耦合多因子的地表生态状况指数在干旱半干旱区露天矿的应用效果评价

矿区生态环境遥感动态监测是指导绿色矿山建设和生态恢复的重要基础。 耦合绿度、热度、干度、湿度、 亮度多种生态因子的指数,如遥感生态指数( Remote Sensing Ecological Index,RSEI)、地表生态状况组成指数( Land Surface Ecological Status Composition Index,LSESCI)具有可视化、可扩展等优势,已被广泛用于矿区生态环境监测中,但 地表生态状况指数在不同景观条件和露天开采模式下表征矿区生态环境的适宜性及差异性尚不明确,并且研究区多 为单一矿区易忽略因生态环境背景差异导致的区域异质性。 因此,以新疆位于不同生态功能分区以及地形条件下的 金宝铁矿区、黑山煤矿区和乌拉根锌矿区为研究区,基于长时间序列 Landsat 遥感影像提取绿度、热度、干度、湿度、亮 度生态因子耦合构建 LSESCI、RSEI、改进遥感生态指数(Modified Remote Sensing Ecological Index ,MRSEI)及标准化遥 感生态指数(Standardized Remote Sensing Ecological Index,RSEIs) 4 个地表生态状况指数,结合土地利用数据和 DEM 数据,通过相关性分析、缓冲区分析、滑动滤波、Sen+MK 等多种方法综合分析,揭示了基于卫星遥感数据反演获取的 地表生态状况指数表征不同生态功能区露天矿地表生态状况性能的差异性。 结果表明:① 不同地表生态状况指数与 绿度、热度、干度、湿度、亮度各生态因子的平均皮尔森相关系数达到 0. 6 以上,其中 RSEI 指数对各生态因子拟合程度 最好。 ② 结合土地利用数据和 DEM 数据,LSESCI 指数能够有效区分位于山前冲洪积扇区的金宝铁矿露天采区和原 地貌裸土及山间谷地,不会过低估计生态环境质量,能够反映露天开采对生态环境的影响范围。 对于原地貌有低覆 盖植被且存在土地盐渍化的研究区,如黑山煤矿区和乌拉根锌矿区,相比 MRSEI 和 RSEIs 指数,RSEI 指数与湿度、热 度等生态因子相关性更高,不会低估研究区的生态环境质量。 ③ 基于 Sen+MK 时间序列分析算法和最优指数,对 2005—2020 年各矿区的生态环境时空变化特征进行了分析,露天开采对研究区内生态环境质量“良”和“优”的土地 影响不大,通过露天开采占用、挖损的土地主要为生态环境质量“中”的土地。 相比黑山煤矿区,金宝铁矿区和乌拉根 锌矿区的生态环境质量显著下降区域面积小,通过复垦及生态恢复生态环境质量显著提高的面积比例高,其中乌拉 根锌矿区复垦率为 34. 58%,金宝铁矿区复垦率为 20. 75%。     

基于RSEI的平朔矿区生态环境变化研究

矿区生态环境问题涉及到社会经济可持续发展,历来是社会关注的焦点。本文选取1987、1998、2007、2013、2018五期遥感影像为数据源,提取绿度、湿度、干度、热度指标,采用主成分分析法计算各指标贡献率,构建RSEI模型,研究平朔矿区32年的生态环境质量及其变化趋势。结果表明：1987-2007年,受煤炭开采的影响,矿区生态环境质量下降,RSEI指数由0.564下降至0.512;2007-2018年,矿区大力开展生态恢复治理工作,生态环境逐渐改善,RSEI指数逐渐上升至0.576,生态质量优与较优等级的面积分别提高了4.14%和3.65%。矿区北部地区生态质量较好,安家岭及安太堡露天矿周边及南部地区生态质量较差,经生态恢复治理后,煤矿周边及南地区生态环境得到改善。建议后续仍应着重开展南部地区生态治理工作,注重整体土地利用的协调性。     

