掘进工作面是否存在相对富水区,判断富水区是在掘进工作面前方还是后方;将探测范围划分出一系列目标单元,对多点源电测深数据,采用异常目标匹配滤波处理方法,得到探测范围相关度成像结果,其中高相关度值范围准确地反映了掘进工作面前后富水区的分布位置;利用实测多点电源电测深数据拟合一条理论模板曲线,采用比值法校正得到的多点电源测深比值数据能够有效消除巷道空腔及层状地层等因素的影响。在淮南矿业集团潘三矿掘进工作面探测实例表明,多点电源高分辨电法能够准确探查出掘进工作面富水区的位置,有效指导巷道掘进水害防治工作。

基于高密度电法的岩溶储水构造识别

岩溶水的赋存具有时间和空间分布的不均匀性,高密度电法作为一种成熟高效的地球物理勘探方法,是开展地下水资源调查的主要手段之一。为研究高密度电法勘探在岩溶储水构造识别中的应用效果,本文在对汉中地区勉县幅1∶5万水文地质调查的基础上,针对地面调查过程中遇到的极度贫水山区,充分论证区内已知地质及物性资料,确立具有岩溶水找水前景的目标区域,开展高密度电法勘探综合研究工作。划分了岩性接触带和岩溶发育带的位置,圈定了可能的岩溶赋水空间,推断了地下水补给循环模式,为岩溶山区找水定井工作提供了有力依据。工作成果表明:①岩溶储水构造的发育受构造活动强度、地层岩性差异和地形地势条件共同影响;②在利用高密度电法进行勘探研究时,应充分结合地质地貌条件,测线宜穿越构造或岩性界线布设;③对于向斜构造、岩性接触带和地形共同控制的岩溶储水构造,建议将钻井布设于向斜构造轴部、地势相对较低的可溶性碳酸盐岩一侧。本文的研究工作对同类地区的岩溶储水构造勘探具有参考意义。

煤炭开采沉陷与积水对土壤特性的影响研究

在高潜水位矿区,研究煤炭开采造成的土壤退化规律为耕地报损提供理论参考。通过野外原位监测和室内实验分析,对开采沉陷水域周围不同位置土壤的含水率、p H值、养分含量、酶活性进行了研究。结果表明:采煤沉陷水域周围土壤受到地下水和侧渗水的侵蚀,同时又处于沉陷坡的底部,土壤肥力呈现沉积效应;土壤的物理化学特性影响着土壤的酶活性,土壤蔗糖酶与有机碳、脲酶与全氮表现出相同的规律性;开采沉陷与积水改变了土壤的特性。该研究对于指导矿区土地复垦和维护国家粮食安全具有重要的意义。

高水位地区有限作业空间条件下道路穿越直铺管技术的应用——以中石油管道局沙特拉斯坦努拉管道EPC项目道路穿越为例

长输油气管道道路穿越技术已经比较成熟,如直铺管技术、顶套管穿越、定向钻穿越等技术。在不同条件下,不同的穿越技术的应用对于项目成本、工期、安全等方面有着较大的影响。本文以中石油管道局沙特拉斯坦努拉管道EPC项目道路穿越为例,阐述了高水位地区有限作业空间条件下道路穿越直铺管技术的应用,详细描述了该技术的工艺流程及对应的施工技术要点。

引黄工程国际 Ⅱ、Ⅲ 标 TBM 顺利施工是确保 2001 年通水的关键

通过对引黄工程国际Ⅱ、Ⅲ标６＃、７＃隧洞穿越岩溶区、地下集中涌水、及膨胀岩等的特殊地质情况，ＴＢＭ施工与钻爆法施工的优缺点，ＴＢＭ施工机组的选择，类似工程ＴＢＭ施工实例及承包商施工计划安排中存在的问题等的分析，说明国际Ⅱ、Ⅲ标施工延迟的可能性，希望承包商专家们对备选方案给予足够的考虑。

重庆高海拔地区地表水地源热泵系统适应性分析

地源热泵系统是实现“双碳”目标的主要途径。作为山地城市,重庆具备复杂的气候地质条件,以地处高纬度、高海拔的重庆城口县某商业建筑实际工程为研究对象,对地表水地源热泵系统的可行性与节能优势进行研究。通过以大口径渗滤取水方式的地源热泵系统设计为基础,基于部分实测数据,对其系统性能进行分析,并与空气源热泵为基础的复合式能源系统进行技术经济对比分析。结果表明,在各种不利条件下,该系统年节能率仍达到了13.6%以上,具备较大的节能优势。该结果可为重庆地区全面推广地表水地源热泵系统建立实践基础。

富水高电阻率区小阻值接地网设计施工研究

在富水高土壤电阻率区施工接地网,需克服诸多因素的影响。从使用常规材料为前提,通过选择物理高效降阻剂和采取反支模浇筑降阻剂、薄壁铁皮护筒预浇筑降阻剂等措施,避免了高土壤电阻率和流砂等对接地网施工影响。并结合理论计算和PDCA循环原理来主动控制施工结果,为接地网施工提供可靠的经验。