高潜水位采煤沉陷区复垦与湿地生态保护——以徐州九里高潜水位采煤沉陷区治理为例

高潜水位煤矿开采导致开采区地表沉陷、积水,其生态系统由原有的陆生生态系统演替为水陆相互作用的综合生态系统。采煤沉陷区治理需要兼顾开发复垦和矿区生态保护的要求,结合挖深垫浅、疏排积水等复垦方式增加耕地,同时要维护、增强采煤沉陷湿地的生态功能,以建立采煤沉陷区资源开发、土地复垦、生态保护统一的综合利用体系。     

基于GF-1影像的东江流域面向对象土地利用分类

针对东江流域地物斑块破碎、湖泊河流众多等因素影响其地物分类精度的问题,该文以GF-1遥感影像为数据源,采用面向对象的分类方法,结合模糊分类和CART决策树分类法获取研究区土地利用分类信息。根据近红外波段均值的模糊范围(480~2 200)选择模糊小于隶属函数对水体与非水体进行区分,近红外波段均值小于480确定为水体,大于2 200确定为非水体;在水体类别中,采用长宽比指数模糊范围(1.53~4.32)调用模糊大于函数对河流与水库进行了区分,长宽比指数小于1.53确定为水库,大于4.32确定为河流;在非水体类别中,采用归一化植被指数NDVI(normalized difference vegetation index)特征值模糊范围(0.21~0.62)调用模糊大于函数区分植被与非植被,NDVI指数小于0.21确定为非植被,大于0.62确定为植被,最后采用面向对象的CART决策树分类法分出河流、水库、园地、林地、耕地、灌草地、未利用地、建设用地。与极大似然分类法、非监督分类法应用到GF-1遥感影像相比,基于面向对象的CART决策树分类方法的效果最好,总体分类精度高达93.27%,Kappa系数高达0.92。该方法可以作为东江流域获取较高土地利用信息的有效方法,为研究流域生态环境变化提供更准确的数据支持。     

高潜水位采煤沉陷区土地损毁程度评价

土地损毁程度评价是采煤沉陷区土地复垦方案编制和受损农民补偿标准制定的重要依据。该文以东滩煤矿为例,在系统梳理已有研究的基础上,构建评价指标体系,划分评价单元,采用基于模糊意见集中决策的序关系分析法(G1法)确定指标权重,针对高潜水位矿区的特点,将极限条件法和可拓评价方法相结合,对其2014—2018年开采造成的采煤沉陷区的土地损毁程度进行评价,结果表明:拟损毁的土地面积总共为1 675 hm~2,其中轻度损毁面积为968.2 hm~2,中度损毁面积为379.53 hm~2,重度损毁面积为327.27 hm~2。与简单的以积水状况确定损毁程度的经验方法比较表明,经验做法往往低估了高潜水位采煤沉陷区土地的损毁水平。该研究为东滩煤矿科学合理编制土地复垦方案、确定受损农民补偿标准提供了支持,为同类型的其他高潜水位采煤沉陷区土地损毁程度的评价提供了借鉴。     

井工煤矿沉陷区土地复垦评价专家系统初步设计

为了提高土地复垦评价的效率,实现土地复垦评价的自动化和智能化,以Microsoft Visual C2010、ArcEngine、ArcSDE等技术为开发环境,采用Microsoft Visual C2010语言与ArcEngine开发组件集成的方式,设计了井工煤矿沉陷区土地复垦评价专家系统。该系统包括地图操作、知识获取、适宜性评价、获取专家意见等功能模块。系统通过专家知识、经验,自动匹配复垦模式,确定复垦方向,避免了复垦工程规划设计中的不足。     

采煤矿区表层土壤有机质含量遥感反演

利用LandSat ETM+影像反演煤炭开采区表层土壤有机质含量的空间格局,对采样点各波段光谱反射率进行数学变换,并将所得结果与有机质含量进行相关性分析.挑选出敏感波段,建立了表层土壤有机质含量的光谱预测模型.结果表明,研究区表层土壤有机质含量与第5波段和第7波段反射率呈极显著的负相关关系(R分别为-0.585和-0.543,P＜0.001);对反射率进行数学变换可以改善其与有机质之间的相关性;用第1波段反射率对数的倒数和第5波段反射率的倒数建立二元回归方程(R2 =0.616 2,p＜0.001)对研究区土壤有机质有很好的预测能力(R2 =0.616 2,RMSE=0.89);有机质含量在10～15g/kg范围的图斑面积最大,占研究区总面积的50.44％;表层土壤有机质随开采沉陷坡度的增加呈减少的趋势;煤炭开采沉陷对表层土壤有机质含量的扰动属于失碳效应.     

