基于GIS与分区Kriging的采煤沉陷区土壤有机碳含量空间预测

中国煤炭产量占世界煤炭总产量的46.9%,年塌陷的耕地面积约为200 km~2,对农田土壤有机碳库扰动十分剧烈。由于农田的土壤有机碳库是减少陆地生态系统碳排放的最大潜在因素,中国以及世界上的其他煤炭开采大国必须更好地对煤炭开采区的土壤有机碳库进行科学管理,这也是煤炭低碳开采的重要途径。而预测精度好的煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量空间预测方法是科学管理煤炭开采沉陷区土壤有机碳库的前提。该文以徐州九里煤炭开采沉陷区作为研究区,通过普通Kriging插值法和以结合沉陷积水情况为辅助变量的分区Kriging插值法这2种方法来对研究区的土壤有机碳含量进行了空间预测,并通过比较验证样点的预测值与实测值来对比2种方法的预测精度,确定每种方法的可行性。研究发现,结合区域内部积水情况来进行的分区Kriging插值法求得到的预测值与实测值的相关系数为0.7564,远高于直接进行Kriging插值得到的预测值与实测值的相关系数0.5086,并且两者的均方根误差分别为0.35和0.55,说明前者的预测精度更高。因此结合沉陷积水情况的分区Kriging插值模式是更适宜煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量的空间预测模型。     

煤矿采空沉陷影响区的水土保持措施

煤炭开采造成了大面积的采空区,极易引起地表沉陷,从而造成水土流失及地质灾害。在探讨采空沉陷影响区面积预测方法的基础上,提出了采空沉陷影响区的水土保持措施。     

采煤沉陷对土壤侵蚀与土地利用的影响预测

中国新建和将建的煤矿区主要集中分布在生态脆弱的晋、陕、蒙区,生态环境压力大。正确预测采煤沉陷引发的人为加速土壤侵蚀与土地利用变化,可为生态脆弱煤矿区的生态恢复和重建提供依据。该文采用RS、GIS为手段进行信息提取和图形叠加,结合类比法和专家咨询法等,研究了山西大同塔山矿采煤沉陷引发的土壤侵蚀和土地利用的变化。结果表明：1)采煤后88.80%土地发生不同程度的沉陷。2)沉陷后土地年土壤侵蚀总量增加42.32～79.05万t,单位面积年侵蚀量增加了246.01～464.56 t/km²,侵蚀模数为2321.78～4335.64 t/(km²·a),部分地块沉陷后土壤侵蚀强度上升了一个等级。3)地表移动变形产生的裂缝、陷坑、塌方或小滑坡等,使农用地被分割而破碎、地块变小,其中,沉陷后旱地最小斑块面积为7.72 m²,有林地最小斑块面积为72.95 m²,灌木林地最小斑块面积为6.71 m²,疏林地最小斑块面积为75.79 m²,中覆盖度草地最小斑块面积为14.81 m²,低覆盖度草地最小斑块面积为9.44 m²。局部裂缝密集带,可造成土地毁坏。4)除工交用地和居民点用地外,原地貌沉陷后土地利用率,较原地貌降低10%的比例为14.05%,降低10%～20%(含10%)的比例为85.18%,降低20%(含20%)以上的比例为0.77%。     

采煤沉陷区土壤重金属含量对土壤酶活性的影响

为探明煤矿沉陷区土壤受重金属污染情况,探讨重金属含量对酶活性的影响,以焦作韩王煤矿沉陷区为例,通过野外调查与采样和室内分析,研究煤矿沉陷区土壤中重金属累积特性与土壤酶活性的变化。结果表明:研究区土壤中重金属Cu、Zn、As、Mo、Hg、Pb、Cd等含量均高于对照小区的含量,且有明显的空间异质性;沉陷区各种酶活性大都低于对照点,其在空间分布上受重金属的影响,重金属Co、Ni对大多数酶有促进作用,As、Mo则对酶活性有抑制作用,重金属对酶活性的影响取决于重金属的类型与含量;在研究区,蔗糖酶对重金属污染较为敏感,表明蔗糖酶可作为评估煤矿沉陷区土壤环境质量变化的有效指标。     

