工矿废弃地复垦土地跟踪监测方案制定方法与实证研究

由于废弃时间长、成因复杂、不确定性因素多,历史遗留工矿废弃地复垦后的地力提升与质量改善需较长的过程,跟踪监测评价工作至关重要。本文基于3S技术和地统计学,整合复垦前、中、后不同阶段不同部门的多源数据,提出了包含监测点布设、监测指标最小数据集确立、监测手段选择为一体的面向复垦区内的土壤、地表水、地下水和农作物的工矿废弃地复垦跟踪监测方案制定方法,并以西南地区某历史遗留硫磺矿采选废弃地复垦后土地为对象进行实证研究。采用该文提出的方法,该项目复垦土地跟踪监测分别布设了由面状复垦单元生成的复垦土壤、农作物、地下水、地表水监测点53、5、5和1个,以及1类点状地物(集水池)和4类线状地物(生产路、田间路、沟渠和河流)2种监测类;建立了涵盖建设、环境和肥力等3方面内容15个指标的监测最小数据集。采用变异系数和相对偏差、变异函数变程和全局莫兰指数,从监测点数量、空间布局2个方面验证评价监测点布设方案的合理性。布设监测点数(53个)与验证计算得到的样本数(51个)较为接近,符合数量要求;实际取样间距(平均456 m)未超过各监测指标变异函数变程,无需细化监测单元或监测点;监测点空间分布特征介于随机或集聚与随机之间,显著性不明显(0.05水平),监测点空间布局比较理想。基于验证评价结果可知,该文制定的实证区复垦土地跟踪监测方案是合理的,提出的监测方案制定方法是可行的,能够指导工矿废弃地复垦后管护与质量提升工作,为制定工矿废弃地复垦跟踪监测技术标准提供技术支撑与实证依据。     

矿业废弃地再利用空间结构优化的技术体系与方法

为了合理确定矿业废弃地再利用的用途、数量比例和空间布局,释放其再利用潜力,保障矿产资源型城市未来发展所需各项用地,构建了矿业废弃地再利用空间结构优化的技术体系,即先进行复垦适宜性评价,而后进行数量结构优化,最后进行空间结构优化。提出了数量结构优化和空间结构优化的思路和方法,数量结构优化应将再利用为各种地类的矿业废弃地的面积与区域内原有的相同地类的面积进行整合,综合考虑土地利用的生态、经济、社会效益,同时将土地复垦适宜性评价的结果作为主要约束条件;将数量结构优化的结果作为空间结构优化的约束条件,将矿业废弃地视为一种独立的地类参与整个区域的土地利用空间结构优化,通过区域土地利用空间结构优化的结果来确定矿业废弃地再利用的最优空间布局,同时结合土地复垦适宜性评价的结果对其进行检验和修正。采用比较分析法,选择基于GIS的模糊综合评价法作为土地复垦适宜性评价的方法;数量结构优化采用基于生态位的线性规划模型,空间结构优化采用CLUES模型。最后,以北京市门头沟区为例进行了实证研究。结果表明,该技术体系、方法和模型有效地实现了矿业废弃地再利用数量结构和空间结构的协同优化。该研究可为矿产资源型城市矿业废弃地再利用的实践提供理论借鉴。     