面向对象的土地利用/覆盖遥感分类方法与流程应用

为了进一步提高干旱/半干旱地区土地利用/覆盖分类精度,该文以新疆石河子垦区为研究区,利用NDVI时间序列分析的方法确定了土地利用/覆盖遥感分类最佳时相组合;采用最佳指数因子OIF对参与图像分割的谱段进行选择;选择不同分割参数建立4级分割层次,构建了不同尺度的分类对象;针对其不同特点,分别选择基于知识的模糊分类和基于样本的监督分类方法;建立了面向对象的土地利用/覆盖遥感分类流程。采用地面实测数据对分类效果进行评估,与基于像元的分类方法相比,该文方法能够获取更高的分类精度,可为同类的研究与应用提供借鉴。     

基于混沌免疫算法和遥感影像的土地利用分类

为提高利用遥感影像进行土地利用分类的精度，采用了基于混沌免疫算法(Chaos Immune Algorithm)的多光谱遥感影像分类方法。首先应用混沌免疫算法对样本进行自学习得到全局最优的聚类中心，然后通过得到的聚类中心对整幅影像进行分类。该方法利用混沌变量的遍历性，进行粗粒搜索，优化免疫算法的初始抗体群；通过克隆选择算子、变异算子、抗体的循环补充操作，避免陷入局部最优解，得到全局最优的聚类中心。在对淮南矿区采用TM影像进行的土地利用分类中，试验结果表明该方法分类总精度为89.9％，Kappa系数为0.8     

铁法煤矿采煤沉陷区土地复垦综合治理模式初探

位于松辽平原辽宁省铁法市的铁法煤矿是全国八大煤炭基地之一 ,该矿于 5 0年代开采 ,6 0年代出现沉陷 ,现已达到稳定沉陷期。最大沉陷深度为 12m ,≥ 3m的沉陷坑共有 2 0 0 0余个 ,分布面积 2 0km2 。因采煤沉陷的面积还在不断扩大 ,人均耕地面积越来越少 ,制约了当地农业的发展。沉陷区复垦成为当务之急。通过分析沉陷区自然条件和社会条件 ,提出综合治理的实施方案 :积水深坑建鱼池 ,土地复垦成方田 ,堤路植树防风固沙绿化环境 ,排灌结合保丰收。历经 3a的综合治理 ,总投资 12 0 0万元 ,动用土石方 10 6 .6 1万m3 ,积水深坑新建鱼池 32个 ,面积4 5 .5 5hm2 ,既解决积水深坑填平恢复耕地的困难 ,又增加了经济效益 ;土地复垦成方田 16块 ,净增耕地面积 2 6 6 .2 7hm2 ;综合治理后 ,基本形成了粮、油、果、菜、鱼齐发展的新局面。     

中国东北多煤层老矿区采煤沉陷地损毁特征与复垦规划

多煤层老矿区开采时间长,土地损毁程度严重,沉陷地再利用情况复杂。该文通过实地调查和搜集各煤矿地质地形图、采掘图、储量图和采矿历史等资料,借助矿区沉陷预计软件(MSPS),运用概率积分法对鹤岗矿区沉陷地近期(2014-2020年)和远景(2021年-闭矿)2个阶段进行沉陷预测,并采用ArcGIS软件对数据进行统计分析。根据有关规程中各地类沉陷地损毁程度判定标准对鹤岗采煤沉陷地损毁程度进行划分。基于鹤岗采煤沉陷地损毁特征,提出鹤岗矿区沉陷地时空复垦的规划模式。结果表明:随着煤炭不断开采,多煤层老矿区沉陷范围不断扩大,土地损毁程度加重,地表最大下沉深度达39.4 m;沉陷地在进行再利用过程中存在阶段性变化特征,可根据特定阶段沉陷地损毁特征制定土地用途。沉陷地区域稳定性特征和损毁程度是进行沉陷地时空复垦规划的重要依据。从时间安排看,应以闭矿沉陷地损毁程度为着眼点,全面考虑,确定各区域稳沉时序,鹤岗采煤沉陷划分为优先永久治理区、优先临时治理区、动态治理区和未来治理区;从空间布局看,前3个治理区功能定位依次为接续替代产业用地、短期工业用地和农业用地。     