辽宁海城-大石桥菱镁矿矿集区生态环境变化的遥感评价

辽宁海城-大石桥地区是中国最大的菱镁矿基地,露天开采使周边生态环境恶化。为了更好地开发矿山、保护地区生态,本文对其环境质量进行监测与评价。选取1984年、1990年、2007年、2010年和2016年Landsat遥感影像,提取绿度、湿度、干度和热度四个生态因子,通过主成分分析法构建遥感生态指数（RSEI）模型,并结合土地利用类型的变化来分析研究区生态环境演化。结果表明,1984—2016年间RSEI指数均值呈先上升后下降再上升的趋势。通过RSEI值分级结果可以看出,生态质量差的区域整体呈现先升高后下降的趋势,生态环境质量优的区域呈波动上升趋势,生态质量良的区域面积最大。结合RSEI值分级和土地利用分类,分析研究区生态环境变差的主要原因：一是城镇化规模扩大,林地及耕地被侵占或林地被改造为耕地;二是菱镁矿的露天开采及排土场影响了矿区环境。后期生态环境改善则是因为矿区复垦、植树造林,提高了林地面积,改善了环境质量,环境治理成效明显。该研究可为露天采矿地区的生态监测及治理提供一定的科学依据。     

基于遥感生态指数的达州市生态环境质量评估

当前，在城镇化建设飞速发展的同时城市内的生态环境问题也日益突出，如何高效、快速地对区域环境状况进行监测和评估是当前研究的重点。文章以达州市为研究区，选取2006年、2010年、2016年和2021年4期LandsatTM/OLI影像数据生成绿度、湿度、干度、热度4个重要生态指标，结合主成分分析构建遥感生态环境质量指数(RSEI)评价模型，分析达州市生态环境质量变化，研究结果显示：1)通过主成分分析可知，第一主成分贡献率全都大于57.5%,包含了4个分量指标的大部分信息，且影响其生态环境的主要因素为湿度、热度和干度指标；2)达州市的生态环境质量呈现不断上升趋势，RSEI最大值为0.49、最小值为0.42,总体呈现先上升后下降再上升的势态，其中生态较差的区域分布在西南部，生态环境质量较差的面积占比在减少，优的面积占比在增加，总体趋向于积极的发展方向；3)万源市的RSEI均值一直处于第一，宣汉县位居第二，渠县几乎处于最后，其他县区交替排在中间，主要原因是受到人类活动以及城市建设的扰动。     

基于遥感生态指数的矿井关闭前后生态环境时空变化规律研究

我国煤炭资源丰富,煤炭资源开采为地方社会经济发展发挥支撑作用的同时,也对矿区周围的生态环境带来重大影响。近年来,随着煤矿资源枯竭和国家去产能政策的出台,大量煤矿被关闭。现有研究多关注开采过程中生态环境的变化,较少涉及关闭矿井后生态环境变化规律的研究。为此,以徐州贾汪关闭矿区为例,选取2009—2021年的Landsat 5和8影像,采用遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)方法动态监测分析了该矿区关闭前后生态环境的时空演化规律。研究表明:矿井关闭后矿区整体的生态质量呈上升趋势,其中权台矿的RSEI值由2009年的0.432上升至2021年的0.568,旗山矿的RSEI值由0.490上升至0.546。贾汪矿区生态等级差和较差区域所占的比例在减少,由2009年的41.51%降为2021年的29.06%;生态等级良和优的区域所占比例在增加,由2009年的36.4%升为2021年的47.36%。另外,生态指数较低的区域不太稳定,重心迁移较明显,生态指数较高的区域相对来说较稳定且集中。将生态结果与高分辨率影像进行可视化对比,反映出利用30 m分辨...     

基于遥感信息的矿区生态扰动监测研究——以迁安市为例

矿产资源开发会引发一系列环境问题,制约了矿区城市的可持续发展,矿区生态环境扰动监测已成为矿区城市生态文明建设的重要组成部分。为研究矿区活动及矿区生态修复对我国典型矿产资源型城市——迁安市生态环境的影响,利用2000—2018年Landsat系列遥感数据对该市矿区生态扰动进行了监测研究。利用随机森林（Random Forest, RF）算法对迁安市2000—2018年间矿区演变进行了提取研究,并构建了遥感生态指数（Remote Sensing Ecological Index, RSEI）定量分析研究区生态环境质量及变化特征。研究表明：2000—2018年间,迁安市矿区范围变化明显,矿区总面积明显变少,且有修复效果优良的矿区;该市生态环境质量整体呈现波动下降趋势,其变化与矿区活动及矿区生态修复具有较强的相关性。结合RSEI时空分布与矿区生态修复活动,迁安市生态环境变化可分为两个阶段：①2000—2008年间,生态环境质量主要由优、良向中、差转变,生态环境质量改善和恶化面积占比分别为20.18%和34.31%;②2008—2018年间,生态环境质量整体上升,生态质量改善面积占比达到43.11%,且变化具有明显的区域性。2000—2018年,迁安市生态环境经历了先恶化、后逐步恢复的过程,表明该市在实行功能分区、健全矿产资源规划和矿区分区治理政策后,生态环境得到改善,生态修复效果显著,为矿区城市环境治理和生态文明建设提供了参考。     

