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。

大佛寺煤矿开采区土壤水分变化遥感反演研究

土壤水分是驱动矿区生态环境变化的关键要素。为研究黄土高原煤矿区开采沉陷对土壤水分变化的扰动影响,以彬长矿区大佛寺煤矿为例,采用主动微波和光学遥感影像反演开采沉陷区土壤水分的空间变化,用水云模型消除植被对主动微波影像的后向散射系数影响,通过实地采样数据构建支持向量机回归模型,获取矿区地表土壤水分的分布特征,分析黄土沟壑区地形因子和开采沉陷变形对矿区土壤水分变化的影响。结果表明:SVM构建的回归分析模型可以有效反演黄土高原煤矿开采区土壤水分的空间分布,地形特征对土壤水分的影响最大,沟壑区域土壤含水量更高;在未受开采影响的区域,土壤水分变化受地形坡度影响最大,坡向次之,高程影响最小;在40201工作面开采沉陷变形区域,土壤水分分布的变异系数显著增大,尤其在采动裂缝发育区更为明显。研究结果为揭示黄土高原煤矿开采区土壤水分变化的时空特征及机理提供了技术支持。

基于遥感生态指数的煤矿沉陷区生态环境遥感监测研究

为进一步探究煤矿沉陷区生态环境所受到的影响,以马泰壕地煤矿沉陷区为案例,通过对Landsat 8多光谱遥感数据进行解译后,初步得到马泰壕煤矿沉陷区基本情况,而后依次通过指标选取、遥感生态指数构建和求解等环节,计算得到马泰壕煤矿沉陷区的遥感生态指数分布情况,确定马泰壕煤矿沉陷区整体生态环境不容乐观。从土壤修复和地表补偿两方面着手,详细探讨了马泰壕煤矿沉陷区生态环境治理路径,为今后的环境治理工作提供参考借鉴。

基于雷达及光学遥感的煤矿地面沉降监测识别研究

为进一步分析煤矿开采造成的地面沉降问题的更多信息,以盐边红果煤矿集中区地面沉降问题为研究案例。首先,基于Sentinel-1A卫星影像数据及DEM高程数据,应用雷达遥感技术,对研究区域内煤矿地面沉降特征进行监测识别,明确了研究区域地面沉降的时间与空间分布特征;其次,应用光学遥感技术对煤矿地面沉降监测的卫星影像进行解译,并通过统计学分析方法,验证了基于光学遥感的煤矿地面沉降监测识别的准确性;最后,分别对矿山开发状态、矿山设计规模和矿山占地类型三方面的要素如何影响地面沉降的情况进行调查和汇总分析。根据分析结果,对后续的地面沉降防治措施提出了相关建议。

采矿沉陷遥感调查与危害性研究

为了研究采矿沉陷危害,选择山东省济宁市东部煤矿矿集区为研究区,采用多期光学遥感数据与历史资料相结合的方法,辅以必要的现场调查和走访,进行采矿沉陷调查与危害性研究。结果表明:(1)研究区内采矿沉陷危害严重,截止到2013年,至少破坏了25.095 km2的土地,并造成24个村庄被迫搬迁;(2)总体来说,研究区内采矿沉陷灾害发展迅速,从2009—2013年,采矿沉陷积水面积共增加4.747 km2,2013年相对于2009年的增长率为23.33%;(3)就单个采矿沉陷来说,开始阶段来势猛、发展快、危害大;但快速发展之后,扩展的速度将逐步变缓,并逐渐过渡到自然平衡;(4)光学遥感技术完全可以用于采矿沉陷调查和危害性研究,并且其宏观、廉价等特点较好地弥补了地面调查的不足。

徐州矿区土地利用变化遥感监测及塌陷地复垦利用研究

基于1987、1994和2000年三期TM遥感图像,将徐州矿区土地利用类型划分为建成区、耕地、林地、水体、塌陷地和其他土地等6类,编制了3个不同时段的土地利用结构变化图;提取并分析了土地利用结构转移变化的矩阵信息和土地利用结构的动态变化。研究表明:采煤塌陷土地面积在不断扩大,年均增加率为6.33%,塌陷地复垦速度仍赶不上塌陷速度。着眼于技术、规划、资金和管理等方面的综合视角,探明塌陷土地复垦的工程技术措施和对策,对于进一步加大土地复垦力度,促进矿区土地资源可持续利用,具有重要的现实意义和价值。

