我国煤矿区生态环境综合评价方法初探

从分析煤矿区生态环境破坏机制入手,综合考虑矿区自然与社会经济环境,提出了煤区生态破坏指数的概念,并建立了相庆的计算公式。根据我国５７个主要煤矿区生态破坏指数的计算结果,对我国煤矿区生态环境破坏程度进行了分级和评价。     

黑龙江省煤矿区的生态环境问题及利用途径

以鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河四大煤城为例,分析了黑龙江重点煤矿区长期开发生产酿成的植被破坏、水土流失、环境污染、设施毁损和资源紧缺等系列问题,结合国内外煤矿区综合防治利用经验,提出了黑龙江矿区综合防治利用途径—将煤矸石的资源化利用,做水泥填充料或烧砖等,矸石山客土绿化;塌陷区土地的整治与合理利用路线是深做鱼塘浅造田,运用景观生态学和地貌美学的理念,变革煤矿区生态建设和开发思路,充分利用矸石山和采煤塌陷形成的水体,积极发展旅游业。     

煤矿区塌陷地综合开发利用模式试验

<正> 肥城煤矿区位于肥城市北部的康汇平原高产农业区,是山东省煤炭生产基地之一。矿区东西长23km,南北宽7.8km,储煤面积为93.53km~2,总储煤量11亿t。自1958年以来,13处煤矿先后投产,矿区地面逐年塌陷,截至1991年底止,塌陷地面积已达4710.6hm~2,其中长年积水面积987.8hm~2,季节性积水面积971.1hm~2。矿区新的水土流失非常严重,年均土壤侵蚀模数为5199.7t/km~2。昔日的高产粮田变为积水、低湿的倾耕地,由于土地废弃不能利用,每年少收粮食1550万kg。肥城市土地后备资源不足,人口逐年增多,塌陷地的开发利用显得尤为重要。为此,我们     

云南省生态环境质量与生态修复区识别

[目的] 分析云南省生态环境时空变化,识别生态修复优先序,为该省低碳的可持续发展提供科学依据。 [方法] 基于遥感生态指数(RSEI)研究生态环境质量时空变化及空间相关性,与区域生态系统碳储量及生态保护红线结合识别云南省生态修复优先序。 [结果] ①22 a间云南省RSEI均值呈S形变化趋势,分别以2005年和2011年作为上升和下降的拐点。 ②2000—2022年空间上生态环境质量均表现为“西高东低”的态势,西部地区生态环境质量较好,而中部城市群及东部喀斯特地区生态环境质量较差。 ③2000—2005年受退耕还林政策的影响生态环境质量变好。2005—2011年则因旱灾和建设用地的剧烈扩张导致生态环境质量大幅下降。2011—2016年是旱灾后恢复时段,除中部城市化快速发展地区外,其他地区生态环境质量在逐渐恢复。2016—2022年受国家政策的影响,生态环境质量进一步变好。 ④云南省生态环境质量在空间上表现出明显的空间全局与局部自相关。 ⑤2000—2022年云南省碳储量呈先增加后减少的趋势,22 a间总碳储量减少2.38×10⁷ t,在空间上总体表现为“南北高,中间低”的地带性分布特征。 ⑥云南省生态修复极优先区主要分布在北部及东部地区,约占总面积的18.08%,生态修复优先区及中等优先区则分布较为广泛,约占总面积的70.17%。生态修复一般优先区主要位于普洱市等地,约占总面积的11.76%。 [结论] 云南省2000—2022年生态环境质量在时空上均呈现一定规律,在此基础上进行生态修复区划分,因地制宜地治理生态环境,推进云南省生态及低碳的可持续发展。     