矿区废弃地复垦为农用地潜力评价方法的比较

矿区废弃地复垦潜力是编制土地整治规划的重要依据,复垦潜力的大小主要依靠评价来实现,而评价方法的选取对评价结果具有直接影响。该文以山西省朔州市平鲁区为研究区域,采用指数和法、模糊综合评价法和人工神经网络模型对矿区废弃地进行复垦潜力评价,探讨这3种方法所得结果的一致性与差异性及其产生的原因;并在结果分析的基础上,运用层次分析法对各方法所得结果进行综合评价。结果表明:在同一指标体系和同一权重下,由于各方法在计算过程中对于评价单元的处理侧重点不同,致使3种方法所得各级别中相同图斑数、同一潜力级别下的面积及其空间位置分布具有一定差异性;理论上讲,人工神经网络方法较其他2种方法所得结果更具客观性;平鲁区矿区废弃地分布与综合评价结果对比分析显示,历史遗留矿区废弃地和因矿业整合产生的废弃地复垦潜力集中在Ⅰ、Ⅱ级,潜力级别总体较高,矿区正在作业区复垦潜力多为Ⅲ、Ⅳ级,级别相对较低;研究表明,综合评价的结果是更科学、更客观的理论值,对于矿区废弃地系统总体而言,其复垦潜力的实际值还需考虑矿区废弃地复垦实践中复垦年限、经费、人员组织、产权关系等影响因素进行修正。     

基于Web的煤矿废弃地土地复垦决策支持系统设计与实现

为了克服现有煤矿废弃地土地复垦与植被恢复试验法费时费力的缺陷,根据土壤基质和气候相似性原理,采用模糊综合评价一灰色关联优势分析、基于距离的相似算法、基于规则的推理等多种数学方法,分别从植被恢复潜力评价、适生植物品种选择、土地复垦方案选择3个方面建立了相关数学模型,解决了煤矿废弃地恢复潜力的分级、先锋植物选种和土地复垦方案的确定等问题,从而为煤矿废弃地的植被恢复提供了一系列的决策支持.并使用ASENET 等编程语言结合MS Access数据库设计并开发了基于web的煤矿废弃地植被恢复的决策支持系统,该系统能为煤矿废弃地植被恢复工作提供新的研究模式和手段,并已经在辽宁省阜新矿区得到应用,结果表明系统所采用的方法科学、合理、可行.     

露天采石场土地复垦适宜性评价及应用

[目的]构建合理可行的适宜性评价指标体系及评价标准,为不同条件下露天采石场选择最佳复垦模式提供一定的决策依据。[方法]采用层次分析法计算3种土地复垦模式中适宜性评价因子的权重。[结果](1)选择地形条件、自然条件和社会经济条件3个层面中采场边坡坡度、采场岩壁粗糙度、植被覆盖度、有效土层平均厚度、年均降水量、社会经济水平、距城市距离、采石场集中连片度这8个因素作为适宜性评价因子,构建了适宜性评价指标体系及其评价标准;(2)以焦作市北山露天采石场复垦为缝山针国家矿山公园为例进行验证,评价体系分析结果与现有采石场土地复垦模式相一致。[结论]本研究提出的土地复垦适宜性评价指标体系及评价标准可以较好地指导露天采石场的土地复垦工作。     

基于人均建设用地标准的区域土地利用节地潜力评估

为定量测算和分析湖北省区域节约用地情况,依照人均建设用地标准法,以2009年为基期年,通过限制性修正系数对理论潜力进行修正,估算了湖北省83个县(市、区)到2020年城乡建设用地置换潜力,并调查了各个县(市、区)规划期间闲置空闲与废弃地复垦潜力。研究结果表明:目前湖北省土地利用以粗放利用为主,限制性修正系数与地形地貌存在一致性,置换潜力与闲置空闲及工矿废弃地复垦潜力存在空间上的负相关性;到2020年湖北省共可节约土地25.24万hm2,其中城乡置换潜力占18.66万hm2,闲置空闲与工矿废弃地复垦潜力占6.58万hm2,今后全省建设用地利用的方向是以现有建设用地内部挖潜为主,且逐步控制城市建设用地与农村居民点用地无序蔓延。该文为今后制定土地利用规划、土地整理计划等提供决策依据。     

