矿区水污染遥感识别研究

矿山水污染严重影响了矿区居民的身体健康,其现状调查十分重要。在详细分析野外实测水体光谱特征的基础上,利用新型的多光谱ASTER遥感数据,采用光谱角制图技术,提取江西某铜矿区水污染信息并生成该矿区的三维立体模型,获取矿区水污染现状和成因。为矿区污染治理提供及时、准确和大尺度的遥感信息,从而有效地实现矿区污染动态监测。     

高潜水位煤矿区地表沉陷信息提取方法研究

准确、快速、高效地获取采煤沉陷信息对矿区土地复垦具有重要意义,尤其是针对极易形成大面积的地表沉陷积水区以及非积水区的高潜水位煤矿区,土地复垦工作更为严峻。以高潜水位矿区——鲍店煤矿为研究对象,结合并改进水体和非水体提取方法,获取整个矿区的地表沉陷信息。在改进归一化水体指数(MNDWI)的基础上,针对采煤沉陷水体边缘易于和水体信息混淆的特点,提出了增强型改进归一化水体指数(E-MNDWI)。利用Landsat 8数据通过E-MNDWI提取沉陷积水区域;利用哨兵1号A星数据(Sentinel-1A),通过小基线集技术(SBAS-In SAR)提取出沉陷非积水区域;最后进行克里金插值获取矿区下沉量为10 mm的等值线。结果表明:利用E-MNDWI提取沉陷水体精度较高,Kappa系数为85.07%。鲍店矿区西部基本达到稳沉状态,东部地表沉陷较为明显,南部地表略有抬升。监测期内矿区最大地表平均下沉速率为41.69 mm/a,最大下沉量为85.16 mm。截至2017年矿区因采煤造成的沉陷区域面积共10.1 km2,其中沉陷积水区为4.6 km2,非积水区域为5.5km2。选取若干基准点验证沉陷非积水区的提取结果,得到决定系数R2为0.92。利用多源多时相数据,结合多种方法获取矿区沉陷信息,可为煤矿城市生态修复和土地整治复垦提供理论依据,并为今后快速高效监测采煤沉陷区地表形变提供新思路。     

基于多光谱遥感的矿区积水区水深反演

采煤沉陷区积水会严重影响到矿区周围的生态环境和生产工作，为定量获取淮南潘一矿沉陷区的积 水深度，基于多光谱遥感数据对沉陷区积水深度的反演方法进行了研究。首先选择两期 Landsat 5 卫星遥感影像进 行辐射定标和积水区水体提取等预处理；然后基于像元绝对辐射亮度值与 2005 年研究区水深实测值，分别选取单 波段模型、双波段比值模型进行建模分析，在此基础上，选择拟合优度最高的影响因子建立多波段模型并进行模型 改进；最后将 2010 年反演结果与矿区沉陷预测预报系统（MSPS）软件计算的水深值进行对比分析。结果表明：改进 后的水深反演模型拟合优度达到 0.9 以上，且 2005 年潘一矿沉陷区积水深度反演值与实测值相比平均绝对误差为 0.21 m，平均相对误差为 10.92%；2010 年该区域水深反演值与预计值的平均绝对误差为 0.63 m，平均相对误差为 15.24%，二者差值呈正态分布，可以达到相互验证的目的。研究表明：利用多光谱遥感影像可以得到精度较高（误 差在分米级）的水深反演模型，在一定程度上满足工程需求，可以为矿区生态环境治理和评价提供可靠依据。     

高光谱遥感技术在矿山地质环境调查中的应用

矿山地质环境受矿产资源开采活动的影响而产生剧烈变化,直接或间接影响了生态环境的可持续发展。近年来,高光谱遥感技术因其具备高光谱分辨率、空间信息与光谱信息合一的优势,解决了传统遥感技术仅能识别大致地物的问题,被广泛应用于矿山地质环境研究与监测。在梳理相关文献的基础上,介绍了高光谱遥感技术原理及发展现状,归纳了高光谱遥感技术在矿区植被、矿区水体、矿区土壤和矿区大气等方面的应用与监测;对矿区高光谱发展前景进行展望,认为未来随着遥感技术的发展对矿山地质环境的监测将逐渐有序化、长期化。     

