LUCC of large opencast mines in loess area during ecologi-cal restoration: a case study of Pingshuo Mine

Taking Pingshuo mine as an example, this paper studies land use, cover change in the process of reclaiming in mine area in the methods of survey in fixed places, indoor analysis, investigation and verification of history data. The results show that as a special land-use form, LUCC is drastic. The change of LUCC in the process that the landform is being restructured is reflected by the change of altitude, slope exposure, slope gradient, slope patterns and specific surface area; the change of LUCC in the process that the soil is being restructured is reflected by the change of soil physical character, chemical character, biological character and erosion character; and the change of LUCC in the process that vegetation is being restructured is reflected by the increase of 91 artificial vegetations and the intrusive growth of 95 wild species.

基于Landsat遥感数据新疆某煤炭矿区沙漠化监测分析

新疆地区是我国沙漠化较为严重的区域,近年来因新疆地区煤炭开采活动导致土地占压、地表沉陷、地下水疏干等问题,直接或间接加剧了矿区内的沙漠化趋势。基于Landsat遥感数据,利用ENVI5.3进行预处理及计算,通过提取归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),估算植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)以及计算植被区域变化数据,对近10年矿区及其可能影响区域的沙漠化进行监测。结果表明:①三种监测方法得出的结论基本一致,近10年研究区域内平均植被覆盖度(FVC)降低4.04%,Fvc>0.3区域占比降低4.59%,植被覆盖总体上有所减少,有沙漠化蔓延的趋势,自2020年8月以来,采矿等人为活动开始减少,这也使得研究区域自2020-2023年,FVC及植被覆盖区域均有所增加,沙漠化进程有所减缓;②在NDVI、FVC反演的基础上计算并反演出的植被区域变化情况的数据及图像,可较为准确、直观地反映植被减少、有沙漠化发展趋势的区域,为矿区的沙漠化监测工作提供了可视化的监测方法,可为矿区沙漠化的监测与防治提供参考依据。

基于多源遥感数据融合的神东矿区植被覆盖变化及其驱动力分析

【目的】揭示神东矿区长时序下植被覆盖变化特征及其演变机理对矿区的生态修复和可持续发展具有重要意义。【方法】利用STARFM方法融合Landsat和MODIS数据,构建2000-2022年神东矿区的长时序核归一化植被指数(k NDVI)数据,分析其变化趋势,利用偏相关分析和地理探测器模型探究矿区植被覆盖变化的驱动机制。【结果】1)基于STARFM方法融合的年kNDVI与年kNDVI影像具有较强的相关性(R^(2)=0.864),表明融合后的Landsat影像精度较高。2) 2000-2022年神东矿区植被整体呈现明显改善趋势,显著改善面积占比达到90.36%。3)土地利用类型是影响神东矿区植被覆盖度的最主要驱动因素;此外,气象因子对kNDVI的约束力先增强后减弱。【结论】研究结果可为更好构建可持续、绿色矿山提供科学依据。

轨道工程穿越矿山宕口地质灾害防控技术——以南京某城际轨道工程为例

南京某城际轨道交通工程穿越大型露采矿山废弃宕口回填区,其南侧为高25~30 m(距填土顶部坡面)的陡崖,陡崖上顶部岩体破碎,存在危岩体崩塌隐患;陡崖下为一宽15~20m的人工填筑向外微倾的平台,用作危岩体崩落承灾体;平台以下为人工填筑的缓坡,高差45~50 m。宕口人工回填边坡土体结构松散、成分复杂、强度较低,沉降变形大且不均匀。显然,工程场地存在崩塌、缓坡不稳定、地基不均匀沉降及承载力不足等地质灾害问题。为此,文章针对这一工程技术难题开展相关研究工作,提出如下防控技术措施:①采用明洞方案穿越废弃宕口回填区,有效避开崩塌地质灾害;②采用三排连梁门式异形桩作为明洞的基础,既作为明洞桩基又作为缓坡抗滑桩,有效提高了明洞地基稳定性及缓坡稳定性;③通过明洞覆土坡形优化,大幅减少填方量,较好地提高了明洞覆土缓坡稳定性,避免明洞受斜坡偏载作用产生过大变形,同时降低缓坡坡度,减少水土流失,有效保护场地生态环境。这一防控技术方案不仅有效地消除了地质灾害,同时大大降低了工程建设成本,该研究成果对缓坡区工程建设具有重要的示范作用。