采煤沉陷区不同土地利用类型土壤水分、有机质 和质地的空间变异性

探索采煤沉陷区坡面微地形上土壤水分、养分和颗粒迁移转化的作用机理,为促进矿区生态环境综合整治的科学决策提供重要的理论和实践价值。以焦作九里山矿典型平原型采煤沉陷坑内的耕地和林地为研究对象,对比分析了土壤含水率、有机质含量和质地在不同土地利用类型（耕地和林地）、沉陷坡位（中心、坡底、坡中、坡顶和对照）和剖面深度（0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm）上的空间变异性。结果表明,耕地土壤含水率和黏粒含量较林地显著降低（p<0.05）,而砂粒含量则显著增加（p<0.01）。坡中或坡底处的土壤含水率、有机质和粉粒含量最小,而砂粒和黏粒含量则最大,成为整个沉陷坡面上的极值点。在剖面深度上,土壤含水率、有机质、砂粒含量表现为显著的表层聚集,黏粒含量则为显著深层聚集的特点。通过对土壤含水率、有机质含量和土壤质地在沉陷区坡面微地形空间变异作用机理的分析,建议平原型采煤沉陷区的土地复垦方向应以耕地为主,林地为辅的基本原则,在坡中到坡底的等高段复垦为林灌地,能起到对沉陷区土壤水分与养分流失控制和生态环境效益改善的关键作用。     

基于遥感的矿业用地演变规律分析

矿业集聚区内的矿业用地分布直接关系到区域土地利用安全格局。该文以武安市为例,以1996年、2006年TM图为数据源,采用遥感资料自动识别软件（ENVI）和人工目视解译相结合的方法,利用ARC/INFO软件提取土地利用类型动态变化矩阵反映土地利用面积变化,表明区域内变化率最大的用地类型是工矿用地;通过景观分析软件FRAGSTATS3.3获取土地利用景观指数,表明工矿景观要素在区域中所起的作用在增加,各类用地分布的复杂程度提高,总体景观格局离散程度与变化幅度有限,矿业用地与矿产资源分布的总体集聚性非常强。     

基于GF-1卫星数据的农作物种植面积遥感抽样调查方法

GF-1号卫星是中国2013年4月26日发射的一颗高分辨率遥感卫星,为解决该新型卫星数据在农作物对地抽样遥感调查中的应用技术方法问题,该文针对GF-1号卫星数据的特点,研究了基于GF-1号卫星16m WFV传感器和2m/8m PMS传感器卫星数据的农作物种植面积遥感抽样调查方法。根据研究区物候历,选择农作物识别关键期的16m WFV传感器数据进行多时相农作物种植面积的中分辨率遥感提取;在中分辨率农作物面积遥感分类图基础上,计算研究区域的MORAN I指数,确定格网抽样单元的大小,进行多目标农作物的MPPS(multivariate probability proportional to size)抽样;对抽样单元采用2m/8 m PMS传感器卫星数据进行高分辨率农作物面积制图;最后根据MPPS抽样方法进行总体农作物种植面积的推断,并计算CV值,评价抽样精度。以江苏省东台市为研究区对GF-1号卫星数据进行了应用研究。研究结果表明,GF-1号卫星数据完全可以应用于县级农作物种植面积的提取,农作物种植面积提取精度优于90%。     

采煤塌陷区土地动态沉降预测模型

为了把握采煤塌陷区土地复垦的时机、促进农业生产的持续高效,对塌陷区土地随时间不断变化的动态沉降过程进行了研究。通过分析Knothe函数中时间影响参数c,得出c值对地表沉降的动态计算及稳定时间有较大影响,且参数c是动态变化的,给出了c值的计算方法。依据塌陷区极限下沉量和阶段下沉量的思想,建立了基于时间影响参数的塌陷区动态沉降预测模型,并以某矿2407工作面的地表沉陷实测数据为例,对参数c的求取和预测模型进行了实例应用,结果表明该动态沉降预测模型较为符合现场实际。     