基于网格搜索随机森林算法的工矿复垦区土地利用分类

为提高工矿复垦区遥感影像土地利用分类精度,为土地复垦监测工作提供数据支持,该文探讨了基于网格搜索(Grid-Search)的随机森林(random forest)复垦区土地利用分类方法。研究利用GF-1影像、DEM(digital elevation model)和野外调查等数据,以随机森林分类算法为框架,采用基于OOB(Out-of-Bag)误差的网格搜索法对算法进行参数寻优,结合影像光谱、地形、纹理、空间信息,计算选取了33个特征变量,构建了4种变量组合模型开展随机森林分类试验,4个组合模型的分类精度分别达到82.79%、84.91%、86.75%、88.16%。为去除33个特征变量中的冗余信息、降低影像波段变量维度、缩短分类执行时间并保证影像分类精度,试验分别利用变量重要性估计和Relief F方法进行特征选择后再次执行随机森林分类,将分类结果与不同组合模型、不同分类方法进行比较,结果表明:基于网格搜索参数寻优的随机森林算法在多特征变量的影像分类中可以达到88.16%的分类精度,在利用不同方法降维后依然可以将分类精度保持在85%以上,精度优于相同特征变量下的SVM(support vector machine)和MLC(maximum likelihood classification)分类方法;在效率方面,随机森林分类方法执行时间优于SVM,并且在处理多维特征变量时能力更强。由此可见,采用基于网格搜索的随机森林方法对工矿复垦区土地利用信息进行分类提取可以得到较高的精度,基于该方法开展遥感影像解译可为土地复垦监测工作提供技术支持和理论参考。     

新疆煤矿土地复垦为草地的适宜性评价方法与应用

土地复垦适宜性评价是土地复垦工作的基础,其评价结果直接决定将来土地复垦的方向和类型。该文以新疆15个煤矿为研究背景,选取了土地待复垦单元土地损毁后的地面坡度、损毁土地深度或压占区堆积物平整量、土地损毁后复垦土源保证率、土壤中黏粒含量、土壤有机质含量、覆土厚度和土地复垦单元可用于灌溉的地表径流量等7个因素作为土地复垦适宜性评价因子,构建了适合新疆煤矿土地复垦为草地的适宜性评价指标体系;以15个煤矿的76个待土地复垦单元作为学习样本,首先采用Q型聚类分析方法将76个样本划为4类,将分类结果与以往结合规范分类结果进行对比,其结果唯一,符合实际且更加精确;然后采用判别分析方法对76个样本进行训练,建立了相应的评价模型,采用回代估计方法对样本逐一进行检验,正确率达到98.7%。将该评价模型应用到新疆尼勒克科尔克煤矿和新疆皮里青煤矿,对2个煤矿的11个待土地复垦单元其复垦为草地的适宜性进行评价,评价分类结果与神经网络模型、因子和聚类联合分析的分类结果一致,分类结果符合规范分类结果范围且更加精确和符合实际。该评价指标体系和评价模型可为新疆煤矿土地复垦工作提供参考。     

江西省赣州市废弃矿山土地复垦的公众参与意愿

[目的]研究废弃矿山土地复垦的公众参与意愿,旨在了解公众对废弃矿山土地复垦的态度和探寻公众参与废弃矿山土地复垦的路径选择。[方法]以江西省赣州市5个主要废弃矿区的872份调研问卷为研究样本,基于公众个体行为视角,从公众需求、行为态度、主观规范、知觉行为控制4个层面划分废弃矿山土地复垦公众参与意愿的影响因素,运用结构方程模型,研究其影响程度及其间的影响差异。[结果]①公众需求、行为态度、主观规范、知觉行为控制对公众参与废弃矿山土地复垦意愿的影响系数分别为0.86,0.56,0.34,-0.62,公众需求是影响公众参与废弃矿山土地复垦意愿的最主要因素;②公众需求、行为态度和主观规范对公众参与废弃矿山土地复垦意愿表现出显著正效应,知觉行为控制对公众参与废弃矿山土地复垦意愿表现出负效应;③在废弃矿山土地复垦公众参与意愿的影响因素中,公众需求与行为态度、知觉行为控制之间存在显著相关。④废弃矿山土地复垦公众参与潜变量的各个可测变量对其潜变量的影响程度差异较大。[结论]废弃矿山土地复垦公众参与应在公众自身需求得到解决,自身权利得到保障、公平公正得到维护的基础上编制复垦方案与组织项目实施。     