沙漠浅滩地表径流保水煤柱留设生态意义及方法

生态脆弱矿区地表径流保护煤柱的留设直接影响流域生态环境演变。以陕北神南矿区为研究背景,通过野外地质调查、取样测试,查明了沙漠浅滩矿区流域生态承载特征,在导水裂隙带发育规律研究的基础上,剖析了传统保安煤柱留设的局限性,从地下水动力学角度,提出了基于采动分水岭的保水煤柱留设方法。结果表明:沙漠浅滩地表径流承载了干旱缺水矿区绝大多数生态、生活、生产用水,而沙漠浅滩地表径流91.33%的流量源自砂层潜水补给,研究区地表流域附近首采煤层导高预计发育为40.4~69.2 m,采动造成采空区上方砂层潜水位消失,而基于分水岭的煤柱留设方法避免了地表径流向采空区反向渗流。实践计算证明研究区内常家沟保水煤柱62 m,大于传统保安煤柱34.8 m。     

基于改进遥感生态指数的山西省及煤炭矿区生态环境分析

遥感生态指数(Remote Sensing Ecology Index,RSEI)是目前生态监测评价中使用较为广泛的一种遥感指 数,在矿区生态环境研究中也得到了大量应用。 但是其提出是基于城市区域的生态环境分析,对于黄河流域水土侵 蚀易发区的适用性尚待研究。 黄河流域中游煤炭矿区高强度、大范围开采带来的局部地质环境、生态状况改变,更对 该指数的适用性提出了挑战。 基于现有遥感生态指数并兼顾地域差异化特点,提出了一种改进型遥感生态指数 (Modified Remote Sensing Ecology Index,MRSEI),即在顾及绿度( NDVI)、湿度( WET)、热度( LST)和干度( NDBSI)因 子的同时,引入土壤侵蚀模型( The Revised Universal Soil Loss Equation,RUSLE),通过归一化运算获取土壤侵蚀因子 (Erosion),并将该因子纳入生态环境质量分析中。 通过在谷歌云平台( Google Earth Engine,GEE)上计算 MRSEI 并将 其应用于山西省及煤炭国家规划矿区,结果表明:① 与传统的 RSEI 相比,改进的生态指数 MRSEI 有效集成了绿度、 湿度、干度、热度和土壤侵蚀 5 个生态因子的综合信息,可以更全面客观地揭示山西省及煤炭国家规划矿区生态环境 及其变化;② 2000—2020 年,山西省的生态环境质量呈现先恶化后好转的趋势,空间分布特征主要表现为省域东南部 生态环境质量较高,而西北、西南区域相对较低。     

黄土高原矿区生态修复固碳机制与增汇潜力及调控

黄土高原矿区生态环境脆弱,科学认识黄土高原矿区生态修复固碳增汇机制、潜力对碳中和愿景目标至关重要。为此,需探究黄土高原矿区生态修复中碳汇形成的关键过程,修复的适应性和恢复力及增汇潜力,揭示矿区复垦土壤碳库稳定性机制,最终阐明矿区生态修复中固碳增汇的关键技术。结果表明：(1)黄土高原矿区生态修复碳汇形成的关键过程包含植物光合碳分配、土壤碳固持、微生物固碳和土壤呼吸等;(2)黄土高原矿区生态修复适应性总体呈东南高、西北低,适应性较差区主要分布于陕北与内蒙古和宁夏中部与内蒙古交界处。典型矿区生态恢复力指数为混交林（43.2%～100.0%）>阔叶林（49.2%～83.2%）>针叶林（47.9%～76.5%）>草地（39.1%～70.7%）>灌木草地（43.0%～69.0%）。修复年垦与土壤碳汇潜力呈正相关关系,修复10～15年时最高,混交林生态恢复耗时最长,但固碳潜力最大;(3)复垦土壤碳库稳定性机制与凋落物分解、黏土矿物交互作用、团聚体物理保护和微生物调控有关;(4)地貌重构-土壤重建-先锋植物/微生物-外源材料相耦合修复技术是黄土高原矿区生态修复固碳增汇的最优路径...     