高潜水位平原采煤沉陷区耕地损毁程度评价

中国煤炭与耕地分布复合区面广量大,煤炭开发不可避免地造成耕地减产或绝产。该文针对高潜水位平原型采煤沉陷区,在明确评价单元的目的性和尺度差异性基础上,基于农用地分等理论并兼顾采煤沉陷特点,构建了包括耕地土壤特征、耕地环境变化和耕地配套设施3个准则层、15个指标的评价指标体系;基于最差因子判别法与综合指数法,提出了耕地损毁指数模型。通过案例进行应用与验证,结果表明:沉陷盆地上坡、中坡、下坡及坡底的损毁指数分别为0.081、0.190、0.248和1,耕地损毁程度分别为轻微、轻度、中度和极严重损毁,在全面反映耕地损毁状况的同时,评价结果也能与农用地等级更新有效衔接。     

基于GlobeLand 30数据和CA_Markov模型的郑州市2000-2020年地表覆盖变化特征及预测分析

[目的]针对不同分类算法对地物识别结果的差异性导致地表覆盖变化分析难以为城市变化提供参考信息和决策依据问题.[方法]研究以GlobeLand 30标准产品为数据源,结合CA_Markov模型,对郑州地区2000 2020年土地利用变化速度、幅度、程度,以及熵值演变方向等时空变化特征进行分析与模拟预测.[结果] (1) 2000-2010年,郑州地区人造地表显著增加,湿地、耕地、草地有一定程度的减少,其中人造地表和湿地的变化速度相对较快;(2) 2000-2010年,郑州地区土地利用程度变化量为8.04,土地利用信息熵和均衡度都有所提升,优势度相应降低;(3)预测2020年郑州地区地表覆盖状态同2010年相比,人造地表和草地分别增加68.88％和49.99％,水体、湿地增加幅度均在30％以上,耕地、林地有一定程度的减少.[结论] 2000-2020年,郑州地区土地利用总体分布格局具有显著性差异,土地利用的复杂性增加,环境问题日益凸显.     

矿区高强度开采地表损坏动态预测模型

矿区地下资源的高强度开采势必引起耕地等地表附着物的严重破坏,尤以动态破坏影响较大。为对矿区高强度开采条件下地表动态损坏进行预测,该文首先通过相似模拟试验,揭示了高强度开采下覆岩和地表沿工作面推进方向周期性破坏的特征。然后,根据充分采动阶段的实测资料,检验分析了高强度开采地表下沉速度的右偏偏态分布规律,并总结了下沉速度动态分布的周期性,及其与工作面推进位置的相对位置关系。最后,据此构建了基于对数正态密度函数的地表损坏动态预测模型,并采用实例对预测模型的预测精度进行了验证,结果显示预测和实测曲线的决定系数在0.9以上,标准差与实测最大下沉速度值的比值小于7.0%,表明预测模型具有较高的精度,较为符合现场实际。研究结果可对类似条件矿区开采地表损坏动态预测提供指导。     

门头沟西侧小流域地表雨水资源量预测

应用传统的径流系数法与SCS-CN模型法预测了北京市门头沟西侧小流域雨水资源利用潜力,并对比了不同方法预测的雨水资源量及其时空分布规律。结果表明,径流系数法预测的丰水年(P=25%)、平水年(P=50%)、枯水年(P=75%)和多年平均年份地表雨水资源量分别为:2.84×10⁷m³,1.98×10⁷m³,1.22×10⁷m³和2.14×10⁷m³。模型法预测的丰水年、平水年、枯水年和多年平均地表雨水资源量分别为:3.21×10⁷m³,2.16×10⁷m³,1.31×10⁷m³和2.50×10⁷m³,经验法预测值小于模型法。夏季的7月,地表的雨水资源利用潜力达到相应特征年份的最大值。     

河北省近50年气候变化对地表径流量的影响

利用河北省境内68个气象站、105处水文站1956-2000年近50年的气象数据、地表水资源评价数据,分析了气象要素和径流量的变化规律。20世纪60年代以来,河北省年平均气温逐渐上升,90年代比60年代升高0.9℃。从年代上看,河北省年平均水面蒸发量总体上呈现下降趋势,平均每10年下降62 mm。全省多年平均降水量,随年代逐渐减少,90年代比50年代减少60 mm。全省多年平均地表径流量为120.2×108m3,从20世纪50年代至90年代呈逐渐减少的趋势,平均每10年减少19.4×108m3。地表径流量随降水量的减少而减少,随气温的升高而下降,用回归方法建立的径流量与气象要素之间的模型为对数型非线性模型。通过灵敏度分析,降水量变化对径流量的影响明显大于气温、水面蒸发量变化对径流量的影响。根据未来气候变化情景对径流量的预测,2030年全省地表径流量为114.36×108m3~138.24×108m3;2050年为106.8×108m3~137.8×108m3。     