皖北刘桥矿采煤塌陷区生态环境动态监测

基于多时相的遥感影像数据,采用遥感技术动态监测皖北刘桥矿区近20 a来土地覆盖变化、塌陷积水区水深及分布和水环境富营养化状态。监测结果表明:2012年矿区塌陷积水面积已达到研究区总面积的23.86%,最大积水水深超过4 m,积水区水质已达到轻度—中度富营养化状态。在此基础上,根据因地制宜、合理开发的原则,对塌陷水域进行划分,提出建立以生态农业为核心,集成景观湿地、休闲娱乐和调蓄功能的采煤塌陷区生态环境综合治理模式。

徐州煤矿区土地利用变化分析

以3个时相的卫星遥感图像TM为主要数据源,利用神经网络分类法进行监督分类,获得1987-2003年间徐州煤矿区土地利用变化的基础数据。由此计算出土地利用类型的动态转移矩阵、土地利用程度变化指数、动态度指数、土地利用变化类型的多度和重要度指数等区域土地利用变化的指数模型,定量分析该区土地利用变化情况。结果显示:①建设用地和水体的面积均保持持续上升的势头;耕地呈现持续下降态势;林地先减少后增加;未利用地面积则呈现出先增加后减少态势。②在1987-2003年间,建设用地和未利用地都主要转向耕地。在1987-1994年间,水体主要向林地转移;耕地主要转向未利用地和建设用地;林地主要转向耕地。在1994-2003年间,水体的转移比例很小;耕地主要转向未利用地和林地;林地主要转向水体。③在1987-2003年间,该区土地利用变化的剧烈程度很大,并且其土地利用正处于一个衰退期。④在1987-1994年间,主要的土地利用变化类型分别是:未利用地与耕地、耕地与建设用地之间的相互转化。在1994-2003年间,主要的土地利用变化类型分别是:耕地转化为未利用地、耕地转化为林地、未利用地转化为耕地、耕地转化为建设用地。

采煤沉陷区恢复治理状况遥感调查

以山东省某采煤沉陷区为研究区,利用多期光学遥感数据,采用室内研究与野外实地调查相结合的技术方法,旨在研究采煤沉陷区恢复治理状况。研究表明:(1)该研究区内采煤沉陷严重,到2014年采煤沉陷积水区累计面积达13.62 km^2;(2)区内采煤沉陷灾害发展迅速,2006—2014年间,积水面积共增加7.78 km^2,相对于2006年增长了133%;(3)该区沉陷恢复治理状况良好,恢复治理面积达11.70 km^2,恢复治理比例为85.90%;(4)后续的采煤沉陷仍有可能破坏已恢复治理的工程,将已恢复治理的区域转变为需要再次恢复治理的区域;(5)在遥感图像上,恢复治理区域容易与非恢复治理区的地物相混淆,为此,有必要选用多时相遥感数据进行仔细对比。

基于时序NDVI的露天煤矿区土地损毁与复垦过程特征分析

露天煤矿区是人类活动强扰动地区之一。该文以阿巴拉契亚煤田区韦恩县为研究区域,应用遥感时序分析法分析了像元尺度的土地损毁和复垦过程特征。得出结论:1984-2010年间,韦兹县露天开采扰动区域占采矿权范围的45.80%,其中植被恢复区域占开采范围的66.45%,开采时间越早,植被恢复像元比例越高;开采造成的地表无植被覆盖期时长中位数为6 a,均值为7 a;已充分复垦的区域,NDVI值恢复至采前水平的加权平均时长为12 a。基于像元变化轨迹的研究,除揭示土地损毁-复垦过程特征外,能较好地反映空间异质性,可以为土地复垦管理和相关政策决策提供科学依据。

山东省采煤沉陷遥感动态监测

利用2013年第4季度—2015年第4季度高分辨率遥感影像数据,对山东省采煤沉陷灾害进行了连续3 a的动态监测,发现全省采煤塌陷地(坑)面积逐年减少。在对比分析山东省煤矿分布特点、煤炭开采方式及开发历史等工作基础上,建立了采煤沉陷遥感动态监测技术流程。根据所提取的塌陷地(坑)、搬迁的村庄、地质灾害恢复治理等信息,圈定全省特大型沉陷区12个、大型沉陷区8个、中型沉陷区50个、小型沉陷区12个;通过上述信息的近3 a变化情况的分析,确定全省沉陷程度变好区30个、稳定区31个、变重区21个,掌握了沉陷变化趋势。同时,分析了煤矿沉陷灾害发生的影响因素,探讨了治理时机,提出了对策建议。

