2005-2015神东矿区不同开采强度下区域NPP时空变化分析

文中基于改进的CASA模型计算神东矿区植被净初级生产力,探究矿区十年来不同开采强度区域NPP时空分布情况和变化特征。结果表明研究区三期NPP逐年递增;矿区植被NPP时空分布与土壤环境,高程以及植被梯度较一致。除低开采区以外,其他采区和非采区增长率均大于20%,不同开采强度下的工业活动无明显规律性变化。煤炭开采活动未对神东矿区的植被造成破坏。研究成果可以很好地反映区域生态环境质量,为生态环境建设规划提供重要依据。     

山西省六大煤田植被净初级生产力对土地覆被变化的响应

从中观尺度上定量评价矿区土地覆被变化对植被净初级生产力(NPP)的影响可为省域国土空间生态修复中矿区生态修复提供参考。本文以山西省六大煤田为例,利用MODIS数据,分析研究区植被NPP和土地覆被的时空变化情况,引入NPP损益流概念,从定向和定量的角度分析省域尺度下矿区土地覆被变化对植被NPP的影响。结果表明:(1)山西省六大煤田2005—2015年NPP整体向好,研究时段内NPP均值为335.03gC/(m~2·a),11年间NPP总量增长3 492.20GgC,空间上表现为东南高,西北低的格局;(2)2005—2015年间,土地覆被变化主要集中在耕地、林地和草地,其中,耕地和林地的面积分别增长了3 581.75km~2和148.65km~2,草地则减少了3 882.25km~2;(3)2005—2015年研究区林地和耕地的增加使得NPP总量增加,建设用地的增加以及林地向其他类型用地的转化造成NPP总量损失;(4)2005—2015年间,山西省六大煤田NPP因土地覆被变化而变化,总体呈现增长的趋势,这与六大煤田的生态修复工作有密切关系。     

榆神矿区地下水和干旱指数对植被耗水的联合影响

为研究干旱矿区地下水位下降和气侯变化对典型植被耗水的联合,选择榆神矿区优势植被沙柳为研究对象,以干旱指数表征气候变化,在野外调查、室内测试及原位试验的基础上,采用有限元算法分析不同地下水位埋深和干旱指数组合条件下的植被耗水特征。研究结果表明:植被生长受干旱指数和地下水位埋深的双重影响,当地下水埋深为1.0～2.0 m处,植被耗水主要受地下水控制;地下位水埋深为2.0～2.5 m时,植被耗水受地下水和干旱指数的双重影响;地下水位埋深大于2.5 m时,植被耗水主要受干旱指数影响;单指数模型可以很好的拟合地下水埋深和植被实际蒸腾量(T_a)与潜在蒸腾量(T_p)比值(T_a/T_p)的关系曲线,其相关系数高达0.99,利用单指数模型和T_a/T_p的比值可以反求出枯水年、平水年和丰水年条件下的植被生态临界地下水位,不同水文年的植被生态临界水位有差异性,认为当地下水位埋深大于1.24 m(平均),植被生长受到水分胁迫,当地下水位埋深大于2.06 m(平均),植被出现退化现象;同时,采煤引起地下水位下降对植被生态的影响是有限的,只有当采前地下水位埋深为1.0～2.5 m时,地下水位下降才会引发植被生态退化;当采前地下水位埋深大于2.5 m时,采煤引起地下水位下降基本对沙柳的生长不产生影响,此时植被生态退化主要受气候变化影响。目前,榆神矿区采前地下水位埋深普遍大于2.5 m,影响矿区生态环境的主要控制因素是气候变化(降水量),考虑到近年来榆神矿区降水量有增大趋势,因此出现"虽然地下水位明显下降,但是生态环境局部转好"的现象。     

榆神府煤田开采对地下水和植被的影响

在简要说明榆神府矿区生态脆弱性和煤田开发对我国国民经济发展的重要性基础上，概述了矿区生态环境的现状、地下水的基本特征、采煤对地下水和植被的影响、以及矿区地下水与植被的相互关系；说明地下水资源是支撑矿区生态环境可持续发展的重要因子，采煤对地下水的破坏会严重影响矿区植被的恢复与重建；指出了目前矿区地下水与植被互动关系研究的不足，并提出了今后该领域应着重研究的方向.     

准北煤田和什托洛盖矿区植被覆盖度动态变化与趋势预测

以准北煤田和什托洛盖矿区为研究区，基于Landsat TM/OLI遥感影像，运用归一化植被指数提取植被覆盖度，得到研究区2007—2019年1~4级植被覆盖面积变化；结合区域降水数据，分析其与植被覆盖度变化的相关性；采用GM（1，1）灰色预测模型，基于2007—2017年植被覆盖度，对研究区2019—2027年植被覆盖度变化趋势进行预测。结果表明，2007—2015年和什托洛盖矿区1级植被覆盖面积增速较快，由西北至东南区域集中；2级、3级植被覆盖面积均一定程度减少，研究区内2级植被均有分布且中部集中，3级植被由西部面积较大至西北区域集中；4级植被覆盖面积几乎无明显变化，主要由西北向东北区域迁移。研究区内西北区域无植被覆盖区域面积较大，逐渐演变为研究区东南方向裸地分布集中；2015—2019年火区治理工程有效减缓、裸地扩增。预测时段内，裸地及3级植被面积无变化，2级植被覆盖面积逐年递减，4级植被逐年递增，火区治理工程有效改善了4级植被覆盖生长。表明现有自然与人类活动条件下，生态环境趋差，应避免2级植被向1级植被转化，有必要采取措施进行干涉，改善了矿区生态环境。     