基于遥感的废弃矿区生态环境质量变化研究:以茂名油页岩矿区为例

茂名油页岩的开采为经济发展做出了重要贡献,然而采矿造成了植被破坏、土地损害等生态环境问题。2013年,茂名露天矿系统性生态修复工程正式启动,为实现对废弃露天矿区生态修复情况的监测,本文以茂名油页岩矿区为研究区,选取1993—2021年的Landsat系列遥感影像,从矿坑水体面积、植被覆盖度(FVC)、遥感生态指数(RSEI)3个方面对研究区生态环境时空演化规律进行分析,并通过地理探测器对研究区生态环境质量空间分布的驱动因子进行探究。研究结果表明:(1)矿坑废弃后,矿坑内的水体面积逐渐增长,在2017年之后稳定在4.6 km^(2)。(2)1993—2013年矿坑1 km缓冲区内FVC在较低的范围内波动,2014—2017年呈现明显增加的趋势,2017年以后增速有所减缓;北排土场FVC均值在2008年达到0.809,之后处于较为稳定的状态。(3)矿坑1 km缓冲区内,矿区修复期间RSEI均值增长的趋势最为明显,但部分区域仍出现了RSEI小幅度下降的趋势,说明在矿坑修复期间,工程的实施可能对生态环境造成一定影响;北排土场内RSEI均值呈现增长趋势,2007年以后趋于稳定。(4)研究区内土地利用和夜间灯光对生态环境质量空间分布有重要影响。本研究可为矿山管理部门及矿权企业提供决策辅助,为生态修复的长效监管机制提供技术保障。

小保当煤矿首采区三维地质特征研究

地质构造的复杂多变性严重制约了现场的生产,传统地质勘探难以实现全方位勘察,结果存在较大误差,难以满足实际生产需求。针对以上问题,本文选取陕北小保当一号井首采区为研究背景,采用三维地震勘探的方法对采区断层地质构造和上覆岩土覆盖层厚度变化趋势开展勘探作业。勘探研究表明,小保当一号井首采区共发现9条断层,均为正断层,其中2^(-2)煤层分布2条断层,5^(-2)煤层分布7条断层,断层落差相对较小;2-2煤上覆岩土覆盖层厚度为50~115 m,勘探区覆盖层厚度由东北向西南逐渐变厚,最大厚度为115 m。在开采该区西南部时,应选取较大工作阻力支架,采区东北区域开采时,加强矿井涌水量和漏风等问题的监管,对突发灾害开展防治工作。

内蒙古石拐矿区土地覆盖变化驱动力和景观格局分析研究

通过分析内蒙古自治区石拐矿区2003年、2013年及2023年的土地覆盖数据,探讨土地覆盖及景观格局变化并分析其驱动力。土地覆盖数据使用ENVI遥感软件分析2003年、2013年、2023年Landset 30 m精度卫星图;采用Fragstats软件计算土地覆盖及景观格局变化。结果表明:土地覆盖转移主要发生在石拐矿区的西南部,其中2003–2013年主要是农田和灌草地向建设用地、灌草地向林地的转移;2013–2023年主要是农田向灌草地、灌草地向未利用地、灌草地向林地的转移。石拐矿区在近20年的土地覆盖变化为:农田和灌草地不断减少、林地持续增加、未利用土地先减少后增加、水体面积较稳定。石拐矿区灌草地约占整个矿区80%的面积,是该矿区的主要土地覆盖类型,灌草地、林地、农田、建设用地及未利用地先碎化后集中,其中发生转化的是一些小斑块,而主要的景观斑块并没有受到太大影响,矿区土地覆盖整体呈现出均衡化和多样化的发展趋势。石拐矿区土地覆盖及景观格局变化受政策影响较大,例如棚户区搬迁、石拐新区和工业园区建设以及生态修复工程等。研究结果与石拐矿区土地利用总体规划中各类型用地的变化趋势、变化幅度相同,具有较高的准确性,可以为该矿区人居环境的高质量建设和可持续发展提供理论依据。

