基于时序NDVI的露天煤矿区土地损毁与复垦过程特征分析

露天煤矿区是人类活动强扰动地区之一。该文以阿巴拉契亚煤田区韦恩县为研究区域,应用遥感时序分析法分析了像元尺度的土地损毁和复垦过程特征。得出结论:1984-2010年间,韦兹县露天开采扰动区域占采矿权范围的45.80%,其中植被恢复区域占开采范围的66.45%,开采时间越早,植被恢复像元比例越高;开采造成的地表无植被覆盖期时长中位数为6 a,均值为7 a;已充分复垦的区域,NDVI值恢复至采前水平的加权平均时长为12 a。基于像元变化轨迹的研究,除揭示土地损毁-复垦过程特征外,能较好地反映空间异质性,可以为土地复垦管理和相关政策决策提供科学依据。     

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.     

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。     

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。     

贵州某煤矿矿山复垦存在的问题及复垦土地质量评价

煤矿开采破坏土地的再利用问题一直受到相关部门的高度重视。通过对煤矿复垦土壤质量进行现场调查,建立适宜性评价体系,分析其耕地利用方向的适宜性。研究结果表明:复垦土地存在一些质量问题,主要体现在土层厚度不均匀,土壤石砾含量过高,地块边坡存在安全隐患和配套水利设施不完善等;储煤场复垦后基本上达到耕地标准,矸石场和主井场未达到耕地标准。     

煤矿区井采土地复垦成本评价指标体系构建

以煤矿区井采为研究对象,建立了以自然环境条件、采矿条件、煤矿赋存条件3项为约束层,地形坡度、土地利用规划、煤层厚度等11个影响因子构成指标层的土地复垦成本评价指标体系,采用德尔菲法、层次分析法及YAAHP(V 6.0)软件确定了各项指标因子的权重。通过权重比较得出约束层的影响程度:煤矿赋存条件> 采矿条件> 自然环境条件,煤矿赋存条件中影响程度依次是:煤层厚度> 煤层倾角> 深厚比;采矿条件中各因子影响程度依次为:顶板管理方法> 采煤工艺> 采动程度;在自然环境条件下,土地利用规划> 有效土层厚度> 年降水量=土壤质地> 地形坡度。该评价指标体系的完善,为煤矿井采复垦成本修正系数的确定奠定基础。     

高标准基本农田建设评价模型的构建及建设时序的确定

高标准基本农田建设时序既要考虑建设的可行性,也要考虑建成后的稳定性。该文以黑龙江省富锦市为研究区,分别从自然质量条件、工程建设条件、经济社会条件和区位条件、生态条件、建设用地扩张动力等方面构建建设可行性和空间稳定性评价模型,运用理想解逼近法测算各评价单元的建设可行性和空间稳定性,最后用四象限法确定高标准基本农田建设时序。结果表明:富锦市高标准基本农田建设高度可行区域面积为13.18万hm2,中度可行区域面积22.72万hm2,低度可行区域面积22.18万hm2;高度稳定区域面积为7.58万hm2,中度稳定面积为27.73万hm2,低度稳定区域面积为22.77万hm2。基于空间稳定性优先的目标导向,分别确定国营农场辖区和地方政府辖区的建设时序。其中,国营农场辖区优先建设区域面积为6.75万hm2,主要分布在七星农场、创业农场、红卫农场、前进农场和青龙山农场;地方政府辖区优先建设区域面积为4.41万hm2,主要分布在二龙山镇、锦山镇、头林镇和宏胜镇。该研究结果可为高标准基本农田建设规划编制提供科学依据。     

基于多源时序NDVI的稀土矿区土地毁损与恢复过程分析

为分析稀土开采的时空分布及矿区土地毁损与恢复过程,该文以岭北稀土矿区为例,以1990—2016年的HJ-1B CCD、Landsat 5和Landsat 8遥感数据为数据源,结合回归分析法、遥感时序NDVI分析方法,对岭北稀土矿区的稀土开采状况及土地毁损与恢复情况进行分析。为减少不同数据由于传感器自身原因而带来的NDVI误差,采用回归分析法构建HJ-1B CCD、Landsat5/8数据的NDVI转换方程并利用均方根误差对转换方程的精度进行检验。结果表明:HJ-1B CCD、Landsat5/8数据的NDVI影像对应转换方程的R2值均超过0.9以及模拟影像与真实影像之间的均方根误差值均小于0.05,说明HJ-1B CCD、Landsat5/8的NDVI数据之间存在较为显著的线性正相关,所求的转换方程具有较高精度,可以消除数据来源差异对NDVI的影响;稀土开采时空分布分析表明岭北稀土矿区在2001—2004年、2006年的开采面积较大,均超过1 km~2,其中2006的开采面积最大,达到2.546 1 km~2;稀土开采在空间分布上较为分散,不仅增加了监管的困难,造成了资源的浪费,还一定程度上增加了治理困难;土地毁损与恢复分析表明受到人为扰动的区域占矿区总面积的54.59%,其中受森林砍伐扰动影响的面积最大,为86.5341 km~2;稀土开采扰动的土地面积为11.354 4 km~2,其植被恢复的平均加权时长为11年。其中复垦恢复的面积为5.004 9 km~2,仍有6.349 5 km~2的区域植被未恢复,急需治理。该研究能较好的反映稀土干扰下的土地毁损与恢复过程,为岭北稀土矿区的生态环境治理及矿区的可持续发展提供借鉴。     