基于Landsat TM/OLI影像的兖州煤田水域面积动态监测

为揭示东部高潜水位矿区地表水体的时空演变规律,该文以兖州煤田为研究区,在比较改进归一化差异水体指数法、单波段阈值法、谱间关系法、K-T变换4种水体提取方法的精度及优缺点基础上,采用基于阈值分割的改进的归一化差异水体指数法提取了研究区1990-2014年的水体信息并分析了其时空变化特征。研究结果表明:从1990-2009年,兖州煤田地表水域面积增加了1 696.14 hm^2,且2001-2005年水域面积扩张速度较快,年均增长率达14.0%,2009-2014年水域面积减少,年均下降率为3%;煤炭开采是研究区内水域面积变化的主要驱动因子。该文实现了煤矿区地表水体变化的动态监测,并分析了其变化原因,有助于客观与定量地评估煤炭开采的生态累积效应。

煤矿区土地覆盖与景观格局变化研究

以徐州市西矿区2000,2005和2010年Landsat TM/ETM+影像为基础数据源,在遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术支持下,采用土地覆盖/土地利用和景观生态学原理,对遥感影像进行支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类,土地覆盖变化分析和景观格局变化分析,探讨了煤炭开采对矿区土地覆盖变化和景观格局演变的规律。结果表明,近10 a来耕地始终占据矿区土地覆盖的主导类型,其次为建设用地,因此两者之间以及与其他类型的转化成为矿区土地覆盖变化的主要部分。未利用土地的土地覆盖变化幅度和年变化率最大,成为矿区土地覆盖变化的重要组成部分;建设用地和未利用土地的面积先减少后增加,耕地和水体的面积先增加后减少,水体面积的增加主要是由于采矿造成地面塌陷导致积水的形成,林地面积前期变化极小,后期增加。2000—2010年间,矿区景观类型中的建设用地、耕地以及未利用土地经历了一个由大破碎度到小破碎度、再由小破碎度到大破碎度的过程,矿区内各景观的聚集度在2005年达到最高,多样性指数呈增加趋势,矿区生态系统正朝着多样性、均匀化的方向发展。

基于多时相Landsat遥感影像的海州露天煤矿排土场植被时空特征分析

矿区土地复垦是目前土地整理的一项重要内容,也是矿区可持续发展实现的保障。矿区植被及其恢复状况是矿区土地复垦质量的一种重要的指示器,表征土地复垦的程度与质量。研究基于1975～2000年共4期遥感影像,构建植被覆盖度指数,考察辽宁省阜新市海州露天煤矿排土场25a来植被生长状况及时空变化特征。分析结果表明:1975～2000年间,研究区植被处于不断生长、逐渐恢复的状态,并存在明显的空间差异。时间尺度上,植被覆盖度较高(0.4～0.6)的区域所占面积比例从1975年的14.04%增长到2000年的34.83%;空间分布上,植被覆盖度低(0～0.25)的区域多分布在台地之间相连接的边坡位置上,植被覆盖度较高(0.25～0.6)的区域则分布于台地内部的平坦地面上。

无人机遥感与卫星遥感在采煤地表裂缝识别中的对比

采煤诱发地表裂缝是地面塌陷最直观的表现形式之一,也是造成煤矿区环境恶化的主要因素。准确掌握地表裂缝的展布规律是煤矿区地面塌陷治理的基础。以宁夏金凤煤矿011805工作面为研究对象,对比分析卫星遥感影像与无人机遥感影像在地表裂缝调查、解译识别中的优缺点,总结工作面地表裂缝发育规律。研究表明,无人机航拍影像中裂缝整体视觉清晰,可充分反映出宽度大于5cm的地表裂缝的形态、长度、位置等发育特征,且解译出的地表裂缝发育规律更接近实际;无人机遥感不仅提高了煤矿区地表裂缝调查的精度和可靠性,也为地表裂缝各项研究提供了丰富的基础数据。

