基于像元二分法的大宁矿区植被覆盖度研究

为探究山区矿区内植被覆盖变化情况,以大宁矿区为例,基于1998—2017年Landsat影像,通过选取7个时期的数据代入像元二分法模型中,反演出矿区不同时期的地表植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover,FVC）,同时利用Sen+Mann-Kendall趋势分析方法计算了矿区植被覆盖度变化趋势。通过研究大宁矿区不同时期植被覆盖度的时空变化特征及变化趋势,结合井下工作面开采活动,定量分析了研究 区19 a植被覆盖度的时序变化特征,并根据研究区情况提出了合理建议。研究表明：①1998—2017年,研究区整体植被覆盖面积增加了4.724 1 km2,变化趋势为平缓向好的发展趋势,矿区植被覆盖面积占比达到 87.52%,主要得益于相关环境保护与生态建设政策的实施以及矿区所处环境的影响;②通过分析2005—2010年间地表植被对开采活动的响应,发现工作面开采后植被覆盖面积均小于开采前,说明开采活动会导致矿区 植被减少,使矿区生态环境遭到破坏;③通过对矿区整体与矿区工作面的地表植被覆盖度反演发现,研究区植被覆盖度与矿区开采活动在时间和空间上具有一致性。     

GIS支持下的矿区土壤含水量遥感反演及变化规律

遥感方法可以开展大范围土壤含水率的连续监测,其技术关键是建立土壤含水率的遥感信息模型.针对矿区采动影响特征,提出了应用归一化植被指数NDVI=0.3作为判别高、低植被覆盖条件的阈值;裸地或低植被覆盖条件(NDVI≤0.3)采用基于热惯量理论的表现热惯量法(ATI)、高植被覆盖条件(NDVI＞0.3)采用作物供水指数法(VSWI)来反演土壤含水量.并根据采后"三带"高度和植被覆盖情况,将矿区分为6种不同的研究区域,提出应用MODIS数据和TM/ETM 数据定量反演矿区土壤含水量,进一步提出了在GIS支持下,由非采煤区推算采煤区采矿前的土壤含水量以及分析采矿前后土壤含水量变化规律的理论和方法.     

露天矿区植被协同演变多源数据时序分析 ——以准格尔矿区为例

为揭示露天煤矿排土场复垦区人工植被与矿区外围未扰动的原始植被间的协同演变规律,研究基于Landsat TM/OLI与MODIS卫星遥感数据,结合气象台站观测数据,采用一元线性回归法,分析准格尔矿区1988—2020年的归一化植被指数(NDVI)与植被覆盖度的时序变化,对Landsat卫星热红外波段数据反演得到准格尔矿区...     

准南煤田阜康矿区地表植被覆盖度变化趋势分析

为了解准南煤田阜康矿区地表植被变化情况及趋势,采用归一化植被指数法对Landsat遥感影像进行反演,得到矿区四级植被覆盖度面积,并采用灰色预测GM(1,1)模型对其变化趋势进行预测分析。结果表明:2007—2017年,1级与2级植被覆盖度面积呈先增加后降低趋势;3级与4级植被覆盖度面积呈相反变化趋势。矿区植被分布受区内地表河流影响显著,其中4级植被覆盖度区域沿矿区内河流沿岸分布相对集中。灰色预测GM(1,1)模型结果表明:2019—2027年,2级植被覆盖度面积呈逐年递增趋势,1级、3级与4级植被覆盖度面积呈逐年递减趋势。     

基于MAGA-PPC模型的胡家河矿区生态环境质量评价

矿山开采不仅破坏和占用大量土地资源,而且会对生态环境造成持久的负面影响。结合胡家河矿区2013—2020年8期逐年Landsat-8影像数据,通过计算植被覆盖度和景观格局指数,建立了矿区生态环境质量指标评价体系,并基于多智能体遗传算法的投影寻踪聚类(MAGA-PPC)模型对该矿区的生态环境质量进行了评价,分析了矿区地下开采对生态环境的影响。研究表明:2013—2020年,该矿区植被覆盖逐年下降,植被覆盖度均值总体减少,农用地减少,建设用地增加,矿区开采初期景观格局破碎化程度最高;随着矿区地下开采不断推进,矿区所有斑块在景观尺度水平上越来越聚集,整体景观水平破碎度明显减少,不同斑块类型交替出现的规律减弱,受矿区开采和土地复垦工作的共同影响,区内景观丰富度减少,各景观类型趋于均匀;MAGA-PPC模型评价结果反映出2013—2020年矿区生态环境质量整体呈下降趋势。     