基于PSR-可拓云模型的井工煤矿区生态安全评价

[目的]综合评价山西省大同市某井工煤矿区的生态安全状况,为同类井工煤矿区生态保护提供科学依据。[方法]以该井工煤矿区2017—2021年的各项指标为依据,基于PSR模型从压力、状态以及响应3个方面构建煤矿区生态安全评价指标体系,使用合作博弈法确定组合权重系数,利用可拓云模型来分析该矿区生态安全状况。[结果]压力指标下人口自然增长率(C₂)的评价等级为Ⅲ级,表明人口出生率和死亡率分布不均衡,其他指标评价等级均为Ⅱ级;状态指标下,植被覆盖率(C₈)的评价等级为Ⅰ级,表明该煤矿区植被覆盖率高,尾矿库排洪排渗措施(C₉)的评价等级为Ⅲ级,已经达到了不安全的等级,其他指标的评价等级均为Ⅱ级;在响应指标下废弃物综合利用率(C₁₅)以及科研投入增长率(C₂₀)为Ⅱ级,环保投资增长率(C₁₉)为Ⅲ级,其他指标评价等级均为Ⅰ级。[结论] 2017—2021年该井工煤矿区生态安全响应力度明显增强,但是生态压力以及目前的状态仍然严峻,应采取针对性地保护措施,从而维护当地的生态安...     

九龙江流域生态环境状况综合评价

利用遥感解译数据、污染源普查数据和相关统计数据,以国家环保总局制定的《生态环境状况评价技术规范》（HJ／T192—2006）规定的评价指标体系和计算方法为依据,对九龙江流域生态环境状况进行了总体分析和评价。结果表明,九龙江的生态环境状况指数（EI）为82．67,总体生态环境状况为优。     

干旱半干旱煤矿区土壤水分研究进展

本文重点评述了干旱半干旱煤矿区土壤水分与生态环境效应研究进展,系统总结了土壤水分运移机理与动态模拟方法。采煤塌陷会破坏土壤含水层构造并导致地下水位下降,间接改变了土壤含水率空间分布特征;露天采矿与复垦过程中机械压实导致土壤孔隙数量减少、连通性减弱,土壤水分入渗受阻;土壤重构与植被重建技术能够有效改善土壤结构,缓解土壤水分流失。在未来研究中,应进一步丰富势能理论体系、完善数值模拟技术并引入动态指标;结合干旱半干旱煤矿区环境的特殊性加强土壤水分运移规律及其机理研究;基于土壤-植被-水分间耦合关系优化调控措施,促进干旱半干旱煤矿区复垦与生态修复。     

淮南煤矿复垦区土壤重金属含量分布及潜在生态风险评价

以淮南矿区煤矸石充填复垦地为研究对象,对该复垦区不同土地利用方式(小麦地、桃林、蔬菜大棚、油菜地)下土壤Cd,Zn,As,Ni,Cu,Pb,Cr,Mn共8种重金属含量进行了分析和评价。结果表明,相对土壤背景值,该复垦区土壤中Zn,Cr,Mn,As污染较为严重相对未复垦区,复垦区土壤中的Zn,Cd,As分别是未复垦区的4.38,2.57和2.20倍,具有明显的累积现象。不同土地利用方式土壤重金属含量差异较大,小麦地和桃林地的Zn,Cd,As含量远大于油菜地和蔬菜大棚,Cr含量则表现为桃林地、蔬菜地远大于小麦地和油菜地,Ni,Cu,Mn,Pb在4种土地利用类型下的差异不显著。土地利用方式、施肥以及受采矿活动的影响程度不同是导致土壤重金属含量差异的主要原因。淮南煤矿复垦土壤中各重金属的生态风险顺序为:Cd>Zn>As>Ni>Cu>Pb>Cr>Mn。Cd的潜在生态风险值最大(89.71),属于强生态风险,其余元素均为轻微风险。不同土地利用方式的风险顺序为:小麦地>桃林地>蔬菜大棚>油菜地。     