高潜水位开采沉陷区土地利用及其碳储量变化遥感监测

利用遥感影像分类技术监测分析了高潜水位开采沉陷区土地利用覆盖变化情况,并基于已有的不同地类下植物和土壤的碳密度统计数据,对2000—2006年高潜水位矿区土地利用覆盖变化驱动影响下的碳储量变化进行了分析,对比发现土壤碳储量、植物碳储量都有不同程度的减少,研究区总的碳储量减少了约16%;由此说明高潜水位矿区开采沉陷不仅引起了区域土地利用与地表覆盖类型改变,同时还引起了区域总碳储量的减少,应该加强对采煤塌陷区土地的管理和生态治理。     

刊首语

煤炭开采带来的环境污染和生态破坏问题日益突出.在我国东部(含东北)地区,人口稠密、土地资源稀缺,大多数煤矿位于平原地区,主要环境影响是地表沉陷.在我国中部地区,山西煤炭开发强度大,生态环境较脆弱,主要环境影响是地下水径流破坏、潜水位下降和地表水减少,煤矸石和煤矿瓦斯产生量大.安徽、江西、河南、湖北、湖南5省主要环境影响是地表沉陷和瓦斯排放.在我国西北部地区,均处于干旱半干旱地区,水资源缺乏,植被稀少,生态环境脆弱,主要环境影响是地下水径流破坏、地下潜水位下降和地表水减少,引起地表干旱、荒漠化和植被枯萎,煤矸石和瓦斯产生量大.     

某金矿区下游土壤基于重金属化学形态风险评价及污染源解析

为定量评价某金矿对下游土壤中重金属的污染程度,基于潜在生态危害指数法及风险评价编码法,从重金属总量及化学形态两个维度来评价土壤的生态风险,并在分析重金属的富集系数与次生态、原生态相关性基础上,应用Pb同位素比值示踪土壤重金属来源。结果显示,随着与矿区距离的增大,除Cr外土壤中重金属大致逐渐减弱。土壤重金属总体呈现低风险。Cd具有较高的单项系数(均值72.50),但其有效态占比较低,集中在10%~17%,而Pb虽然总量较少,但具有较高的有效态占比,集中在15%~30%,Pb、Cd元素带来的潜在生态风险应重点关注。Pb、Cd、Zn次生态含量与其富集系数之间存在显著相关性,R2值分别为0.765 7、0.911 5、0.602 9,表明这三种重金属与矿区生产活动更为相关,即人为来源可能性更大,而Cu、Cr主要以自然来源为主。Pb同位素比值关系显示,土壤样品整体位于尾矿源(人为源)及成土母质(自然源)端元之间。随着与矿区距离的减小,重金属含量及可交换态大致呈现增大的趋势,206Pb/207Pb同位素比值呈现下降趋势,更偏向人为源,表明矿区生产活动对靠近矿区的土壤区域输入的重金属贡献更大,结合采样点位,矿区西北边界400 m以内区域需要重点关注。      

个旧卡房成矿区水文地质条件及水害治理措施

分析了个旧卡房成矿区地形地貌、气候、水系、含水层、构造和地表径流等水文地质条件,在此基础上,讨论了地下水对矿床充水的影响,并提出了水害治理措施及水资源利用建议,供类似矿区水害防治参考。     

矿区生态破坏碳扰动研究——以徐州九里矿为例

矿区煤炭开采对生态系统碳储量造成极大的干扰.以徐州九里矿区为例,运用遥感手段对矿区1995、2001、2009年各土地利用类型进行提取,集中分析矿区植被碳和土壤有机碳的变化情况.结果发现,1995年至2009年九里矿区土地利用变化明显;2009年矿区植被碳储量为3525吨碳比2001年有所减少;1995年、2001年、2009年土壤有机碳储量以2001年最小为174334.1吨碳,2009年土壤有机碳储量为182329.1吨碳,比2001年增加了7995吨碳储量.最后得出结论,矿区生态破坏对生态系统碳扰动明显.     