黄土丘陵沟壑区煤矿沉陷耕地复垦

探索开发适宜黄土地貌和气候特点以及黄土丘陵采煤沉陷损伤规律的土地复垦模式,对于实现该区数量质量并重管理的耕地保护目标具有重要的现实意义。该文基于开采设计、沉降观测参数和MSAS软件,预测山西兴县斜沟煤矿一采区沉陷损毁土地面积为16.54 km2,损毁土地类型以耕地和草地为主,其中轻度破坏耕地面积3.70 km2,中度破坏耕地面积2.41 km2,重度破坏耕地面积0.17 km2。结合黄土丘陵沟壑低潜水位区土地损毁特征和区域生态保育和国土整治目标,拟对轻度破坏的1.65 km2耕地采用裂缝充填和土地平整复垦措施,按照集中连片的原则对轻度、中度和重度破坏的4.63 km2耕地采用坡改梯的土地复垦工程措施进行复垦,实现增加耕地面积0.40 km2,每年减少水土流失4.94万t,提高了耕地质量等级。研究认为,结合企业复垦资金和社会资金投入,按照集中连片的原则对采煤沉陷破坏的耕地采取坡改梯复垦是该区域损毁耕地复垦的有效模式。     

基于遥感影像的县域土地功能分类及功能转换分析

城市化、工业化引起的土地利用/覆被变化改变了土地功能。为探索区域土地功能的演变规律,该文以河北省黄骅市为研究区,首先对土地功能进行分类,并应用GIS和RS数据,分析2008—2014年土地功能的空间分布特点及变化规律,采用生产能力核算模型和净初级第一生产力计算模型分别计算了生物性生产功能及生态环境功能值,从而揭示土地功能用地面积及功能值的演变过程。结果表明,参照建立的土地功能分类方法,研究区可以分为6大功能类及21个功能亚类。2008—2014年土地功能特别是生产和承载功能变化较剧烈;生物性生产功能与土地质量等别关系很大,而生态环境功能与土地利用方式密切相关;2008—2014年生物性生产功能值增长1%,而生态环境功能值则减少了1.1%,生物性生产功能的提升保障了粮食安全,但生态环境功能的降低则要求严格保护生态用地。该研究结果可以为土地功能评价、生态红线划定及土地利用规划等工作提供科学依据。     

融合面向对象与缨帽变换的湿地覆被类别遥感提取方法

为了有效提取湿地覆被类别遥感信息,该文基于国产环境星影像(HJ-CCD)和Landsat7遥感影像(ETM)提出了一种融合面向对象技术和缨帽变换的提取湿地覆被信息的方法,并对东洞庭湖区的湿地进行提取。遥感提取结果的总体精度90.02%,Kappa系数0.88,高于传统的分类方法分类的量化结果;获得的结果没有"椒盐现象"且比较紧致。试验结果表明融合面向对象和缨帽变换的方法能够有效的提取湿地覆被类别,精度高,效果好。研究结果为有效地利用遥感手段提取湿地覆被信息提供参考。     

基于遥感影像的露天煤矿区土地特征信息及分类研究

该研究利用Landsat TM数据,以安太堡大型露天煤矿为例,在对地物光谱特征深入分析的基础上,设计了大型露天矿区土地剧烈扰动下不同地物特征提取模型,提取了安太堡露天矿区植被高覆盖区、植被低覆盖区、剥离堆垫区、采煤运煤区及边坡区等不同地物信息。采用归一化植被指数(NDVI)提取植被低覆盖区与植被高覆盖区信息,采用(TM4-TM5)>0提取植被高覆盖区信息并与NDVI进行了比较,采用TM4<40提取采煤运煤区信息,采用TM4/TM7在0.99～1.01范围来提取边坡区信息, 并统计计算了各类地物所占面积和分布情况。对研究区TM影像进行主成分分析,剥离堆垫区、采煤运煤区和边坡区等反映矿区扰动特征的信息主要由第1主成分反映,植被低覆盖区和高覆盖区等反映矿区植被覆盖特征的信息主要由第2主成分反映,两个主成分的贡献率达到97.16％,并利用扰动特征和植被特征对研究区地物进行了分类。该技术与方法为露天矿地物变化动态监测以及土地复垦与生态重建均提供了准确数据支持。