煤矿区生态储存估算及其对土地利用的综合响应评价

为对煤矿区生态储存估算及其对土地利用的综合响应进行评价,以山西省位于长河流域的晋煤集团11个集中连片煤矿区为例,在生态服务功能理论的基础上,通过收集研究区10a的土地利用类型以及矿区与非矿区的相关数据,分析各类土地利用类型的面积、分布和变化方向,并建立评价指标体系以估计不同时期的生态储存,进而得出煤矿区基于煤炭开采的生态储存的响应。研究结果:研究区整体的生态储存呈下降趋势,除了天安圣华,其他煤矿区的生态都出现不同程度的退化,且矿区的退化速度远高于非矿区;12个区域中(11个煤矿区和1个非煤矿区)有一半以上区域的生态储存等级为第3级,研究区11个煤矿区的生态储存能力普遍较高,生态改善的可能性较大,可为煤矿区生态保护规划以及相应的管理提供基础数据和应用借鉴。     

生态环境质量评价的内涵、方法和实践

在介绍生态环境、生态环境质量和生态环境质量评价的概念基础上,本文阐述了生态安全、生态风险、环境承载力、生态系统稳定性、生态系统健康和生态系统功能评价的内涵和外延,梳理了生态环境质量的主要评价方法,并总结了生态安全、生态系统健康、生态风险、生态系统稳定性、生态系统功能、生态承载力等的评价方法,最后分析了生态环境质量评价的研究进展,以及生态环境评价研究和行业应用层面的评价实践。     

基于生态风险评价的采煤矿区土地损毁与复垦过程分析

煤炭开采和复垦活动带来强烈的地表变化和生态环境扰动。该文以山西省平朔矿区为例,通过构建评价模型分析采煤矿区的生态风险动态变化。通过采用最小损毁累积模型测算风险源累积损毁影响值,利用遥感影像结合野外实测数据计算生态脆弱度指数,得出矿区2001年和2010年矿区生态风险值,分析不同开采年份中矿区由于采矿和复垦活动带来的生态风险变化。结果表明:随着煤炭产量的增加,2010年土地损毁的累积影响范围比2001年增长了7 095.17 hm2;但是已复垦排土场的损毁累积危害下降明显,并且随着矿区扰动区域的东移,采矿对研究区西部的影响也在减弱。经过10年的土地复垦与生态重建措施,已复垦的排土场生态风险值呈下降趋势,生态系统趋于稳定。在采矿扰动区中,2001年处于中等风险及以下的区域占比为0.02%,到2010年为16.77%。特大型采煤矿区扰动范围较大,但是采后土地复垦有助于降低局部生态风险的影响。通过研究矿区土地损毁情况、复垦过程和复垦后的状态,分析不同区域生态风险的动态变化,可以为矿区的生态环境治理和区域发展规划提供参考,为矿区管理和相关决策提供科学依据。     

充填与非充填开采条件下煤矿沉陷区耕地土壤质量空间分布规律研究

为了研究煤矿井下充填开采是否能有效保护地表耕地土壤环境,保持土壤肥力,本文以皖北矿业集团公司五沟煤矿充填开采工作面与非充填开采工作面为试验区,在2个工作面对应上方地表分别划分试验区域和对照区域,进行采样、相关土壤指标检测及结果分析。试验区域(充填开采)包括:地表沉陷区坡脚B1处(点1?~点3?)、沉陷区坡面B2处(点4?~点6?)、沉陷区坡顶B3处(点7?~点9?);对照区域(非充填开采)包括:地表沉陷区坡脚A1处(点1~点3)、沉陷区坡面A2处(点4~点6)、沉陷区坡顶A3处(点7~点9)。每个区域分别在9个采样点内按照0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm 3个土壤深度分层采集土样,对土壤理化性质以及该区域小麦株高和经济产量进行了测定和分析。试验结果显示,充填开采区域土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质在3个土层的平均含量均高于非充填开采区域。试验观测期间,3月份B1处小麦株高小于A1处,5—6月B2和B3处小麦长势均优于A2和A3处,直至收割;小麦成熟时,充填开采区域经济产量高于非充填开采区。充填开采区域地块土壤含水量高于非充填开采区域。因此,本文认为充填开采比非充填开采更能保持开采区域上覆土壤的养分和水分。但与正常土壤背景值相比,充填开采区域上覆土壤仍存在某些营养元素(如有机质及磷元素)含量不足的问题,其作为农耕地需要加强人工活动的影响,如增施肥料、加强田间管理等。     