黄土高原采煤沉陷对土壤微生物群落的影响

采矿对环境本底影响极大,近自然恢复是唯一可行的手段.土壤微生物影响物质循环转化,对生态恢复起重要作用.厘清土壤微生物群落如何适应和进化,不同菌群之间如何互作,哪些功能群更适应干旱、贫瘠的环境,对提升矿山生态恢复力至关重要.利用高通量测序和分子生态网络方法探索东坪煤矿和大柳塔煤矿地表沉陷区土壤微生物群落结构与组成、主要种...     

基于多项式分布滞后模型的上海市地面沉降验证与预测

[目的]对上海市地面沉降进行验证与预测,为地下工程建设和地下水开采格局的科学调整提供参考。[方法]基于地下水抽灌量、地面沉降和土层分层变形等长期监测数据,研究地面沉降量与地下水开采量、土层分层变形量之间的相关性,并结合上海市地面沉降特性及原因,建立考虑地下水开采量和第4含水层变形量的地面沉降多项式分布滞后模型(PDL模型)。[结果]①上海市累计地下水开采量、第4含水层累计变形量与累计地面沉降量之间均具有高度的正相关性,但由于砂土蠕变、弱透水层释水缓慢等原因,地面沉降相对于地下水开采量和第4含水层变形都有着一定的滞后性;②采用考虑滞后效应的多项式分布滞后模型预测地面沉降,其计算结果相对误差较小、拟合效果较好;③若以当前采灌格局及第4含水层变形量作为参考进行预测,地面沉降在2019—2024年间将会发生稳定的轻微回弹现象。[结论]上海市地面沉降与地下水开采量和土层变形量之间有着较高的相关性,且控制地下水开采能够有效缓解地面沉降的发展。     

神府煤田风沙区采煤塌陷对风蚀的影响

[目的]探究神府煤田风沙区采煤塌陷对风沙活动的影响,为矿区防治风蚀危害和植被恢复提供科学依据。[方法]以塌陷区扰动地表为研究对象,通过野外定位观测,研究塌陷1~2a沙丘典型位置及不同的地表破损率对风蚀/风积量影响。[结果]塌陷1a、塌陷2a和对照(非塌陷)沙丘不同典型位置的风蚀/风积深度分别达到-28.2,-45.6和-2.8cm,其整体的风蚀概率达60%以上,90%以上和10%以下。地表破损率越大,其地表风积过程越显著,且随着地表破损率的减小,风沙运动状态逐渐由风积填缝过程转化为风蚀过程,其风蚀/风积深度(Q)与地表破损率(V)呈多项式函数关系。[结论]采煤塌陷有效地促进了风沙运动,改变了局部的风蚀/风积深度,可能引起固定半固定沙丘重新活化。     

风沙区采煤塌陷对沙质地貌及植被生境的影响

为了探究风沙区采煤塌陷引起的“二次荒漠化”问题与治理对策,通过野外分区调查及统计分析,对塌陷区塌陷边缘、塌陷中部及塌陷盆地引发的塌陷裂缝变化、植被位移及倾斜、干沙层及风蚀/风积情况进行了详细的研究。结果表明:塌陷边缘形成的裂缝宽度、密度最小,塌陷中部次之,塌陷盆地最大,而裂缝错落和地表破损变化则反之;塌陷区植被平均位移长度达60 cm以上,倾斜率变化为5.67~28.63,主干根部风蚀/风积最大深度达-30.52 cm/+25.41 cm,以塌陷边缘最为严重;植被的位移长度和倾角变化与塌陷裂隙高度和地表破碎呈正线性相关;塌陷边缘干沙层平均厚度达14 cm以上,比对照增大了4~6 cm,而塌陷中部和塌陷盆地变化在11 cm左右,比非塌陷增加了1~4 cm;塌陷边缘风蚀率高达83.34%,塌陷中部次之52.06%,而塌陷盆地风积率为51.84%。塌陷边缘对沙质地表和植被生境影响最为强烈,为生态修复的重点区域,建议采煤塌陷后及时进行分区治理,避免“二次”荒漠化现象的发生。     