赣南某未开发离子型稀土矿区土壤环境质量评价

为摸清未开发离子型稀土矿区土壤环境质量，使后续开采过程中的监测更有目的性，以赣南某矿区为研究区域，采用改进内梅罗土壤肥力综合法评价了研究区域土壤肥力，采用单因子指数法和内梅罗污染指数法评价了其重金属污染状况。结果显示:研究区域各单项土壤肥力水平依次为全磷<全氮<有机质<速效磷<碱解氮<速效钾<全钾，整体处于低水平、贫瘠状态，优于赣南某采矿废弃区；各项重金属污染水平依次为As相似文献   

唐山南湖湿地水体稳定性分析

利用采煤塌陷积水区进行湿地建设,是矿区生态环境治理的一项重要措施,湿地水体稳定性问题是治理中比较关注的问题。文中通过观测监测井水位与湿地水体水位变化和分析湿地水体与矿井水水化学关系,研究分析唐山南湖湿地水体稳定性,研究表明湿地水体与地下潜水之间补给关系很微弱、与矿井采空区没有明显的水力联系,湿地水体能够保持稳定。     

基于多通道光谱技术的煤矿水环境监测方法研究

矿区能源过度开发与水资源紧张已成为制约煤炭工业发展的重要因素。针对煤矿水资源环境监测的迫切需求,文章提出一种基于多通道光谱技术的水环境多参数实时监测方法。该方法通过多个通道采集水体的光谱影像、计算每个通道光谱反射率、选择最优通道、优化反演模型,得出水体的叶绿素a(Chla)、总磷(TP)和总悬浮物(TSM)的浓度,从而实时监测煤矿区域水环境的水质状况。实验结果表明,该方法获取的光谱影像符合不同地物的光谱特征,可以实时动态监测区域内水质变化,弥补了传统监测方法在时效性、可视化等方面的不足,为煤矿水环境监测提供有效参考和技术支撑。     

煤矿区水域煤粉浓度遥感反演模型实验研究

遥感是目前水质环境监测的重要方法,其中水体悬浮物的监测主要针对泥沙成分进行,而针对矿区水域煤粉含量的监测研究较少。文中利用便携式光谱仪测试了不同煤粉浓度水样的可见光-近红外光谱,分析了光谱特征与煤粉浓度之间的关系,发现煤粉含量对水的光谱反射率有很大影响,即随着煤粉浓度的增大,水的光谱反射率逐渐减小;不同煤粉浓度的水样均在740 nm波段处存在光谱吸收特征,且吸收深度与煤粉含量存在密切关系。基于此,建立了光谱吸收指数(SAI)与煤粉浓度之间的线性模型,以此作为水体煤粉浓度的遥感反演模型。模型验证结果表明,煤粉浓度在200~700 mg/L,模型具有较高的反演精度,其相对误差平均为6.3%。研究结果为煤矿区水质监测提供了新的思路。     

不同矿床类型铁尾矿遥感监测的识别窗口研究

铁尾矿遥感监测是矿区环境生态监测的基础工作。为了识别不同区域和不同矿床类型铁尾矿的光谱差异性,对河北境内不同矿区的铁尾矿样本进行了光谱测量,经过平均、小波去噪、包络线去除等预处理后,分析了铁尾矿光谱特征参量并利用SAM和SFF方法进行匹配,优化了不同矿床类型铁尾矿遥感监测的识别窗口。研究结果表明:相同矿床类型不同区域的铁尾矿反射光谱曲线相近,具有相同吸收特征;不同矿床类型铁尾矿具有共性的光谱识别标志,在550,950,1940nm波谱位置具有典型光谱吸收谷,受伴生矿物的影响较小,可作为铁尾矿遥感识别与监测的最佳波谱窗口。     