神东矿区植被覆盖度时序变化与驱动因素分析及引导恢复策略

国家煤炭开采战略重心西移及集群化、高强度的开采方式,使得西部矿区的地表生态环境呈现出强烈扰动的态势,使本就脆弱的生态环境日趋退化,其中最直观的体现就是对植被影响。传统矿区植被恢复重建其生态恢复效益以及对生态环境影响还有待商榷,可能会形成了植被恢复资金高、投入与恢复低效率的矛盾局面。矿区植被恢复应严格遵循当地自然生态系统发展规律,避免对采后生态系统的再次扰动,科学配置,优化布局、引导恢复生态系统的自修复能力。而弄清煤炭开采扰动区植被覆盖度时序变化,是探索半干旱矿区植被引导型恢复有效方法的重要基础与前提。基于Landsat-NDVI时序数据,以神东中心矿区为研究尺度,分析了不同开采年份采区和非采区植被覆盖度的时序变化,依据不同时序植被覆盖度格点回归斜率、相关系数及标准差,对研究区植被覆盖度变化趋势以及年际波动程度进行评估,并对影响植被覆盖度变化的驱动因素进行了分析。结果得到:从2000—2016年神东中心矿区植被NDVI时序上整体呈物候性周期变化,由于大面积矿区植被重建,2005年后中心矿区植被INDV明显提升,INDV差异值时序变化与该工作面煤炭开采年份密切相关;煤炭开采塌陷对植被覆盖度的影响并不全是负面的,植被覆被度呈降低趋势的区域面积占中心矿区总面积的27.65%;土壤含水量是影响植被生长最重要土壤理化性质因子,其次为有机质含量、全氮含量和容重等;地下水埋深3.2 m和8.0 m为影响神东矿区植被INDV的2个重要阈值,地下水埋深通过影响土壤含水量来实现对地表植被类型的影响;降雨量也是对中心矿区植被覆盖度变化有重要影响的气候因子。半干旱矿区植被引导型恢复首先需要对地表永久裂缝进行识别和治理,创造沉陷区土壤水分恢复的前提条件;然后需要加强对沉陷区植物生长与土壤水分及地下水位埋深之间的耦合关系研究,分析植物生长受到干旱胁迫及植物死亡的相关土壤含水量及地下水位埋深阈值,为土壤含水量与地下水位埋深恢复到何种程度提供依据;植物配置、覆盖度控制可采用高空间分辨率的遥感影像对研究区地表植被进行精细分类,结合植被INDV时序变化趋势及波动程度,兼顾对植被生长立地条件的考虑,以植被INDV呈正向波动区植被组成情况作为的参考依据,且植物配置时尽量选择具有耐土壤贫瘠、抗旱性强、根系发达的本地植物物种;应加强对矿区地下水资源分布的探测,加强对采空区积水的循环利用,有计划地优先开采无、少地下水的区域,从源头减少或延缓对地下水的破坏。

徐州煤矿区土地利用格局演变分析

利用徐州东矿区1979年、1987年、2001年三个年份的遥感影像分析了矿区景观要素及其景观格局的变化规律。从1979年到1987年,沉陷积水面积增加299.35%,农用地减少7.83%,建设用地增加48.4%。从1987年到2001年,东矿区农用地减少了13.04%,建设用地增加了37.62%,而沉陷积水区增加了137.26%;农用地的9.55%转变为建设用地,5.15%转变为沉陷积水区;建设用地的5.25%转变为农用地,主要集中于报废矿井工业广场附近,是由于部分地方小煤矿关闭后,一些废弃物堆场得到了复垦,3.21%转变为沉陷积水区,主要也是分布在各矿工业广场附近;有14.86%的沉陷积水区转变为农用地,主要位于原沉陷积水区的边缘部分,有10.88%转变为建设用地,主要集中在韩桥矿和权台矿的工业广场范围内。因此,应该加强对沉陷积水区的复垦和综合治理,因地制宜发展生态农业、养殖业、林业、牧业及其加工业,最大限度地利用土地资源。