淮南典型矿区不同塌陷年龄沉陷塘水中微量元素浓度特征及健康风险

[目的]研究淮南典型矿区不同年龄沉陷塘水体5种微量元素Mn, Ni, V,As和Cr浓度变化特征及来源,旨在为采煤沉陷区微量元素风险管控、沉陷塘水环境污染治理提供科学参考和依据。[方法]测定水样的微量元素Mn, Ni, V,As和Cr的含量,运用Pearson相关性和主成分析法识别微量元素的来源,同时采用美国环境保护局(USEPA)推荐的健康风险模型对其进行健康风险评价。[结果](1)沉陷塘水体微量元素As和Cr的含量符合中国地表水Ⅱ类水质标准,元素Mn, Ni和V的含量在中国地表水环境质量标准限值之内。(2)不同塌陷年龄沉陷水体微量元素总体变化趋势表现为：青年矿>老年矿>中年矿,随塌陷年龄增加,研究区沉陷水体微量元素含量整体上呈下降趋势。(3)不同年龄塌陷水体通过饮水途径摄入的非致癌健康风险不会对人体健康产生影响。不同年龄塌陷水体致癌元素(As, Cr, Ni)成人和儿童年均致癌健康风险值在可接受范围内,其中青年矿元素As的致癌风险值相对较大,接近USEPA限值。[结论]受采煤活动影响,煤矿开采初期,沉陷水体微量元素浓度较大,应做好敏感微量元素治理和安全风险管控;随塌陷年...     

基于Meta分析的神府榆采煤塌陷区植被变化研究

采煤塌陷是发生在井采矿区的一种严重的地质灾害。为了定量评估采煤塌陷对植被的影响,在收集有关神府榆采煤塌陷区植被研究文献的基础上,采用Meta方法对现有的20多份研究结果进行了整合分析。结果表明:植被盖度在塌陷发生初期有所下降,塌陷两年后又呈上升的趋势,并超过塌陷前水平。经塌陷干扰后,矿区主要优势种有一些变化,一般而言,地表植物种数在塌陷发生1~2 a后有一定程度的增加,且塌陷区新增的植物种多是以沙米（Agriophyllum squarrosum（Linn.）Moq.）、角蒿（Incarvillea sinensis Lam.）等为主的短命或类短命荒漠植物。塌陷区植被变化特征展示了自然恢复在植被建设中的重要作用。神府榆矿区,以至黄土高原的生态建设需要采取自然修复为主与人工修复相辅的方式整体推进。     

大型煤炭开采项目采空塌陷区水土流失监测方法初探

大规模煤炭生产引发的采空塌陷区对水土保持生态环境的影响很大.积极探索新型煤炭生产模式下的人为水土流失的监控思路与监测方法意义重大.对采空塌陷区采用塌陷监测带的方法,因地制宜地综合考虑了地形地貌、地表被覆物、交通、农业生产等多种因素,合理布带,综合应用多种监测方法,形成时间纵向与空间交叉的立体监控体系.这种监测方法可适应新型长臂机械化综合开采法的煤炭生产的条带式作业布局方法,具有"集中布设,方便管理,监测手段集中,内容全面,信息量大"的特点,是当前水土保持监测工作的一种探索,同时它也需实践的进一步检验.     