矿区土壤重金属污染遥感反演研究进展

随着工矿企业开采力度加剧、采矿废气排放与废水灌溉增多,矿区表层土壤重金属污染日渐成为人们关注的环境热点问题。如何快速高效地掌握矿区土壤重金属含量空间分布是进行矿区开采及风险评价的前提条件。由于土壤重金属在遥感光谱上所表现出来的特殊的反射特征,遥感技术已逐渐成为矿区土壤重金属污染反演新的技术手段,为区域环境污染状况评估提供了新的契机。总结了目前地面实测与室内反演、多光谱与高光谱、直接与间接遥感反演矿区土壤重金属污染的技术方法及优劣性,对比分析了不同反演模型的精度及改进方法,展望了今后的研究趋势。为探索利用遥感技术反演土壤重金属含量的可行性,及生态环境改善、土壤质量评估及矿区规划等提供了重要的科学依据和决策支撑。      

矿区地质环境定量评价的FAHP与可变模糊集模型

针对矿山地质环境影响因素具有多样性、不确定性特征,难以进行定量评价的问题,将模糊层次法(Fuzzy analytic hierarchy process,FAHP)与可变模糊集相结合,以宁夏某地区为例,构建了一种适用于矿区地质环境的定量评价模型。首先构建了涵盖矿区地质背景、地质灾害、资源毁坏、环境污染等4个一级指标,工程地质条件、地形地貌、水文气象、人类活动强度等16个二级指标的矿区地质环境评价指标体系;然后采用可变模糊集求解方法计算了各评价指标的权重向量,并结合FAHP法求解出矿区地质环境等级特征值,依据各特征值对矿区地质环境所属等级进行了准确划分。研究表明:该矿区地质环境等级特征值为2.489,综合地质环境等级为II级,区内地质环境总体良好;该区矿区地质背景、地质灾害、环境污染等级均为II级,资源毁坏等级为III级,表明该区资源毁坏程度处于预警状态,有必要进一步加大矿产资源、土地资源以及水资源的保护力度,实现可持续发展。     

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。     

杭来湾煤矿301盘区分层限高开采对松散层潜水的影响

杭来湾煤矿位于陕北生态脆弱的保水采煤区。通过对比和分析杭来湾煤矿301盘区采空区与未采区松散层潜水水位、采空区典型植物的长势以及地表水体等因素的变化特征。研究表明,采用分层限高开采采空区地表有明显的下沉和裂缝,但对矿区生态水位的影响程度较小,农田的耕种条件未受到显著影响,地表生态环境未受到严重破坏;工作面回采后松散层潜水水位虽出现了一定幅度的下降,但开采过后一段时间松散层潜水水位逐渐稳定,实现了煤炭资源开发与生态环境保护协调发展的目标,达到了保水采煤的目的。研究对矿区类似条件的矿井保水采煤具有借鉴意义。     

生态脆弱区保水采煤矿井(区)等级类型

水资源保护性采煤是生态脆弱矿区可持续发展的必然选择,如何深化保水采煤研究,使之更好的付诸工程实践,是西北煤炭开发规划和建设生产亟需解决的问题。以陕北榆神矿区为例,结合浅表层水资源(保水采煤目的层)量分布和煤矿开采对浅表层水资源的影响程度两方面,研究了保水采煤矿井(区)类型。首先,分析了研究区生态-水-煤系地层空间赋存结构特征,提出了以保水采煤为目的的生态地质环境类型,将其划分为潜水沙漠滩地绿洲型、地表水沟谷河流绿洲型、地表径流(黄土)沟壑型和区域性(深埋)地下水富集型;其次,计算确定了浅表层水资源单位面积总储存量分布;然后,基于煤层开采对生态层及浅表层水的影响程度,提出了4种保水采煤环境工程地质模式(环境友好型、环境渐变恢复型、环境渐变恶化型及环境灾变型),在分析影响其分区的导水断裂带高度、残余隔水层釆动隔水性等关键指标的基础上,建立了不同环境工程地质模式分区阈值和确定方法;最后,基于浅表层水资源量和保水采煤环境工程地质模式分布特征,提出了保水采煤矿井等级类型划分方法,将其划分为:正常开采矿井、保水采煤一级矿井、保水采煤二级矿井和保水采煤三级矿井,总结了各级保水采煤矿井适用的开采方法与水资源保护、利用方法。     