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。

露天矿相邻采区间内排压帮高度及重复剥离深度的综合优化

分析了不同压帮方式的内排运距特点与计算原理,建立了内排压帮高度及重复剥离深度的数学模型,得出通用的计算公式并给出有效判据。以黑岱沟露天矿为例,采用费用补偿法确定最优的内排压帮高度,利用最小重复剥采比确定最佳的重复剥离深度。研究结果表明:分区开采露天矿相邻采区间内排压帮高度与重复剥离深度需同时确定,以费用补偿法建立的数学模型简单且可靠,研究成果对露天矿相邻采区间生产设计具有指导意义。

基于RS和GIS的矿区土地利用变化对生态服务价值损益影响研究——以徐州市九里矿区为例

矿区土地利用随着矿区的开发利用改变,生态服务价值随之改变,生态服务价值变化决定着该区的可持续发展。以徐州市九里矿区1987年、2001年和2008年共3期Landsat TM/ETM影像为基础,应用Costanza等人的生态服务价值公式,并结合矿区特点对谢高地等人的中国不同陆地生态系统生态服务价值表进行适当调整,计算该区不同土地类型的生态服务价值(ESV)在1987-2008年间的变化。研究结果表明,21 a间,徐州九里矿区增加了434196.41万元,增加了346.43%。主要原因是该矿区为后采矿阶段,塌陷区水体增多,以及矿区的土地复垦等使原来的矿区变成耕地等。

基于遥感图像的煤矿区土地利用/覆盖变化

选择唐山市古冶区为试验场,以3期(1987年、1992年和2001年)TM和ETM图像为主要数据源,采用ENVI和ArcView获取计算的基础数据和景观生态学的指数模型,计算了单个地类面积变化率、土地利用程度综合指数、土地利用动态度、多度和重要度指数,并依据计算结果做了详细的分析.实验表明:古冶区土地利用结构变化呈波浪式变化,与矿山开发强度和复垦程度有密切关系,利用多种指数模型可以较好地分析煤矿区土地利用/覆盖的演变规律.

矿区生态破坏阶段的土地利用/覆被变化研究——以平朔安家岭矿为例

以平朔安家岭矿为例,在对矿区地貌、植被、土壤等景观要素调查分析的基础上,研究了生态破坏阶段的土地利用/覆被变化扰动因子,土地挖损、土地压占及土地占用的时空顺序、数量、类型及程度,为矿区的生态重建和可持续发展提供依据。

神府─东胜煤田开发区建设对植被影响的调查

文中论述了神府一东胜矿区植被现状及其开矿过程中引起的环境因素变化对植被的影响作用，通过资料分析，认为近期内不会导致植被大面积死亡，而使土地沙化。但是，确实存在着由于植被破坏而引起土地沙化的潜在威胁，应当引起人们的密切关注，作者建议应在神府东胜矿区进一步开展植被建造的系统研究及其演变的系统研究。

基于遥感和CA_Markov模型的煤矿区热环境与土地覆盖变化模拟评价

针对遥感影像在定量描述土地覆盖和热环境分布方面的优越性,利用支持向量机(SVM)分类器对遥感影像进行分类,获取土地覆盖图,利用单窗算法反演获取地表温度。通过将元胞自动机和马尔科夫模型结合,构建CA_Markov模型对土地覆盖和热环境时空格局进行模拟与分析。采用定量景观指数和土地利用转移矩阵进一步挖掘了研究区空间信息,综合模拟与预测了土地覆盖和热环境时空变化特征。实验结果表明:利用遥感影像定量反演热环境特征时空分布与预测是可行的,CA_Markov模型能够有效地揭示和预测矿区土地覆盖变化和热环境演变趋势。