顾及“岩土差异”和植物多样性的矿区生态环境遥感监测模型

矿区生态环境遥感可为矿区土地复垦或生态修复活动提供必要的监测数据，也可为相关部门提供便捷的监管工具，具有重要的实用价值和研究意义。然而，面向矿区或矿山场景，大多数生态环境遥感综合指数还未能有效顾及稀疏植被区裸土和裸岩的质量差异问题(简称“岩土差异”),以及浓密植被区植物多样性导致的生态质量差异问题(简称植物多样性)。为了更全面、准确地监测与评价矿区生态环境，建立了矿区植被-土壤-不透水层(或裸露岩石)框架，并据此发展出一种面向矿区环境的遥感综合生态指数(简称REM)。研究以Sentinel-2多光谱数据为驱动，以抚顺西露天矿为研究区域，实现了2016—2021年10 m分辨率的年度REM监测，并结合野外调查数据(95个采样点)和地表覆盖类型分类数据对比分析了REM模型的性能。结果表明：(1) REM值与土地覆盖类型表征的生态环境质量具有较强的一致性，并能够区分裸土和不透水层(或裸露岩石)的质量差异；(2) REM值与野外采样点调查的生态环境质量也具有较强的一致性(相关系数0.899 4,显著性水平P<0.01),并能够顾及植物多样性问题；(3) REM值有效表征了2016—202...     

煤矿区土地利用变化对生态系统植被碳储量的影响——以徐州垞城矿为例

以徐州垞城矿为例,通过RS和GIS技术,采用改进的CASA模型对煤矿区1987年、1998年、2005年、2008年的植被碳储量进行了测算研究,结果表明：矿区碳储量的年平均值的变化量与采矿生产能力呈高度负相关,相关系数为-0.902,随着矿区生产能力从45万t/a提高到100万t/a,植被碳量的年平均碳密度值从181.24 g/m 2下降到111.43 g/m 2,矿区总碳储量从443.53 Pg下降到272.68 Pg;不同土地覆盖类型植被碳密度分析得出,耕地的碳密度降低了43.91 g/m 2,林地碳密度降低了53.52 g/m 2,水域用地碳密度降低了81.44 g/m 2;分析矿区采矿活动导致的土地利用变化对矿区碳储量的影响表明,在1987-2008年间矿区碳总量降低了170.85 Pg,其中耕地碳总量降低了203.90 Pg,是矿区碳总量降低的主要原因,是因为采矿活动导致矿区耕地面积的减少和耕地碳密度降低所导致的,林地碳总量增加了25.39 Pg,是因为采矿活动导致耕地转变为林地,林地面积增大所引起的。     

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。     

晋城市煤矿开采对植被覆盖度的影响研究

煤炭开采造成了生态环境的破坏，严重影响了矿区的可持续发展。为探究煤矿开采对地表植被覆盖度的影响，文章结合当前的研究趋势及数据的可获得性，以晋城市1987—2011年Landsat TM遥感数据和晋城市煤矿分布图为依据，利用ENVI 5.1中的Flaash进行辐射定标、大气校正以获得辐射亮度值，通过拼接、裁剪、波段运算得到DVI、NDVI、PVI 三种植被指数的平均值，通过对比分析这3种植被指数长时序的变化，获得矿区和非矿区地表植被覆盖度的变化趋势。此外，采用SPSS软件中单因素方差分析法探究矿区与非矿区之间的植被覆盖度差异。研究显示：1）矿区与非矿区DVI、NDVI的p值分别为0.048、0.036，均小于0.05，表明矿区的植被覆盖度显著低于非矿区植被覆盖度，且矿区DVI、NDVI值较非矿区分别低199.103、0.070；2）矿区DVI和NDVI值在2009年附近发生转折，植被覆盖度年平均上升率达到24%，表明煤矿兼并重组政策对于生态环境改善有一定的正向影响。     

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。     

论矿山生态建设

基于采矿对环境影响规律的认识，提出了矿山生态建设的概念；矿山生态建设不仅是破坏后的重建，还包括采前的规划和开采过程中的生态保护；采矿对生态的影响有负面的，也有正面的，这是减轻采矿破坏、采取生态保护措施的基础；矿山生态建设需要以系统工程的方法贯穿于采矿全过程；它的理论基础是工业生态学，环境经济学中的外部性原理是将采矿对生态环境影响的成本纳入矿产品成本的基础.最后给出了代表西部和华东地区的神东矿区和徐州矿区开展矿山生态建设的案例.理论和实践证明：矿山生态建设是发展中迫切需要的，也是切实可行的，需要进行技术集成和理论创新，更好地指导矿山生态建设.     