复垦矿区土地利用类型变化对植被碳储量的影响

分析气候变化和人为因素对煤矿区生态环境的影响,可为复垦矿区的生态效益评价提供重要指导作用。本文以济宁某矿区为例,采用改进的CASA(Carnegie Ames Stanford Approach,CASA)模型估算矿区的碳储量,然后将碳储量作为衡量气候变化、采矿活动和土地复垦对矿区生态环境损失的指标,通过该指标实现气候变化、采矿活动和土地复垦的可比性。结果表明:1)研究区碳储量以2003年为节点,1987—2003年呈增长趋势,2003—2010年呈衰减趋势,2010—2014年呈增长趋势;2003年碳储量最高,为4 645.738 t,2014年碳储量为3 764.621 t;2)矿区植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)的变化是气候因素和人为因素共同作用的结果,气候变化对碳密度的扰动范围为2.832~9.465 g?m?2,采矿活动对碳密度的扰动范围为9.897~13.435 g?m?2,采矿活动和土地复垦共同作用对碳密度的扰动范围为11.132~12.839 g?m?2,人为因素对碳密度的扰动大于气候因素;3)采煤活动破坏了矿区的耕地和生态环境,碳储量大量流失,1987—1995年碳损失量为30.503 t,1995—2003年碳损失量为38.963 t,2003—2014年碳损失量为189.709 t;4)矿区碳储量受采矿活动影响较明显,但土地复垦可以有效恢复部分流失的碳量,矿区碳损失量最大恢复4.731%,一定程度上抑制采煤活动对矿区生态的破坏。因此,土地复垦可以缓解采矿造成的生态破坏,提高土地的生产力。     

采矿活动和气候变化对煤矿区生态环境损失的影响

系统评价煤矿区生态环境损失驱动因素的相对作用力,对矿区土地资源配置和生态环境治理具有重要指导作用。该文从生态学的角度,以徐州矿区为例,选择植被净初级生产力作为统一气候变化和采矿活动对矿区生态环境损失的衡量指标,通过该指标实现气候变化和采矿活动对矿区生态环境损失的可比性。研究结果表明:1)矿区植被净初级生产力NPP变化是气候因素和采矿因素综合作用的结果,气候变化对NPP的影响范围为0.111～3.333g/(m2·月)(以每月每平方米植被生产的C计)之间,采矿活动对NPP影响的范围为90.525～107.892g/(m2·月),采矿活动对NPP的影响大于气候变化对NPP的影响,NPP变化对采矿活动具有敏感性。2)气候变化推动NPP是向正向发展,采矿活动推动NPP向负向发展。1987-1998年采矿活动是推动NPP变化的主导因素,1998-2005年气候变化是推动NPP变化的主导因素,2005-2008年采矿活动成为推动NPP变化的主导因素,同时,随着采矿活动的加剧,采矿活动对NPP推动变成主导因素,并且推动NPP向负向发展的比例在增大。3)在采矿活动破坏区内,采矿活动对矿区生态环境的影响具有主导作用,主要表现为耕地NPP的大幅下降,通过土地复垦措施增加林地的NPP,可改变矿区生态环境的发展方向;在采矿活动的影响区内,气候变化对生态环境的影响具有主导作用。     

