露天矿区土地复垦适应性管理:内涵解析与框架构建

研究目的:探讨露天矿区土地复垦适应性管理的理论内涵,阐释其主要管理要素与组织框架。研究方法:系统回顾法、类比分析法和逻辑推理法。研究结果:(1)基础铺垫、案例引导、需求倒逼、使命号召4层缘由共同驱动着露天矿区去探索一种与其生态系统内外部机理相适应的土地复垦动态管理模式—适应性管理;(2)矿区土地复垦适应性管理是以矿区土地生态系统健康发展与可持续开发利用为目标,通过监测、评估、反馈、调整等一系列活动,不断探索并认识矿区土地复垦发展过程中的不确定因素及其内在规律,从而促使土地复垦不断适应矿区社会、经济、生态等方面协调发展的管理过程;(3)“目标制定—规划设计—方案执行—监测评估—信息反馈—模式修正”六要素一体构成矿区土地复垦适应性管理的基本组织框架。研究结论:适应性管理具有灵活性、动态性等特征,如果管理者能把握矿区生态系统内部演化机理与外部干扰规律,并借鉴吸收相近领域研究成果经验,那么适应性管理有望成为破解露天矿区土地复垦过程管理难题的有效途径。

露天开采矿区要素遥感提取研究进展及展望

露天开采矿区要素遥感提取是矿业活动监测研究中的热门话题,但少有对相关研究的系统梳理和总结。为此,该文首先对露天开采矿区要素进行了界定,按要素种类将要素提取分为单要素提取和多要素提取,并简述了与一般地物提取和土地利用分类的区别;其次,简要总结了目前相关研究的遥感数据来源与处理平台;然后,将露天开采矿区要素遥感提取方法分为目视解译方法、基于传统特征的方法和深度学习方法3类,分别总结其研究现状,并分析了各方法的优缺点以及适用情况;最后,对露天开采矿区要素遥感提取的未来研究方向进行了展望。文章认为有效地利用多源多时相数据、更强特征提取能力网络和复杂场景优化方法,进一步推动矿区要素智能化、精细化和鲁棒性提取是未来发展的趋势。研究结果可为露天开采矿区要素遥感提取的研究与应用提供参考。

露天矿区景观生态风险空间分异

以露天矿区为研究对象,评价矿区景观生态风险,并采用ESDA方法定量研究矿区生态风险空间分异特征。结果表明,矿区景观生态风险空间分布以高风险区域为核心,由高到低呈环形包围特征。其中,高风险主要分布在矿业生产及城市生活区域,以土地破坏、压占及城市建设为主要风险来源;中等风险主要分布于自然、半自然功能区,以城市生活与农业生产为主要风险来源;低风险区域以林地、荒草地等植被覆盖区域为主,但大面积植被退化、水土流失导致该区域生态基底较差、环境脆弱,加之露天煤矿作业频繁,整体生态环境质量堪忧。同时,不同功能区的风险高低排序(人工区>半自然区>自然区)特征符合常规的区域生态风险等级差异规律。此外,基于ESDA分析矿区景观生态风险,其空间自相关性高达0.7521,风险的空间集聚效应明显;而对比矿区景观生态风险的空间分异特征发现,景观干扰度是高、低风险区域的主要驱动因子;而景观脆弱度则是中等风险区域的驱动因子;基于以上研究结果可对矿区环境管理和风险决策提供一定的数据支撑和理论依据。

黄土区大型露天煤矿废弃地植被恢复过程中的植被动态

生境再造与植被恢复是黄土区露天矿生态重建的核心 ,其中植被恢复是生态重建的保证。以我国平朔安太堡露天煤矿为例 ,采用野外调查、统计分析相结合的方法 ,对 1 985～ 2 0 0 1年矿区植被恢复过程中的植被动态进行研究。结果表明 :该区的人工植被经过演变 ,植物种的组成发生较大变化 ,由单一的物种组成结构逐渐发展为复杂的物种组成结构 ,并逐渐趋于动态的平衡。通过研究同一植物在不同配置模式下的生长情况 ,以及它们之间的相互影响 ,得出该区人工植被的较好模式为 :刺槐×油松×柠条、刺槐×油松、刺槐×沙棘和刺槐纯林。首次运用多样性指数、生态优势度、均匀度 ,对该区主要复垦植被群落进行分析 ,进一步预测了人工植被的演替方向 :刺槐林→刺槐林、沙棘林→沙棘林、沙棘×刺槐→刺槐、刺槐×油松→刺槐×油松和刺槐×油松×柠条→刺槐×油松×柠条。

露天煤矿区生态风险评价方法

以露天煤矿区这一脆弱生态系统为对象进行了生态风险评价方法的探讨 ,阐述了生态风险评价的基本概念。针对露天矿区生态环境特点 ,通过描述露天矿区的主要生态环境问题 ,分析了矿区风险源、风险受体以及评价终点 ,最后建立了典型露天煤矿区生态风险的评价指标体系 。