金矿区冬季环境气态汞分布特征研究

为掌握冬季季节性积雪条件室内环境空气和室外大气的汞浓度水平与变化特征及汞源,在夹皮沟金矿区内设置了4处采样点,使用汞分析仪(Zeeman RA915+)连续测定了气态汞浓度,同步测定了气压、气温和风速等气象因子,研究室内外气态汞浓度分布特征,并分析主要气态汞源和释汞过程。结果表明:春秋宾馆、宾馆室外、开阔农田和沟谷林地4处采样点研究期间气态汞浓度均值依次为106.8、6.1、5.8、1.8ng·m-3;室内气态汞浓度水平比室外高两个数量级。冬季季节性积雪控制下,自然释汞过程微弱,人为释汞控制气态汞浓度水平和变化趋势,是大气汞主要来源。冬季逆温等气象过程严重影响区域大气汞扩散,从而引起局部短暂的严重汞污染现象。

基于BJ-1小卫星遥感数据的矿区土地覆盖变化检测

为了评价利用北京一号小卫星(BJ-1)遥感数据监测煤矿区土地利用/地表覆盖变化的效果,针对其数据特点,选择基于图像信息运算和图像信息变换的直接变化检测法以及分类后比较法,对徐州东矿区2007～2008年土地利用/地表覆盖变化情况进行检测,以对比、评价各种方法在土地利用/地表覆盖变化检测中的应用效果和BJ-1数据的适用性。结果显示,变化矢量分析法的检测精度最高,其后依次为图像比值法、图像差值法和多波段主成分分析法。通过变化检测,确定徐州市东矿区土地利用/地表覆盖变化较为集中的几个区域,包括东矿区北部的青山泉矿、韩桥矿、董庄矿和南部的大黄山矿等地区。

受损矿区草原群落物种多样性和地上生物量对覆土厚度的响应

为修复库尔木图矿区受损草原植被群落,对矿区受损草原实施覆土0,10,14和18cm恢复措施,实地调查分析群落盖度、高度、地上生物量和物种多样性,以研究不同覆土厚度对矿区受损草原群落物种多样性和生物量的影响。结果表明,1)覆土厚度在14和18cm时,矿区草地植物种类和数量频度最多,物种组成最为丰富,且随着覆土厚度的增加,草地植物群落的盖度、高度和地上生物量呈逐渐增加趋势,但覆土14和18cm草地的植物高度、盖度和地上生物量差异不显著。2)在4种覆土厚度样地中,覆土14cm草地的物种丰富度指数和多样性指数均最高,均匀度指数最低,具体表现为:群落均匀度指数(Jsw和Ea)排列顺序为覆土0cm>覆土18cm>覆土10cm>覆土14cm,群落丰富度指数(R和Ma)为覆土14cm>覆土10cm>覆土18cm>覆土0cm,群落多样性指数(D和H′)为覆土14cm>覆土18cm>覆土10cm>覆土0cm。3)不同覆土厚度样地群落生产力与Shannon-Wiener和Simpson多样性指数之间呈弱正相关关系。因此,综合考虑该地区恢复受损草原的经济投入和所产生的生态效益,进行草原植被生态恢复的适宜覆土厚度为14cm。

基于GIS和RS的矿区土壤侵蚀动态研究

文章以GIS为平台,利用Landsat TM和ASTER DEM数据,根据《土壤侵蚀分类分级标准》模型,研究了淮南矿区的土壤侵蚀。结果表明:淮南矿区1987年和2000年两时期的土壤侵蚀均以微度侵蚀、轻度侵蚀和中度侵蚀为主,并伴有少量的高强度侵蚀;受地下开采活动及降水变化等的影响,相比1987年,2000年的侵蚀强度正在加大,表现为低强度侵蚀正向高强度侵蚀转化,高强度侵蚀的面积不断加大。