矿山废弃地土地复垦与生态恢复研究进展

矿山开采破坏环境、挤占耕地,诱发严重的社会问题.近几十年来,矿山废弃地土地复垦和生态恢复已成为跨学科研究热点,然而,和欧美发达国家相比,我国矿山废弃地工作存在土地复垦比率低与复垦质量差的特点.矿山废弃地土地复垦和生态恢复主要包括3方面:土壤重构、生物恢复和废水控制与处理.土壤重构技术主要包括物理、化学和工程措施,目标是重构适宜的土壤剖面和理化性质,重金属污染去除技术也是土壤重构的重要内容.生物修复可以划分为植物修复、土壤动物修复、土壤微生物修复以及菌根生物修复技术.就生态恢复和土地复垦的内涵、目标、基础理论和技术体系展开评述,并指出建立健全管理机构、明确资金来源对矿山废弃地复垦的重要性.同时认为应当加强矿山废弃地生态环境影响机制机制研究,采用3S技术和信息系统技术监测、评估和监管复垦工作,努力实现矿山废弃地环境损害减缓技术突破,建立矿山废弃地土地复垦和生态恢复的理论体系与技术规范.     

渭洛河夹槽地带沙荒地整治综合效益评价

[目的]对渭洛河夹槽地带沙荒地整治的综合效益进行评价,为该区沙荒地整治及其综合效益提升提供决策支撑。[方法]以渭洛河夹槽地带为研究区,基于当地沙荒地整治的必要性,沙地整治现状及预期目标,从研究区沙地治理的优势出发,对以生态安全为核心的沙荒地整治模式的开发和应用进行研究,建立基于熵权物元法的沙荒地整治综合效益评价模型,据此获得了符合研究区的综合效益评价指标,并对其进行综合效益评价。[结果]研究区沙地整治的综合效益为优良等级,整治效果达到预期目标。[结论]提出了新形势下沙地整治及开发利用的相关对策和保障措施,从而促进研究区沙地资源的良性利用。     

基于多准则妥协解排序法的安徽省矿业城市水土生态安全评价

[目的] 探究矿业城市生态安全状况,厘清制约生态安全发展因素,为安徽省矿区可持续开采提供科学依据。[方法] 以安徽省9个矿业城市水土生态安全为例,构建基于经济—环境—社会的综合评价指标体系,通过乘法归一化法结合优化后的G1和CRITIC赋权法实现主客观赋权,再运用多准则妥协解排序法(VIKOR)模型,基于折中规划考虑了群体效应和个体妥协,兼顾不同权重指标实测值的差异性,利用障碍度模型对其进行障碍因子诊断。[结果] 多指标交互作用下的G1-CRITIC-VIKOR综合模型与实际数据匹配良好,安徽省矿业城市水土生态安全水平由高到低排序为池州、宣城、滁州、铜陵、马鞍山、宿州、亳州、淮北和淮南地区;其中工农就业人员比例、水土资源匹配系数、人均用水量、土地垦殖比例、城乡人均可支配收入是制约安徽省矿业城市水土生态安全水平的关键因素。[结论] 安徽省矿业城市应积极进行生态文明建设,努力把经济向集约型经济转变;实施植树造林,做好受损矿区生态修复、重建工作,保障其在水土生态安全的基础上科学合理地开采煤矿资源。     

黄土高原典型矿区水环境承载力研究

[目的]认清黄土高原矿区的水环境承载力,科学合理地利用有限的水资源。[方法]以黄土高原典型矿区——山西省古交市为例,基于其水文、生态、社会、经济的实际情况,选取了水资源利用率、人均水资源可利用量、人均供水量、生态需水率、生活需水定额、需水量模数、供水量模数、耕地灌溉率和万元工业产值需水量9项评价指标,构建水环境承载力量化模型,对试验区2000,2010,2020和2030年的水环境承载力水平进行评价和预测。[结果]各年综合评判结果显示其水环境承载力属于中等偏低的不安全水平,试验区不仅存在资源型缺水,还存在水质型缺水和工程型缺水的状况。[结论]水资源的开发利用要注重开源节流、巩固基础工作和重视生态目标以提高黄土高原区域及类似地区的水环境承载力水平。     