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DSR模型的煤矿废弃工业广场再开发时序评价体系

为提高煤矿废弃工业广场再开发效率,从"城市双修"视角出发,基于驱动力-状态-响应(driving force-state-response,DSR)模型框架,建立由3个一级指标、7个二级指标、16个三级指标组成的煤矿废弃工业广场再开发时序评价体系。以北京京西煤矿为例,采用赋值法进行指标量化分级,利用四象限法对驱动力D、状态S和响应R结果进行耦合处理。结果表明:长沟峪(D=3.818,S=3.848)、大台(D=3.732,S=4.603)和木城涧(D=2.646,S=4.522)划属近期开发;王平(D=4.240,S=3.187)、千军台(D=2.248,S=3.887)和大安山(D=1.792,S=4.39)划属中期开发;安家滩(D=2.118,S=1.464)和花坡根(D=2.798,S=1.907)划属远期开发。该时序评价体系将煤矿废弃工业广场再开发与城市发展紧密结合,以更全面的视角进行时序评价,准确性更高、适宜性更强,为同类型废弃工业广场再开发时序评价提供借鉴参考。     

土地复垦矿区的景观生态质量变化

为揭示土地复垦对矿区景观生态状况的影响,以徐州市贾汪矿区为例,运用RS、GIS和景观生态学方法,从生态系统稳定与干扰程度2个方面构建景观生态质量评价模型,并分析评价了该区的景观生态质量及变化。研究结果表明:2001-2010年间,贾汪矿区景观生态质量发生了明显变化,总体呈变好的趋势。2001年和2010年景观生态质量达到稳定和较稳定的面积分别为49994.86和56160.31hm2,2010年比2001年增加了6164.45hm2;从总体变化看,变好和略微变好的地区约占28.23%,主要分布在破坏较少的山区和煤矿复垦区,表明土地复垦工程对矿区生态环境起到了一定的改善作用。变差和略微变差的地区约占19.44%,表明部分地区生态环境质量仍在下降,主要由于城镇化的快速发展,煤炭开采的继续,环境保护措施不及时以及复垦地区的二次塌陷、治理标准低等原因。因此,需加大对生态脆弱区的环境保护,完善矿区复垦技术规程,制定生态修复策略,从而实现矿区土地的可持续发展。     

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。     

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。     

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。     

采煤预塌陷区超前复垦适宜性评价及复垦方向划定

为有效指导矿区复垦规划设计与复垦工程施工,从表征地形地貌、区位条件、土壤条件和人文条件的4个方面选取10项指标构建了土地复垦适宜性评价体系,基于ArcGIS栅格分析功能,系统运用三角模糊层次分析法、灰色关联度法和改进的极限综合评价法,以赵固一矿为例,实现了对采煤塌陷地超前复垦适宜性评价,并在此基础上对各复垦方向进行等级划定。结果表明:1)将塌陷地按照宜耕、宜园、宜林3个复垦方向,分别划分为4个适宜等级:高度适宜、中度适宜、勉强适宜和不适宜。不同复垦方向对生态环境的适宜程度存在差别,主要表现为林地园地耕地;2)基于GIS将研究区划分为属性基本一致的102个评价单元,综合考虑适宜性评价结果及区域自然经济和基础设施条件,将研究区划分为4个复垦分区,10个分区等级:其中耕地适宜区面积1 296.09 hm2,占总面积的62.95%,主要分布在中西部塌陷地轻中度损毁地带;园地适宜区面积为16.29 hm2,占比0.79%,零星散布于轻中度损毁区;林地适宜区面积689.49 hm2,占总面积的33.48%,主要分布于中东部塌陷地轻中度损毁地势起伏较大的区域;不适宜区面积57.15hm2,占总面积的2.78%,主要集中分布在中部重度积水区北侧边缘区域。该文的评价方法兼顾了不同复垦方向评价指标的贡献度差异和评价者的主观模糊性,采用GIS技术减弱了人为干扰,使评价单元划分更加合理,较传统评价方法具有更好的适用性,评价结果更加科学、可靠。     

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。