大型露天煤矿区土地扰动的时空变化

选择平朔矿区安太堡露天煤矿为研究区域,采用主成分分析方法对1990年和2005年两期Landsat-TM遥感影像进行分析,探讨了研究区15年间的土地利用变化.结果表明:由于露天矿区土地扰动下土地类型、面积分布及其景观格局的不同,其遥感影像的光谱空间特征也不相同,但前2个主成分构成的空间特征结构十分明显,第1主成分主要表示采煤运煤区、边坡区以及剥离堆垫区的特征信息,第2主成分主要表示植被高覆盖区及植被低覆盖区的特征信息.将研究区的土地利用类型按照剥离区、采挖区、复垦区和原地貌四大类型进行分类,15年间,采挖区基本保持原有面积;原地貌面积减少了15.263km2;复垦区面积增加了8.513km2;剥离区面积不断扩大,从1990年的5.522km2增加到2005年的11.889km2.

准东煤田露天矿区土壤^(137)Cs剖面分布特征及侵蚀速率估算

为定量测算准东煤田露天矿区土壤风蚀量,采用放射性元素137Cs示踪法,对研究区各样点剖面土壤放射性活度进行分析。结果表明:非耕地137Cs分布于0—15cm的土层中,耕地达20cm土层;7个样点中,YN7、YN15为典型的侵蚀型剖面,YN5为沉积型剖面,YN18为典型的耕地型剖面,YN2分布层比较完整,呈负指数形式的分布曲线,是理想的背景值样点,YN19137Cs分布较浅,但表层却有较高的活度,表现为侵蚀—沉积复合型剖面。各样点的侵蚀速率分析表明:农田受人类耕作影响,侵蚀速率极小,为0.240t/(hm2·a);发生侵蚀的样点几乎都达到了剧烈侵蚀的标准;在半固定沙丘,由于地形作用,有风蚀颗粒的堆积;土壤表面板结在很大程度上阻止了风蚀现象的发生,甚至可能发生堆积,这主要取决于土壤类型。在干旱区,利用137Cs估算土壤侵蚀速率要综合考虑植被盖度、土地利用类型、地形、土壤类型等因子。

基于CT分析露天煤矿复垦年限对土壤有效孔隙数量和孔隙度的影响

露天煤矿排土场由于排土过程中大型机械压实等作用会对土壤的孔隙结构产生影响,重构适合于植被生长的土壤孔隙结构是排土场土地复垦的重要工作。为对排土场重构土壤孔隙结构进行定量分析,该文采用高精度无损计算机断层扫描技术(CT)对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场平台全黄土母质覆盖的不同复垦年限(0、20、23 a)以及原地貌的土壤进行分层扫描成像,并利用Photoshop和Arcgis软件对扫描图像进行处理和统计分析,探讨了排土和复垦对土壤孔隙数量和孔隙度的影响,分析了排土场重构土壤大、中和小孔隙的变化。结果表明:原地貌土壤孔隙数量和孔隙度最大,其次是复垦23和20 a的土壤,排土后未复垦土壤孔隙数量和孔隙度最小。采矿和排土等活动由于大型机械压实作用降低了土壤孔隙数量和孔隙度,尤其是大孔隙数量和大孔隙度;土地复垦对增加土壤孔隙数量和孔隙度有一定的作用,但是过程比较缓慢。采矿和排土等活动对表层土壤孔隙数量和孔隙度的影响要高于底层土壤。该研究可为黄土区大型露天煤矿排土场重构土壤结构的优化与土地复垦措施选择提供依据。

露天煤矿排土场不同治理模式边坡细沟侵蚀特征研究

露天煤矿新建排土场边坡土质疏松,细沟侵蚀强烈。本文通过野外实地调查,以裸坡为对照,对内蒙古永利煤矿排土场边坡2种不同治理模式(A模式-沙柳方格+沙打旺(Salix Psammophila Checkerboard+Astragalus adsurgens),B模式-沙柳方格)下边坡的细沟侵蚀特征进行了研究。结果表明:裸坡细沟侵蚀总量为283.73kg,A和B治理模式下边坡的细沟侵蚀总量较裸坡减少46.36%和35.09%。细沟密度、割裂度和宽深比从坡顶至坡脚的变化趋势,在裸坡上表现为减小-增大-减小,而在A模式治理的边坡上均为缓慢增大,在B模式治理的边坡上均为先增大后减小。距坡顶0~14 m处,75%和45%覆盖度沙打旺相比裸坡可使细沟侵蚀量降低37.29%~70.82%和43.10%~70.34%,二者控蚀效果基本相同;距坡顶14~20m处,75%覆盖度坡面细沟侵蚀量较45%覆盖度减小53.32%~61.49%;距坡顶>20m处,沙打旺不能有效控制细沟侵蚀。结果可为矿区生态环境安全与可持续发展提供科学依据。