基于用地竞争的矿业废弃地再利用用地类型判定

合理确定矿业废弃地再利用用地类型,对满足矿业资源经济转型用地需求、优化矿区土地利用结构具有重要意义。该文以泽州县长河流域为研究区域,从适宜性和驱动力2个层面构建了矿业废弃地再利用用地竞争力评价指标体系,进而构建了基于该指标体系的矿业废弃地再利用用地竞争评价模型,并基于研究区行政界线图及矿业废弃地分布图,以矿业废弃地图斑为评价单元,量化评价指标,评价矿业废弃地再利用用地竞争力。采用三角模型,根据用地竞争力组合,对矿业废弃地再利用用地类型进行理论判定。研究结果表明:研究区中占总量50%的矿业废弃地可再利用为建设用地,主要分布在经济基础较好的乡镇周边及省道两侧;40%的矿业废弃地可再利用为农用地,主要分布于村庄周围;10%的矿业废弃地可再利用为生态用地,主要位于山区及水域附近。该研究结果可为优化矿区土地利用结构及矿业废弃地整治规划提供决策依据。     

基于理想点法的矿区生态环境敏感性评价

[目的]对河北省保定市涞源县13个主要矿区进行生态环境敏感性评价,旨在为矿区生态环境评价和治理提供理论基础和技术保障。[方法]通过PSR框架模型建立矿区生态环境敏感性评价指标体系,并引入理想点(TOPSIS)法。[结果](1)空间布局上,涞源县南部矿区生态环境质量较差,中部矿区中等,而北部矿区较好;(2)具体矿区上,塔崖驿乡矿区、东团堡乡矿区生环境敏感性最好,而乌龙沟乡矿区最差。[结论]引入TOPSIS法进行小尺度县域矿区范围内生态环境敏感性评价,评价过程简便易行,可操作性强,且不受评价指标个数的影响,评价结果更加准确、客观、实用,能很好地反映涞源县各矿区生态环境的优劣程度及区域差异。     

北京市门头沟区采砂废弃地治理遥感评价

[目的]对北京市门头沟区采砂废弃地治理进行遥感评价,为北京市政府进行采砂废弃地这一典型退化生态系统的生态修复和景观重建提供依据。[方法]基于门头沟区采砂废弃地遥感影像及实地调研,对各采砂废弃地的规划利用方向进行分类,同时利用综合指数法、GIS分析法和专家打分法等景观评价方法,选取相应的评价因子建立评价模型,对门头沟区采砂废弃地的生态治理效果进行综合评价。[结果]门头沟区采砂废弃地规划利用方式为公共绿地及公园、自然生态恢复区、建设用地、基本农田、河道综合治理区5大类别,治理效果表现为:公共绿地及公园河道综合治理基本农田建设用地自然生态恢复区。[结论]门头沟区治理近10a来,采砂废弃地规划利用及生态修复取得了显著成效,总体生态治理效果达到近理想的状态,其中公共绿地及公园的治理效果接近理想状态,无论从植被覆盖度还是景观协调度方面都体现出更好的恢复效果,而自然生态恢复方式效果一般,对采砂废弃地不宜采取该种方式。     