新疆准东露天煤矿区地表温度反演及时空变化特征

使用Landsat7/ETM 于2005年7月22日和2013年6月10日过境的新疆准东煤田矿区的影像数据,运用单窗算法以及Weng算法反演准东煤矿开采前后的地表温度。通过反演结果与热红外辐射计实测数据对比证明在本研究区运用单窗算法反演地表温度较Weng算法精度更高。在此基础上,分析了不同时期准东矿区地表温度分布格局得出(1)时间尺度上,由开采前的最高温42.7℃上升至49.2℃,最低温保持在11-12℃。2013年地表温度平均值为35.1℃高于2005年的30.8℃。(2)空间尺度上,矿区地形独特,北方为喀拉麦里山,南方为天山绿洲带,两山包裹呈现典型的“热岛”效应。从2013年温度分布图可以看出明显的温度变化梯度,由外到内依次是荒漠草原、荒漠裸土、岩石裸地以及露天矿坑,地表温度呈现依次升高。总之,单窗算法反演精度高,适合干旱区露天煤矿地表温度反演。     

煤炭开采导致的农田生态系统固碳损失评估

煤炭开采活动损坏了原生地貌和地表植被,造成了矿区及其周边环境的破坏,引起植被-土壤碳汇量减少,导致了农田生态系统碳储量的大量流失。为了量化煤炭开采对矿区农田的生态影响范围,评估矿区农田生态系统固碳损失,本研究以长河流域矿区为例,构建了一种估算煤炭开采导致农田生态系统固碳损失的方法。利用矿区数据、遥感数据、气候数据、地理数据等确定农田直接受损区和参照区,通过测算直接受损区周边归一化植被指数(NDVI)的变化趋势确定间接受损区;采用增强自适应的遥感图像时空融合方法(ESTARFM)和CASA模型计算农田植被固碳量,实地采样并测试了农田土壤有机碳;结合矿区土地利用变化计算矿区农田生态系统固碳损失量。结果表明:2000—2015年,长河流域矿区因煤炭开采导致的农田直接受损面积为5.06 km~2,间接受损面积为18.99 km~2;矿区农田植被固碳量为3 936.16 t/km~2,土壤碳储存量为6 737.05 t/km~2;矿区农田生态系统固碳总损失量为30 737.68 t,其中直接受损区固碳损失量占总损失的42.12%,间接受损区固碳损失量占总损失的57.88%,表明间接受损区也应纳入煤炭开采导致的生态破坏的评估中;煤炭开采对矿区农田生态系统固碳量的影响属于失碳效应。     

基于多时相遥感数据的矿区地表植被与土壤变化监测

基于多时相的Landsat遥感数据,以陕西省榆林市大柳塔矿区为例,通过图像处理得到地面归一化植被指数(NDVI)和土壤指数两个研究要素,结合矿区采掘工作面,提取了采区和非采区样本点的时序数据,使用单一变量法对比分析其时序变化情况,并对研究区域的植被和土壤未来变化趋势作了预测。结果表明:矿井工作面采掘活动破坏了地面植被和土壤的稳定性,降低了其对环境影响的抵抗和恢复能力,矿区植被覆盖度逐年增加,但是土壤受侵蚀情况严重;在未来几年内,大柳塔矿区的植被覆盖度会持续增加,土壤较容易受到侵蚀,特别注意地面采矿活动区域和受扰动影响区域的土壤保护,改善土壤退化现状。     

遥感技术在乌达煤田火灾监测中的应用

 利用2001、2003、2007、2010年Landsat TM/ETM热红外数据对内蒙古乌达煤田的地表温度进行反演,分析了煤田火区的空间分布格局、空间演变态势与变化趋势,并监测了矿区十年的植被覆盖变化。结果表明：高温异常区范围明显,反演出的煤火区符合实际煤火区分布;12、13、14号火区面积减少,其他火区继续蔓延,并形成了新的煤火区;十年来矿区的归一化植被指数(NDVI)从0.0926减少到-0.0378,植被覆盖度逐年减少。矿区煤火遥感监测实现了火区的动态监测和新火区的预测,为煤田火区灭火工程、矿井安全生产和矿区可持续发展提供了辅助决策。     