基于RS和GIS的矿区生态指标提取与安全评价--以焦作矿区为例

为了快速、高效地对煤矿区生态安全状况进行评价,借助遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、空间景观格局分析等技术,在压力-状态-响应(PSR)模型的基础上拓展构建压力-状态-响应-格局(PSRP)模型,对焦作矿区33年(1993-2026年)的生态安全状况进行评价与动态变化模拟分析。以遥感卫星影像数据为主要数据源,选取矿区1993年、2004年、2018年遥感数据及社会、经济统计数据,提取用于生态安全评价的建筑用地指数、归一化植被指数、生态弹性度、绿度指数、生物丰富度、湿度指数、破碎度指数、城市扩展强度、干度指数、人口密度、多样性指数、分维度12个关键技术指标,利用层次分析法(AHP)确定指标在生态安全评价的目标层、准则层、指标层3个层次体系,并进一步计算12个指标的权重,从而对生态安全进行评价,最后利用CA-Markov模型模拟获取2026年结果数据,对焦作矿区生态安全状况趋势评价分析和动态变化监测进行研究。结果表明:①利用遥感技术能有效提取用于生态安全评价的绝大多数指标,并且有较好的提取精度,基础指标土地利用/覆盖分类提取结果精度为92%以上;②CA-Markov模型可以进行土地利用/覆盖变化趋势模拟与预测,在该试验选择的3期数据集中预测精度达到83%;③20多年来焦作市裸地和建筑景观变化幅度最大,水体、植被景观变化相对较小,不同的地物覆盖类型均受到人类生产生活的影响;④1993-2018年间,焦作市生态安全状态总体情况先是大幅下降,然后达到平缓稳定状态,其中1993-2004年间生态状态呈现下降趋势,2004-2018年间焦作市的生态状况总体上没有显著的变化;⑤针对典型矿区,1993年,整个矿区还是处于稳定和安全的状态,到2004年,由于矿产资源大量的开采,部分地区由1993年的稳定状态转为临界状态,2018年以来,由于矿区的陆续关闭,矿区的生态安全状况相比于2004年没有太大的变化,模型预测表明到2026年焦作市及其矿区生态指数将呈现出轻微下降趋势,典型矿区与焦作区域表现出一致的生态安全等级分布状况和变化趋势。研究结果可为维护矿区及其周边生态环境的原生平衡、引导矿区资源的合理开采与利用提供技术支持。

基于植被指数的神东矿区植被盖度变化分析

随着社会环保意识的逐步增强,近年来矿区开采活动对环境的影响备受关注。为了分析矿区开采活动对环境的影响,文章利用神东矿区不同时相的Landsat遥感影像经过预处理后计算其植被指数,进而计算植被盖度并分析其变化,分析矿区开采活动对绿色植被生长的影响程度。在此基础上以植被指数转化法模型进行了植被盖度的估算。通过对提取出植被信息的分析得出:2002年开采后较1989年开采前植被覆盖情况发生了很大的变化,其中优等与良等覆盖区域增加,中等覆盖区域减少,由于矿区的建设造成非植被覆盖区域的增加。

兖州矿区景观格局变化分析

以1987—2014年兖州煤田Landsat TM遥感影像为基础数据,对兖州煤田部分矿区景观格局演变进行了定量分析,得到了1987—2014年矿区景观格局的变化趋势,2003年以后景观破碎度开始增加,景观类型转化以耕地转向未利用土地、建设用地与水域,未利用土地转向建设用地为主要转化方式。地下高强度开采、地面复垦和工程建设是景观变化的主要驱动力。

基于温度植被干旱指数的兖州煤田煤炭开采影响边界遥感提取

为识别植被覆盖区煤炭开采的生态影响边界,该文以兖州煤田为研究区域,应用温度植被干旱指数TVDI(temperature vegetation drought index)反演沉陷积水区外围的土壤湿度空间分布特征,利用MATLAB拟合TVDI变化趋势并依据其趋于稳定的渐近线,反解煤炭开采活动对矿区生态的影响边界,将其与采用MSCS(mining subsidence prediction system,MSCS)软件预计获得的下沉10 mm沉陷边界进行对比。结果表明:不同距离的TVDI中位数随距积水区边缘距离的变化表现为先增加后趋于平稳、呈指数变化特征;基于TVDI分析得到的煤炭开采的非积水影响范围,仅相当于沉陷积水面积的2.07倍,预计沉陷非积水面积与预计沉陷积水面积之比为4.63倍。通过模型拟合遥感指数随距离的变化特征,能够获得煤炭开采的影响边界;兖州煤田基于TVDI获取的煤炭开采影响面积,相对小于预计的开采沉陷面积。该研究可为确定煤炭开采对生态影响的边界提供参考。

高潜水位矿区生态系统演变趋势研究:以淮南潘谢矿区为例

为了有效地应对高潜水位矿区煤炭资源开采后带来的生态环境问题,以淮南潘谢矿区为研究区域,应用遥感技术分析了耕地、水体分布以及景观格局,分析了生态系统结构的变化,得出了矿区生态系统结构总体变化规律以及不同生态系统相互转化规律。应用开采沉陷预测技术,基于矿区生态系统结构的变化规律,预测了生态系统演化趋势,得出的结论为:耕地面积逐年减少,矿区煤炭资源完全开采结束时,矿区的生态景观将由水域占绝对主导优势,矿区由陆地生态系统向水陆复合生态系统演变,土地利用模式将优化。