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。

黄土区大型露天矿农业用地格局演变的分析

在矿区废弃地的恢复中,格局变化的研究将对矿区生态系统的变化起着至关重要的作用。其中,农业用地格局演变的过程及覆被类型的变化,对矿区的生态安全、耕地保护及土地资源可持续利用具有重要的现实意义。该文以山西平朔矿区为例,基于GIS平台,在分析矿区土地动态变化的基础上,运用景观生态学理论与方法,对平朔矿区景观动态变化过程、特征及覆被类型的变化进行了研究,特别对矿区农用地的变化做了重要分析,结果表明大型露天矿区生态系统景观动态变化过程包括生态破坏过程的景观变化(土地挖损、土地压占、土地占用)和生态重建过程的景观变化(地貌重塑、土壤重构、植被重建);经过20年的人工控制的生态重建后,矿区土地利用空间格局由以旱地—疏林地格局演变为以林地—建设用地为主的重建生态格局;矿区生态重建已经改变了原脆弱生态系统的生态环境,其中农业用地增加了50%,但由于管理制度等原因,复垦的农用地目前大部分尚不能转换为耕地使用。

基于空间信息的露天矿区排土场土地复垦成本计算

使用Map Objects组件和VB语言,对露天矿区排土场土地复垦的成本构成及计算进行了系统设计,系统包括排土场土地复垦成本计算和排土场空间地理信息管理两大功能。以安太堡露天煤矿为例,建立了成本计算系统,为露天矿区排土场土地复垦的成本计算提供了重要手段,提高了排土场空间信息管理工作的效率。

黄土区大型露天矿排土场水土流失评价

运用专家分析法和层次分析法确定了黄土区大型露天矿排土场水土流失的评价因子,建立了排土场水土流失评价指标体系和评价模型,并据此对平朔安太堡露天矿南排土场不同复垦时期的水土流失危害进行评价.结果显示:南排土场未复垦、植被恢复初期(复垦1～3a)、植被恢复后期(复垦8～10a)的水土流失影响度综合评价指数分别为0 863,0 512,0 399,处于极严重、较严重、较轻微级别.复垦8～10a后南排土场水土流失危害程度比采后新造地降低了两个等级,但仍存在一定程度的水土流失.提高植被的有效覆盖度,优化植被配置模式是进一步降低南排土场水土流失危害的主要措施.

露天煤矿区低碳土地利用途径研究

在我国生态文明建设战略背景下,遵循"山水林田湖草"这一生命共同体理念,探寻适合矿区的低碳土地利用方式显得尤为重要。露天矿开采产生了大量扰动剧烈的损毁土地,破坏地表原有植被造成碳储量部分丧失或全部丧失。本文结合国内外有关低碳土地利用的研究背景与实践,从矿区低碳土地利用的原则、目标、途径三方面,寻求矿区"减排增汇"的方法,并在现有"5R"原则上依据矿区特殊性进行优化。通过地貌重塑、土壤重构、植被重建等土地复垦工程的实施,将矿区生态系统内"碳源"型用地逐渐向"碳汇"型用地转变。从土地利用空间布局、方式进行重新规划与重组,使结构合理、功能高效、时空安排有序。在煤炭开采、土地复垦工程实施过程中,通过采取相关措施减少能源消耗、降低碳排放强度、提高土地复垦率、提升矿区碳汇功能。

黄土区露天煤矿排土场重构土壤颗粒组成的多重分形特征

排土场复垦土壤是由人为方式通过不同重构工艺构成的复杂整体,其由不同颗粒组成、具有不规则形状的特性,其核心工作是重构一个适合植被生长的土壤结构。为了更好地对排土场重构土壤结构进行定量表征,该文通过引入土壤多重分形理论,对山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场4种重构土壤方案(含砾石黄土母质覆盖、含煤矸石黄土覆盖、全黄土母质覆盖、含料姜土黄土覆盖)的2 mm以下土壤粒径分布进行了多重分形参数计算,计算参数包括广义维数谱D(q)、多重分形奇异性指数α(q)以及多重分形谱函数f(α(q))等,并对不同分形参数之间的关系进行了计算。通过研究发现:该研究区大型露天煤矿排土场重构土壤颗粒组成具有明显的多重分形特征,D(0)、D(1)、D(1)/D(0)、Δα和Δf反映了土壤颗粒分布的非均匀质特征;该研究区黄土重构剖面的土壤粒径分布范围较小、测度集中程度较高、离散程度较小,土壤粒径组成非均匀性低;多重分形参数之间具有较好的相关性,可以简化选择D(0)、D(1)/D(0)和Δα或D(0)、D(1)和Δf 3个参数实现对黄土区重构土壤颗粒组成分布的定量表征;黄土重构剖面0～90 cm内土壤多重分形参数变化明显,黄土区表层土壤覆盖厚度应在90 cm以上,煤矸石和砾石对重构土壤颗粒的离散程度有一定的影响,应排弃在90 cm以下土层。该研究可为黄土区露天煤矿排土场土地复垦以及重构土壤质量的量化提供理论依据。