不同有机肥对采煤塌陷区土壤氮素矿化动态特征研究

为揭示不同有机肥对煤矿复垦土壤氮素矿化特性的影响,以山西省孝义市水峪煤矿采煤塌陷复垦土壤为研究对象,采用室内好气培养法,研究在40%含水量和30℃培养条件下,施用3种有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)后在0~161天的氮素矿化动态特征,以明确不同有机肥对该矿区复垦土壤氮素矿化特征,从而预估不同有机肥的供氮特性,为合理施用有机肥进行低产农田的培肥改造提供科学依据。结果表明:(1)各处理0~14天铵态氮含量均随培养时间的延长迅速下降,与培养时间呈极显著负相关关系(P<0.01),14~161天土壤铵态氮含量维持在较低水平,培养结束时,各处理铵态氮含量均低于1.31mg/kg。(2)各处理土壤硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量变化均呈近似的“S”形曲线递增,表现为0~56天缓慢增加,56~84天迅速增加,84天至培养结束(161天)其含量基本不变。培养结束时不同处理间硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量整体上均表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白,且鸡粪较猪粪和牛粪处理间存在显著差异,猪粪和牛粪较空白处理间存在显著差异(P<0.05)。(3)不同施肥处理出现氮素净矿化的时间点不同,其中鸡粪处理在第14天时最早出现净矿化现象,而猪粪和牛粪在培养28天后才出现明显的氮素净矿化。(4)不同施肥处理在培养的不同阶段硝态氮和矿质氮累积速率不同,但整体趋势一致,表现为培养0~84天各处理土壤累积矿化波动较大,56~84天达到峰值,培养84~161天各处理矿化速率平稳下降。总体来看,有机肥的施入能有效促进煤矿复垦土壤氮素矿化,从而提高土壤氮素有效性。其中,施鸡粪较猪粪和牛粪对提高矿区复垦土壤有效氮效果更好。4种处理的氮素矿化效果总体表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白。     

山西采煤造成的土地荒漠化及趋势分析

 以山西省煤矿区土地为研究对象,对山西省采煤破坏土地所造成土地荒漠化程度、范围、分布等方面进行研究,应用山区地表移动变形预测数学模型和统计学方法,对未来5年煤矿区的土地破坏状况进行预测。结果表明:1949—2004年间,山西省因采煤导致的土地荒漠化面积累计1151.9 km2,其中采煤塌陷面积1 113.8 km2,废弃物压占面积15.1 km2,露天开采破坏面积23.0km2。在采煤塌陷破坏的土地中,耕地占42.8%,未利用地占43.2%,其他已利用地占14%。采煤塌陷土地破坏程度的比例为轻度42.6%,中度39.0%,重度18.4%。预测结果表明:到2010年山西省煤矿区的土地破坏总面积将达到1853.9 km2,其中塌陷地1 811.7km2。研究结果为山西省煤矿区土地荒漠化治理、生态环境评价以及可持续生态系统的重建,提供了翔实的基础数据和决策依据。     

采煤沉陷区包气带土壤水力参数测定及特征分析

为研究矿山采煤沉陷中的裂隙对包气带土壤水力参数影响,通过对淮南潘一煤矿沉陷区包气带土壤颗粒组成、水分特征曲线(SWCCs)和非饱和导水率曲线(UHCCs)测试分析,并与非沉陷区进行对比分析讨论。结果表明:处于稳沉阶段的沉陷区,其裂隙对包气带土壤水力参数产生影响表现为沉陷作用降低了包气带SWCCs斜率,且地表深部隐伏裂隙减小了SWCCs中的进气值,导致沉陷区包气带土壤释水能力增大;UHCCs测定分析表明,在相同基质势作用下,沉陷区土壤UHCCs明显低于对照组,由于沉陷产生的裂隙中的水最先被排空,形成不导水的空隙,导致非饱和导水率下降。研究结果为沉陷区水分运移试验研究提供一定理论与指导。     

毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间变异研究

探讨毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间分布及变异特征,为矿区生态恢复提供理论依据。通过线性取样方式,采用经典统计与地统计学方法,研究了塌陷区及非塌陷区(对照)沙丘典型位置0—100cm范围内土壤水分空间分布特征及变异规律。结果表明:非塌陷区(对照)沙丘典型位置纵横向各层次的土壤水分变化,其概率曲线分布均为正态分布,符合毛乌素沙地常规沙丘土壤水分时空变化特征,而采煤塌陷2年后,其纵横向各层次土壤水分的变异程度差异较大,土壤水分流失严重,比对照沙丘减小了近10%~30%,标准差变化在0.54~1.05,比非塌陷区(对照)增大了52.08%,正负偏离程度大于1的概率超过50%,变异系数变化在0.14~0.28,比非塌陷区(对照)增加80%;采煤塌陷后各层次土壤水分均值、标准差、方差及变异系数都有很大变化,尤其对中层(30—70cm)的土壤水分影响最大,而对表层(0—20cm)和下层(80—100cm)土壤水分影响不明显。采煤塌陷区纵横向各层次土壤水分离散程度大大提高,增强了土壤水分的空间变异。