基于高分二号卫星影像高潜水位煤矿区沉陷地土壤含水量监测

高潜水位地区煤炭开采破坏导致地表沉陷出现积水和斜坡,沉陷内土壤含水量会分布不均匀,影响农作物的生长,从而严重影响矿区居民的生产和生活。因此大范围快速、精确监测高潜水位地区煤矿开采区的土壤含水量具有重要现实意义。卫星遥感技术可以快速、准确、高效监测矿区土壤含水量。通过遥感手段对高潜水位采煤塌陷地土壤含水量进行监测,探求出一个比较方便、快速、合理监测高潜水位采煤塌陷地土壤含水量分布状况方法,为矿区环境影响评价、农作物估产、破坏等级评价、耕地损害补偿与土地复垦方案的编制提供参考依据。借鉴土壤含水量遥感监测经验,通过野外实地采集土壤样本并测量土壤光谱数据,在室内测量土壤含水量,分析实测地面光谱数据与土壤含水量的变化关系,结合实测的土壤含水量与光谱特征数据,对土壤含水量与实测水体光谱进行相关性分析,得到土壤含水量光谱数据敏感波段范围。结合高分二号卫星影像谱段数据特点,将实测光谱波长按照波段范围划分为与高分二号卫星影像谱段对应的4个波段,即450~520,520~590,630~690,770~890 nm,再取各个波段范围反射率的平均值与土壤含水量光谱反射率进行相关性分析,寻求高分二号卫星影像监测土壤含水量最敏感的波段数据,在确定遥感探测敏感波段的基础上,建立了土壤含水量与光谱反射率的遥感反演模型,即:S曲线模型、逆函数模型,基于预处理的高分二号卫星影像进行沉陷区地土壤含水量遥感反演,从而得到高潜水位采煤塌陷地土壤含水量的空间分布情况。研究结果表明不同土壤含水量的光谱特征基本相似,实测地面光谱数据与土壤含水量的变化关系为土壤光谱反射率随着波长的增长而增大,呈正相关关系;土壤含水量与高分二号卫星影像数据B3波段的反射率具有显著的负相关关系,可将B3波段作为监测土壤含水量最敏感的波段;通过对S曲线模型、逆函数模型进行分析与检验,S曲线模型比逆函数模型更接近实测值;基于高分二号遥感影像,利用S曲线模型进行遥感反演,可以迅速得到高潜水位采煤塌陷地土壤含水量空间等级分布图。     

采煤沉陷区深层土壤物理性质时空变化研究

为了研究深层土壤容重、孔隙度以及含水率时空变化,基于榆神府矿区纳林河二号矿采煤沉陷区实测数据,研究了0～10m深度的土壤含水率及土壤容重、孔隙度的时空变化规律。结果表明,随着采煤沉陷区形成时间的推移,土壤容重逐渐减小,孔隙度逐渐增加,土壤含水率有所恢复。在空间分布上,拉伸区土壤容重低于盆底区,土壤孔隙度高于盆底区,说明采煤沉陷对拉伸区地表结构的影响更为明显且持久|拉伸区土壤含水率变化小于盆底区,纵深方向上0～2m土壤含水率主要受采煤地裂缝影响,6～10m主要受地下水变化影响,中间为过渡地带,土壤含水率相对稳定。     

基于DEM的矿区表层土壤含水率的变化分析——以神东矿区为例

区推算出采煤区采矿前的土壤含水率。在构建神东矿区DEM的基础上,详细分析了矿区内的土壤含水率随高程变化的规律。研究结果表明,在单元水文地质区域尺度上,土壤含水率与高程成显著的负相关性关系;在矿区尺度上,土壤含水率与高程同样存在着显著的负相关性,但土壤含水率与高程的相关性明显减小,而且从1995-2005年,矿区的土壤含水率变化在低高程区域（900~1 000 m）有较大差异。     