黄土区大型露天煤矿排土场景观格局分析——以平朔矿区为例

在矿区废弃地的恢复中,景观演变的过程及空间格局研究,对矿区的生态安全、土地资源可持续发展具有重要的作用。本研究以山西平朔矿区为例,在对矿区地貌、植被、土壤等景观要素调查分析的基础上,在MAP-GIS技术的支持下,运用景观生态学原理,采用景观多样性、优势度、分离度、均匀度、破碎度等景观指数,对南排土场的原地貌和复垦地貌的景观空间格局进行了分析比较,结果表明：南排土场景观由于地形特征和人为干预的原因,耕地斑块减少,林地斑块增加显著,新增了草地景观斑块类型,斑块形状比原地貌趋于规整,林地的多样性和优势度明显增大,而分离度则降低。说明南排土场生态系统在人工的正确诱导下,已形成以林地为景观基质的复垦地景观,且植被的多样性也比原地貌生态系统丰富。

伊敏露天煤矿内排土场土壤特征及其肥力评价

对伊敏露天煤矿内排土场土壤特征进行了调查分析,并对对土壤肥力质量做出了综合评价。结果表明:内排土场土壤质地主要以砂土,内排土场土壤含水量为11.12%明显低于对照地的24.64%,而内排土场土壤容重1.43明显高于对照地的1.24。内排土场土壤的pH值平均为8.82,呈强碱性。内排土场复垦土壤有机质、有效氮和有效钾含量为25.60g/kg、36.85 mg/kg和221.80mg/kg,明显低于对照地,复垦土壤全氮、全磷和有效磷含量与邻近非矿区草地对照地差异不显著。内排土场未复垦区、复垦区和对照地土壤综合肥力系数分别为0.64、0.87和1.17,其中未复垦土壤pH值、有机质、全氮和有效氮含量的分肥力系数明显低于对照地,表明pH值、有机质、全氮和有效氮含量成为限制内排土场土壤肥力的主要因子。

露天煤矿高温爆破技术研究

宁煤大峰露天矿岩石炮孔温度有的高达200℃,为确保爆破的装药联网施工安全,必须将炮孔温度降到60℃以下,且需保证炮孔温度维持半小时以上不升温反弹。结合国内现有高温爆破方法,选择了生产成本较低的注水降温方法进行降温,然而注水降温方法有温度回升快的缺点,经过现场生产实验,研发出了水中加CaCl2、MgCl2的炮孔注水降温方法,炮孔温度降到60℃以下后,选用粉状乳化炸药,外缠三层石棉,用导爆索联接齐发起爆,满足了安全生产要求。

平朔露天矿区生态环境空间信息系统的设计

平朔露天矿区生态环境空间信息系统(ESISP)是以MapGIS为平台,以露天矿区在土地复垦与生态重建中的资源与环境问题为研究对象,通过VisualC++开发各类资源与生态环境专题应用模型。该系统可为矿区环境管理部门及从事生态环境的研究人员提供该矿区的环境背景信息及土地复垦、土地利用、环境质量、环境规划等专题分析,为解决平朔露天矿区的环境问题提供技术支持。本文介绍了ESISP系统的基本功能、空间数据库的建立及专题应用模型的设计方法。

黄土区大型露天煤矿复垦排土场植被恢复立地类型划分——以安太堡露天煤矿为例

露天开采对土地破坏严重,立地条件复杂。只有综合环境因素与植被生态习性,针对不同的立地类型进行植被配置与管护才能达到对矿区生态修复的目的。为此以安太堡露天煤矿西排土场为研究对象,选定58个样点,在样点10m×10m范围内对海拔、坡向、坡位、坡度、坡型、覆土基质、覆土厚度、土壤容重、土壤含水量、有机质含量、全氮含量、植被类型组合、归一化植被指数(NDVI)、地面非均匀沉降、河流动能指数、地形起伏度,共18个立地因子进行调查。分析排土场立地条件及特征,运用SPSS聚类分析法对样点进行立地类型划分。最终划分为平台、边坡2个立地小区;平台小区化分为9个立地类型组、13个立地类型,边坡小区化分为9个立地类型组、20个立地类型。研究结果可以为排土场立地改良、植被恢复与维护及生态系统恢复提供依据。