全极化SAR图像的煤矿区土地覆盖信息分层提取方法研究

为弥补光学遥感在煤矿区资源与生态环境监测中应用的不足, 研究应用全极化SAR图像有效提取煤矿区土地覆盖信息的方法具有重要意义。针对全极化SAR图像极化信息丰富、斑点噪声多、局部异质性大等特点, 提出采用面向对象的影像分类方法对其进行分层土地覆盖信息提取。以徐州市西南部的煤矿区为研究区, 选取Radarsat-2的全极化SAR图像, 分析了研究区内全极化SAR图像中典型地物的灰度特征, 提出面向对象分类方法所涉及的最优分割尺度选择法, 给出全极化SAR图像分割对象后向散射特征的计算方法。对研究区的SAR图像进行试验, 首先对SAR图像进行多尺度分割, 选择各土地覆盖类型的最优分割尺度, 然后在该尺度下计算出土地覆盖类型的后向散射特征指数, 最后采用模糊逻辑分类法分层提取出研究区内的土地覆盖信息。结果表明: 在适于各土地覆盖类型提取的最优分割尺度下, 充分利用分割对象的灰度、形状、纹理以及类间相关特征, 并综合应用隶属函数法和最邻近分类法, 能有效地提取煤矿区的农田、道路、塌陷地、建筑物、山林这5类土地覆盖信息。与最大似然分类法相比, 该方法能够较好地消除"椒盐现象", 各种土地覆盖类型的提取精度都有所提高, 其总体分类精度可提高38.3%。     

矿区生态监测的地理加权遥感生态指数构建及评价

矿区生态是陆地生态系统的重要组成部分,准确监测矿区生态对保护生态环境、维持生态平衡具有重要意义。遥感技术为矿区生态监测提供了有效手段,针对遥感生态指数（remote sensing ecological index,RSEI）在矿区生态监测中存在监测精度低、针对性弱和指标权重空间上均一化问题,该研究对RSEI进行了改进。首先,考虑矿区特殊的生态成因,在绿度、热度、湿度、干度的基础上加入煤尘污染因子构成矿区遥感生态指数;然后,利用地理加权主成分分析法确定各指标的空间权重,构建了地理加权遥感生态指数（geographically weighted-remote sensing ecological index,GW-RSEI）;最后,以山西省大同煤田为例,基于多期遥感影像对GW-RSEI在矿区生态监测中的有效性、适用性进行了验证。结果表明：GW-RSEI能准确捕捉矿区大气中的煤尘污染,从整体和局部尺度实现了矿区生态的精准监测,有效提高了矿区生态监测的精度;地理加权主成分分析法能够明确表征矿区生态的空间异质性和生态环境变化的空间连续性;2000—2020年大同煤田的GW-RSEI均值分别为0.51、0.48、0.46、0.59、0.56,整体生态环境经历了先恶化后改善的过程,其东南部生态环境变化趋势与整体一致,而西北部生态环境呈现先改善后恶化的变化趋势。研究成果为准确监测矿区生态提供了一种更加科学、有效的方法。     

基于改进模糊综合评价模型的矿区土地损毁程度评价

土地损毁程度评价是土地复垦适宜性评价及制定复垦措施的重要依据。针对经典模糊综合评价方法中确定指标权重主观性较强的问题,将模糊意见集中决策引入指标赋权法(G1法),建立基于改进G1法的模糊综合评价模型,并将改进的评价模型应用到山西省富康源煤矿土地损毁程度评价中。根据土地损毁类型,研究区划分为两大类(塌陷地和压占地)共5个评价单元,构建研究区土地损毁程度评价指标体系,使用改进G1法确定各评价指标的权重,对研究区5个评价单元进行损毁程度评价。结果表明,5个评价单元的土地损毁程度分别为:中度、轻度、轻度、重度、中度,运用该评价模型得到的评价结果与其他方法基本一致,结合实地调研情况,表现了较高的可靠性。与经典模糊综合评价模型相比,改进后的模型强调权重确定的科学性,克服了经典模型在指标数量较多时权重分配不合理的缺点。因此,该模型可应用于矿区土地损毁程度评价工作中,在矿区土地复垦、生态环境恢复治理、确定赔偿责任范围等方面有较好的应用价值。     