基于Logistic-Markov方法的土地利用结构变化多因素驱动预测模型研究与应用

[目的]探索土地利用结构变化的驱动规律及其预测方法,为在社会经济快速发展背景下抑制建设用地扩张、优化城乡土地利用等提供决策参考。[方法]利用主成分分析,Logistic,Markov等方法研究土地利用结构变化的驱动力,分析土地利用结构状态转移矩阵与驱动因素的数量关系,构建基于多因素驱动的土地利用结构变化预测模型。[结果]以地处"长三角"经济区的江苏省泰兴市为例,测算了城镇发展、经济发展和管理政策等土地利用结构变化驱动力,其中城镇工矿用地扩张的驱动力增加了25.85%,耕地减少的驱动力则降低了22.21%,并预测分析了2010—2020年的土地利用结构变化特征,预测精度相对提高了0.52%。[结论]多因素驱动的土地利用结构变化预测方法,能够科学地诠释土地利用结构变化及其驱动力的作用机理,可以提高预测精度,为分析区域土地利用变化规律提供一种新方法。     

资源型城市土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以安徽省淮南市为例

[目的]以安徽省淮南市为例,探讨资源型城市土地利用变化对生态系统服务价值的影响,为该市生态、经济、生态环境保护以及今后进行城市开发建设和农业发展提供科学参考。[方法]基于土地利用变化和生态系统服务价值评估的相关理论和方法,运用GIS软件,分析淮南市2000和2010年土地利用变化,并计算淮南市生态系统服务价值,研究土地利用变化对生态系统服务价值的影响。[结果]2000—2010年淮南市土地利用变化较大,主要土地类型以耕地、居民地及工矿用地和水域为主。土地利用结构发生变化,出现耕地、林地减少,水域、居民地及工矿用地、草地增加的现象。研究区生态系统服务价值总量呈减少的趋势,从2000年的11.72亿元减少到2010年的11.33亿元,减幅达3.33%。单位面积生态系统服务价值的分布变化也与研究区土地利用变化紧密相关,居民地及工矿用地的增加是造成生态系统服务价值减少的最主要原因。生态系统服务价值对生态价值系数的敏感性指数均小于1,说明研究区内的生态系统服务价值缺乏弹性,研究结果是可信的。[结论]淮南市应高度重视土地利用变化对生态系统服务价值的影响,优化调整土地利用结构,注重增加生态用地,稳步提升区域生态系统服务价值。     

高分遥感在黄河流域水土流失动态监测中的应用

[目的]总结和分析黄河流域水土流失动态监测项目所采用的遥感监测技术,为流域水土流失动态监测探索和推广一种崭新、高效的方法。[方法]基于资源3号高分辨率卫星影像,采用面向对象的影像分类方法对准格尔旗2014年的土地利用信息进行半自动分类,并构建植被覆盖度回归模型,对项目区植被覆盖度进行反演研究。[结果]面向对象的土地利用半自动分类结果和植被覆盖度回归模型反演结果,其野外验证精度达到90%以上,满足水土流失动态监测高解析度和高精确度基础数据获取的需求。[结论]面向对象的土地利用分类方法和植被覆盖度回归模型计算,能够有效避免传统人工目视解译导致的成果误差,节约人力成本和时间成本,提高数据获取的精度和效率。     

黑龙江省拜泉县水土保持新进展与效益评价

[目的]对黑龙江省拜泉县近年来的水土保持工程保土效益定量进行评价,为进一步的水土保持规划和生态环境建设提供科学参考。[方法]通过对拜泉县2008—2015年水土保持工程实施情况的调查分析,利用遥感影像解译土地利用,采用土壤侵蚀模型计算工程实施前后的土壤流失量评价拜泉县水土保持工程保土效益。[结果]2011—2015年该县土地利用变化不大,总体由耕地向居民点及工矿交通用地和林地流转,水土流失总面积减少193.8km^2,生态环境有所好转。2008—2015年,新增实施水土保持措施总面积103.49km^2,通过实施梯田、地埂植物带和改垄措施,共计保土507 338.86t,其中2008—2010年占总保土量的3.80%,2011—2015年保土量逐年递增,2015年占总保土量的34.04%。所有年份合计,梯田的保土量最多,占总保土量的40.21%,其次为改垄和地埂,分别为37.23%和22.56%。[结论]拜泉县水土流失综合防治工程效益显著,为进一步提高水土保持效益,应优化水土保持措施的分布,扩大梯田和地埂面积。