盂县煤矿区及其周边农田土壤重金属溯源分析

煤矿区及其周边农田土壤重金属超标原因尚未达成共识,溯清煤矿区及其周边农田重金属之源,不仅对农田生态与环境保护具有较重要意义,而且对保障矿产开发利用、矿山企业发展、绿色矿山建设等具有较重要价值。以盂县煤矿区及其周边农田为研究对象,运用质普试验、经典统计学和地统计学等研究方法,通过农田土壤与煤、煤矸石和采矿废水中重金属含量及空间变化特征的对比,对研究区土壤重金属进行了溯源分析,不同样品重金属含量测定结果显示:除Hg外,煤粉的重金属含量是块煤重金属含量的1.05~1.99倍;全风化煤矸石重金属含量是新鲜煤矸石重金属含量的1.16~6.57倍;自燃煤矸石重金属含量是非自燃煤矸石重金属含量的1.19~9.20倍;除Cd,Pb外,泥质煤矸石重金属含量是砂质煤矸石重金属含量的1.34~4.78倍;采矿废水的重金属,除含较少量Pb外,其他重金属均未检出;土壤重金属含量低于煤粉、全风化煤矸石和自燃煤的重金属含量,但高于块煤和新鲜煤矸石重金属含量,远大于采矿废水的重金属含量。农田土壤重金属含量空间分布研究结果显示:不同距离农田样带土壤重金属含量变化规律基本一致;煤堆(井)、煤矸石山(堆)周边不同距离的农田土壤重金属含量主要符合指数模型;土壤8种重金属含量块金值C0均为正值,但受正基底效应的影响而变化较大;距离越远基台值C0+C越小,且Zn＞Pb＞Cu＞Cr＞Ni＞As＞Cd＞Hg,空间变异性渐弱。重金属含量结构性因子随着距离增大而减弱,距离超过50 m后随机数据具有强烈的空间自相关,即土壤重金属含量受自然因素影响较大;距离小于50 m时,随机数据具有中等的空间相关性,即土壤重金属含量在受自然因素影响的同时还受人类活动的影响。不同距离农田土壤重金属含量的决定系数R2在0.50~1.00,|ME|和|MSE|接近于0,|ASE|与|RMSE|接近,|RMSSE|接近于1,表明半变异函数理论模型对试验数据的拟合效果较好,精度较高且预测值总体与测量值较为接近,准确地反映各情况下土壤重金属空间分布特征,因而保证了不同距离农田土壤重金属含量空间插值精度。研究结果表明,煤矿区及其周边农田土壤重金属主要源于母岩风化,煤矿开采不会造成大面积农田土壤重金属含量增加和超标。同时,运用矿物学与结晶学原理对所得结论进行了较科学的论证。     

基于TVDI的布尔台矿区土壤湿度变化分析

矿区土壤湿度变化监测对我国西部资源开发、生态保护及旱灾预警等领域的研究具有十分重要的意义。本文以神东煤炭集团所属的布尔台矿区为研究区,基于2000-2017年时相相近的Landsat 5 TM和Landsat 8 OLI长时间序列遥感影像,引入归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）和地表温度（land surface temperature,LST）构建NDVI-LST光谱特征空间,计算获取了矿区的温度植被干旱指数（temperature vegetation dryness index,TVDI）,制作了矿区土壤湿度的变化趋势及影响因素。结果表明:在8、9月份植被物候期基本一致的条件下,2000-2017年布尔台矿区地表土壤湿度呈现增长趋势,没有发现明显的干化现象,与矿区植被的人为恢复和矿区环境的改善有关。     

矿区煤矸石堆对土壤重金属污染时空特征研究

伴随着煤炭资源的大量回采,产生了大量的煤矸石经过地表堆积形成矸石山。矸石山侵占大量土地的同时会释放多种有害重金属元素,能够在周围土壤中进行富集,通过食物链在生态中传递,会对煤矸石周围人群造成伤害。煤矸石周围土壤中重金属分布规律对于矿区生态安全具有重要意义。以山西某矿区两个典型矿井矸石山堆积地为研究对象,基于数理统计方法,分析了周围环境和土壤中七种重金属的分布特征。研究结果表明:甲、乙煤矿的煤矸石七种重金属元素含量明显高于当地背景值,Cr的污染最大,污染最小的是Hg;下风向区域的重金属污染含量明显高于上风向的重金属含量;平面方向上,煤矿甲的土壤重金属污染明显高于煤矿乙对土壤的污染与煤矿矸石堆堆放时间有关;煤矿矸石堆周围重金属元素含量随着距矸石堆的距离增加而减少,其变化趋势存在差异;随着采矿活动的不断进行,矿区矸石堆周围土壤中能够明显的表现出重金属积累的特征;甲、乙煤矿矸石堆周围土壤重金属元素含量随着深度的增加呈递减趋势。土壤中的重金属元素主要集中在土壤表层。煤矿甲在剖面方向上重金属含量煤明显高于煤矿乙。      