煤矿沉陷区沉陷裂缝对土壤特性和作物生长的影响

为了研究煤矿沉陷区沉陷裂缝对土壤特性和作物生长的影响,通过野外调查和室内分析,对沉陷裂缝周围土壤水氮含量、微生物学特性和作物生理、产量特性进行了研究。结果表明,沉陷裂缝导致了土壤水、氮的流失。距沉陷裂缝越近,土壤含水量和有效氮含量越低,当距裂缝距离超过120 cm时,沉陷裂缝对土壤含水量和有效氮含量影响不显著。土壤水肥特性改变也导致了土壤微生物特性的改变,距沉陷裂缝越近,土壤酶(脲酶、蔗糖酶)活性和土壤呼吸速率越低。当距裂缝距离超过90 cm时,沉陷裂缝对土壤微生物的特性影响不显著。沉陷裂缝通过影响土壤中水分和矿物营养的含量,进而影响到植物叶片的叶绿素含量和光合特性。当裂缝距离超过60 cm时,沉陷裂缝对小麦叶片的叶绿素含量影响不显著。在拔节期,沉陷裂缝对光合作用的影响主要在距裂缝0~60 cm范围内,当距裂缝距离超过60 cm时,沉陷裂缝对小麦光合作用的影响不显著。但到花期时,当距裂缝距离超过90 cm时,沉陷裂缝对光合作用的影响不显著。沉陷裂缝对小麦各产量性状也造成了不同程度的影响。在距裂缝0~60 cm范围内,沉陷裂缝对株高、单茎重和穗粒数均有显著影响,当距裂缝距离超过90 cm时,则影响不显著。沉陷裂缝导致小麦穗数和产量的下降,距裂缝越近,小麦穗数和产量下降幅度越大,与距裂缝120 cm处小麦相比,裂缝边缘0~30 cm范围内小麦穗数和产量分别降低43.7%和53.3%。总之,开采沉陷产生的裂缝(隙),导致附近土壤水分蒸发增强和养分流失加剧,降低了土壤质量,影响到作物的生长,最终导致作物产量显著降低。     

门头沟煤矿区生态修复功能及生态农业工程规划

生态环境的破坏已成为中国煤矿区的共性问题,对破坏了生态环境进行修复成为现阶段矿区环境保护工作的重点。生态修复总体规划的编制是煤矿区生态修复工作顺利开展的重要保障,生态修复功能区划又是生态修复总体规划的首要步骤。以北京市门头沟煤矿区的生态修复为例,结合门头沟煤矿区生态修复总体目标,重点探讨了生态修复功能区划的指标体系和方法;将整个研究区划分为生态修复区、生态维护区和生态保持区,分别对3个区的修复方式、修复方向进行了界定,并根据区划结果对生态农业修复工程进行了指导。     

采煤塌陷区搬迁村庄耕作半径变化特征及其影响研究

淮南市是典型的高潜水位煤粮复合城市,采煤沉陷在全国具有典型性。该文以淮南市采煤塌陷区为研究对象,基于"均等"法计算2010—2015年采煤塌陷区村庄搬迁前后的空间耕作半径,并利用耕作半径地形修正系数及垦殖指数对空间耕作半径进行地形地貌和农用地布局的定量修正,得到实际耕作半径,分析塌陷区村庄搬迁后实际耕作半径的变化特征,并基于实际耕作半径计算结果,结合实地问卷调查情况从耕作便利度、农业劳动力等方面探讨耕作半径变化对农业生产的影响。结果表明:采煤塌陷区村庄搬迁后实际耕作半径扩大了1～20倍,最大增加量达22 540.45 m,最小为914.05m;通过实际耕作距离与时间的换算,得知搬迁前农民步行出行耕作只需花费9～24min,而搬迁后则需20～296 min,路途消耗时间大幅度增加,为减少出行耕作路途消耗时间,农民需更新交通工具或放弃回家午休以减少往返次数,这直接降低了农民出行耕作的便利程度,可能削弱农民从事农业生产活动的积极性;通过实地问卷调查,得知搬迁后农业人口逐渐减少,且耕作半径增加越大的村庄,其放弃从事农业生产的人数越多,农业劳动力逐渐向非农产业和城镇转移,造成农田荒芜,不利于农业的可持续发展。