煤矿开采生态环境问题及治理对策

研究煤矿区能源开发生态环境问题及治理对策,为今后煤矿区环境恢复探索全新治理方法。采用遥感技术收集研究区域的地面塌陷、土壤侵蚀与污染、植被破坏、水体破坏等情况作为指标体系构建的依据,完成数据采集与指标体系构建,在此基础上确定各指标评价标准并计算隶属度函数,使用层次分析法确定各指标权重,此后构建模糊评价矩阵,实现煤矿区能源开发生态环境问题评价。以鄂尔多斯市某煤炭区为研究对象,验证分析发现,该研究区域煤矿资源开采后地面出现明显塌陷,土壤与水体均出现严重污染,植被覆盖率也显著降低。为此,提出遵守法规科学管理、协调煤炭价格实现费用支持、治理塌陷并保护自然资源等治理对策,为今后生态环境治理找到了新的出路。     

煤矿“三废”的资源化探讨

煤矿在生产过程中所产生的矿坑水、煤矸石、废风,它们的负面效应表现为对矿区环境造成严重的污染;然而它们还具有正面效应,那就是使之资源化。通过采取"清污分流、分质处理、分级应用","废矸井下就地消化与出井综合处理","煤层瓦斯抽放、将废风中的CH4富集后利用"等技术途径,实现废水、废矸、废气的资源化,从而可取得良好的环境效益、社会效益和经济效益。     

干旱矿区采动顶板导水裂隙的演化规律及保水采煤意义

随着我国煤炭资源开发重心的逐步西移,西部地区目前已成为我国煤炭的主产区。总体上,我国西部矿区降雨稀少、蒸发强烈,形成了该区极度干旱缺水、生态环境脆弱的基本特征。以新疆哈密煤田大南湖矿区为例,针对该区侏罗系含煤地层具有成岩时间晚、物理力学强度低、遇水易泥化崩解等特征,采用相似材料模拟、数值模拟等手段,结合邻矿现场实测对比,全面研究了该区顶板采动导水裂隙的发育与演化过程、发育高度与形态特征、渗透性演化规律以及在该区进行水资源保护性开采(保水采煤)的可行性。研究结果表明:研究区侏罗系含煤地层采动导水裂隙的发育裂采比一般在13.09～15.67,整体形态呈"梯台型"特征;采动影响范围内裂隙发育、演化以及渗透系数的演化均呈现"稳定增加-波动变化-恢复稳定"变化特征,导高影响范围内含水层的渗透系数明显增大,一般达到3～5倍;研究区主采煤层顶板具有"多含水结构下的高位隔水层"结构特征,具备了保水的基本水文地质前提条件;结合保护层的稳定性、III-1上段含水层的静储量、开发潜力以及在研究区进行保水采煤可行性的综合评价,探讨了在干旱矿区水资源保护性开采的重要意义。     

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。     

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。     

基于RSEI的采煤塌陷积水对生态环境的影响研究

采煤塌陷积水是东部高潜水位矿区最主要的生态环境问题，但塌陷湖的形成又对生态环境建设提供了难得的水资源，因此，研究塌陷积水后对周边生态环境的影响特征，对于指导矿区塌陷地生态恢复治理与湿地资源保护利用具有现实意义。本文以任楼煤矿塌陷积水区为研究区，以建矿后至今约20年的5期遥感影像为数据源，通过多光谱计算和主成分分析获取RSEI指数，并提取北、东、南、西四个方向数据，通过数据拟合与秩和检验，得出以下结论：（1）研究区生态环境自2000年以来有很大改善，矿区土地复垦与生态恢复成效显著；（2）塌陷积水对周边生态环境总体上产生正面影响，影响具有显著的方向差异性和年度变化特征；（3）塌陷积水对生态环境的影响随距离呈“凸型”抛物线变化，平均影响范围约3.7km，南北向约3.5km，东西向不超过7.8km，塌陷积水区形成后需要经土地整治工程才能最大程度发挥水域生态环境功能。