巨厚煤层高强度开采地表移动特征及机理研究

巨厚煤层的高强度开采,造成矿区地表出现地裂缝、台阶、塌陷坑等较大非连续变形,此种变形破坏力极大,给矿区居民生产、生活带来严重威胁,同时可能引起水土流失,诱发山体滑坡等次生地质灾害,对矿区生态环境造成极大破坏.文中针对西北黄土高原区巨厚煤层高强度开采地表出现较大地裂缝、台阶等严重灾害问题,通过现场调查、变形监测等手段,分析研究巨厚煤层放顶煤开采地表移动特征及破坏机理,有效控制地表出现非连续变形.研究结果可为指导矿井安全开采,有效保护地表建(构)筑物及矿区环境提供技术依据,提高矿井开采对生态环境保护意识,在煤炭资源开发过程中注重对生态环境的保护,实现煤炭开采与生态环境保护可持续发展.     

控制采矿干扰扩散的生态关键地段识别研究——以大冶市为例

控制采矿干扰扩散的生态关键地段对维持生态系统有着重要的意义。以典型的矿业城市大冶市为例,在GIS技术的支持下,根据最小累积阻力面模型原理,将作为“源”的矿山企业的影响系数进行量化,系统研究了干扰扩散的阻力构成和运作机理,构建了采矿干扰扩散的阻力面模型（MIDR）,最终识别出控制采矿干扰扩散的位置型关键生态地段,并对其空间分布的位置和规律进行了分析。结果表明,大冶市控制采矿干扰扩散的生态关键地段覆盖了主要矿山、生态敏感区与脆弱区,约占全市土地面积的23%,这些生态关键地段是维系矿业城市生态平衡与安全、改善环境质量的重点区域,加强这些关键地段的监管,能够有效控制矿山外部性的外溢,实现区域可持续发展。     

沁水盆地南部山西组煤储层产出水的化学特征

为研究沁水盆地南部柿庄南煤层气开发区块山西组3号主采煤层的地下水径流与水化学特征,从该区采集了煤层气井排出水样,对主要离子浓度进行测定,并分析离子浓度展布特征。研究结果表明:研究区水质类型以Na-HCO_3-Cl或Na-HCO_3型为主;由东向西呈现出水文径流区(氧化环境)到滞流区(还原环境)的过渡特征,受控于矿物溶解反应,KDS、Na~+、K~+、Cl~-、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-等离子浓度由东向西逐渐增加,SO_4~(2-)由于脱硫酸效应呈相反变化趋势,高产井多分布于高矿化度、高离子浓度的区域,离子浓度与矿化度指示了研究区的地下水径流特征,可以作为判断煤储层水动力条件与开发有利区的参考因素。     

基于遥感生态指数的平朔露天矿生态环境评价

平朔露天矿区复垦对维护周边环境及生物多样性有重要作用,利用平朔矿区1989—2018年4个时相的Landsat影像,运用主成分分析法,集成绿度(NDVI)、湿度(WET)、干度(NDSI)和热度(LST)4项指标构建遥感生态指数(RSEI)综合评估模型,对平朔矿区的生态环境状况进行综合评估。结果表明:平朔露天矿1989、1998、2007、2018年的RSEI值分别为0.564、0.547、0.512、0.576,说明研究区生态环境状况持续变差再转好;绿度和湿度对生态环境状况具有正向作用,而干度和热度对其起负向作用。     

神东矿区现代煤炭开采技术下地表生态自修复规律研究

 本文通过对神东矿区现代煤炭开采（超大工作面）不同扰动程度下地表变形和裂缝、地形、地表水、地表植被的持续动态监测,揭示了地表动态裂缝宽度自修复周期以及裂缝周边土壤水分恢复周期规律。研究表明,超大工作面显著增加了开采造成的地表稳定下沉区的面积和范围,显著提高了地表生态自修复能力。植被自修复能力草本＞灌木＞乔木,草本基本恢复到开采前状态,为解决矿区水环境改善、水资源供需矛盾以及区域经济可持续发展等提供了科技支撑。     

云南省威信县新庄矿区地下水资源分区

系统论述了新庄矿区地下水赋存特征,根据其补给、径流、排泄条件,赋水特征及水文地质特征等因素,对该区地下水资源进行了定性研究,并对其进行了分区,即矿区西部白水江上游地下水资源区、矿区中部斑竹河流域系统地下水资源区和罗布河系统的地下水资源区,以期使用该结果指导新庄矿区的总体规划.