复垦土地土壤有机碳空间插值方法研究——以平朔露天煤矿为例

通过优化空间插值方法获取矿区重构土壤有机碳含量对于复垦农用地监测与评价具有重要的理论和实际应用价值。采用多元线性回归法、反距离加权法、普通克里金法及回归克里金法对平朔煤矿复垦区土壤有机碳含量进行空间插值分析,插值精度通过Pearson相关系数、均方根误差、平均预测误差以及准确度进行评价。研究结果表明：① 露天煤矿排土场复垦土地土壤有机碳空间变异性较大,变异系数最高达到145.408%,属于强变异性;② 预测精度上,回归克里金法的预测精度最高,Pearson相关系数达到0.984,均方根误差、平均预测误差以及准确度分别为-0.012,0.211,0.991,多元线性回归法的的预测精度次之,预测精度最差的为反距离加权法及普通克里金法;③ 局部细节表达上,回归克里金法的预测表达较为精细,能够较好地刻画出数据的跳动性和不确定性,反距离插值法与普通克里金法预测具有明显的平滑作用,空间变化较为连续。回归克里金法相较其他方法在露天煤矿排土场复垦土地土壤有机碳插值预测具有较大优势。     

采煤沉陷对沙地土壤水分运移的影响

为研究采煤沉陷对风沙区土壤水分生态环境的影响,对毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤沉陷后风沙土土壤水分时空变化规律及土壤密度、土壤机械组成和水分运移过程(水分入渗、土壤蒸发)进行了研究。结果表明:沉陷使得水分恢复期土壤水分条件发生变化,增加了60~80 cm深度处土壤水分的变异性,但沉陷区与对照区之间差异未达显著性水平。在采煤沉陷后1 a的相对稳定期,与对照区相比,沉陷区粗粉粒(0.01~0.05 mm)含量明显增加,而细黏粒(0.001 mm)含量减小;在初始入渗率上,表现为沉陷区较高,在稳定入渗率上,表现为对照区较高,但差异较小,而沉陷明显增加了水分的垂直入渗深度,减小了表层土壤持水能力;同时,沉陷区土壤蒸发量明显增大,不利于土壤水分的保持。经相关性分析,沉陷使得土壤水分与影响因素之间的相关性增强。     

煤矿复垦区土壤重金属含量时空分布及富集特征研究

为研究煤矿复垦区土壤重金属污染的时空变化及富集特征,以安徽淮南市潘一矿复垦区土壤为例,在2008-2010年期间对复垦区土壤中Cu,Mn,Ni,Pb,Cd,Hg,As 七种重金属元素进行了测定,并利用Surfer8.0软件对重金属的水平分布特征进行可视化表达。采用富集因子法来判断土壤中重金属人为污染情况。结果表明：煤矸石充填复垦区土壤,随着覆土年限的增加,除Mn和As元素外,Cu,Ni,Pb,Cd和Hg这5种重金属元素含量均高于淮南市土壤背景值,并出现一定程度的累积;从表层土壤重金属元素的水平空间分布看,煤矸石山的堆积、淋溶和粉煤灰贮灰场的存在对周边土壤造成了一定程度和范围的重金属污染。复垦区土壤剖面上Cu,Ni,Pb,Cd元素含量呈现表层（0~20 cm）和底层（80~100 cm）含量高,中部（20~80 cm）含量低的分布规律。分析重金属元素的富集因子,表明复垦区土壤已经受到了煤矿开采和煤矸石充填活动的影响。其中Cu,Ni,Pb,Hg和Cd元素已经出现富集,并且Cu,Ni,Pb,Hg元素达到了轻微污染水平,Cd元素达到了显著污染水平。Mn和As元素主要来源于土壤母质,没有受到污染。     

能量密度分析法在向斜构造区冲击地压防治中的应用

为了研究向斜构造区冲击地压特征及如何防治该类型冲击地压,本文以兴安煤矿典型向斜构造影响范围内的四水平1号工作面为研究对象,利用微震时空分布图和能量密度云图,研究了微震活动与冲击地压之间的关系。结果表明:冲击发生前微震的时空分布可直观反映微震事件的集中区域,但难以识别微震事件随时间的演化趋势;能量密度具有明显的成核特征,并在成核区周围有明显的扩展,直至成核区边缘发生强矿震。利用震波速度层析成像技术可有效识别向斜构造形成的高应力区,并对高应力区煤层实施大直径钻孔和深孔爆破措施,后续开采引起的微震活动证实了这些应力解除措施的有效性。