废弃露天矿山生态修复治理现状及发展趋势研究

为了研究废弃露天矿山生态修复治理现状及发展趋势，以郑州市矿区为例，结合无人机遥感调查、野外实地调查等技术，明确了研究区域生态修复治理现状，即当前矿山土地资源破坏总面积约为19 105 000 m²,仅有9%的土地资源完成了生态修复。经过治理的矿区土壤有机质含量为6.6 g/kg,植被资源覆盖度为25.07%,空气达标率为80%,区地上地下水资源均呈现出匮乏状态。当前矿山生态修复取得了一定效果，但需要进一步完善。根据区域生态修复治理现状，从土地资源、土壤适宜性、水资源分布、植被资源覆盖、水土流失、空气质量等方面出发分析矿山生态修复治理未来发展趋势，以期保障相关生态修复治理工作的顺利进行。     

矿区生态环境要素的采动损害定量评价方法研究

为了系统研究矿区生态环境的采动损害,必须分析各生态环境要素的采动损害情况,揭示其采动响应机理,并对其采动损害状况进行定量评价。根据采动破坏特点,本文首先分析了矿区生态环境的采动要素构成,并将其划分为建(构)筑物、交通线路、耕地、水环境和地形地貌五大类别。然后描述了各类别的采动响应特征并对其采动损害的影响因素进行了简要分析,在此基础上择取了各要素采动损害定量分析的评价指标。然后提出了各自的采动损害定量评价方法,针对五阳煤矿生态环境的典型采动要素进行了实例分析,分析结果表明评价方法可行,能够满足矿区生态环境采动损害综合分析研究的基础数据需求。     

某矿采选项目改扩建对自然保护区的影响分析

针对甘肃省陇南市成县某铅锌矿采选项目改扩建对鸡峰山省级自然保护区可能造成的生态影响,从植被及植物多样性、动物多样性和自然景观3个方面进行分析,为矿山的生态环境保护提供依据。预测了矿山改扩建后不同工况下SO_2小时和年均排放浓度,参考现有SO_2对植物的急性和累积伤害阈值成果来进行对保护区植物的影响分析,结果表明,改扩建项目SO_2排放对保护区保护类野生植物叶片的影响较小;从生境破坏和环境污染角度开展对动物多样性的直接、间接影响分析,结果表明,矿山改扩建对保护区保护类野生动物生境不造成直接破坏,对动物多样性的影响较小。矿山改扩建主要在现有工业场地基础上进行,由于现有工矿景观已经形成,不会对保护区自然景观造成新的不利影响。     

滦平县宝财铁矿地质环境评估及恢复治理研究

燕山山脉作为京津翼地区重要的生态屏障,生态战略意义重大。滦平县宝财铁矿的无序开采,矿区内采坑、残丘遍布,忽视了对矿山地质环境的保护,干旱季节,扬尘四起,已经构成沙尘暴及雾霾物质来源,对人民群众的生产生活和区域可持续发展造成了严重影响。通过现场调查评估,矿区内现存3处露天采场、2处残丘堆积、2处工业场地及矿区道路,总占地面积为111 114 m²,存在极大的地质灾害隐患和地貌景观破坏、土地资源压占损毁问题,生态修复已刻不容缓。故因地制宜,采取有效的工程手段,对遗留的采坑、高陡边坡、弃渣堆积、植被破坏等矿山地质环境问题进行了治理和修复,最大限度地对露天采场、料堆、矿区道路进行综合整治,治理后形成较大面积的可利用土地资源,共恢复坡面绿化面积184 221 m²。     

崩落回填区渗流场与应力场耦合有限元分析

以金山店铁矿崩落回填区为例,建立了崩落回填区渗流与应力耦合的数学模型,分析了渗流场与应力场耦合特性。模拟结果表明:在巷道附近渗流速度较大时,通过巷道边界的渗流量为1.3×10-3 m3/(s.m);考虑耦合比不考虑耦合总水头值总体上是减小的,特别是在底部区域,影响更为明显;耦合对应力场也有一定的影响;总水头值随着耦合系数β的增加而逐渐减小。     

唐河县水泥厂废弃矿山地质环境特征与治理恢复探索

通过调查露天开采的废弃大理岩矿山,明确得出:矿区现有63个采坑,18处高陡边坡,3处废弃渣堆,20处石料堆,6处危岩体,1处不稳定斜坡,6处废弃建筑,土地损毁面积297 679.41 m2,原有地质环境条件遭受了极大的破坏。为了消除矿区地质灾害、修复地形地貌景观及土地资源,基于地质工程情况,采用结构面赤平投影理论进行了分析,认为矿山岩质边坡存在发生岩体崩塌地质灾害隐患且稳定性较差。通过治理工程方案优选,采取“边坡整治工程+地形地貌整治工程+排水工程+土地资源恢复工程+生态恢复工程+警示工程+监测工程”等措施进行综合治理,以期恢复矿区生态环境。探索了恢复矿山生态地质环境的有效方法,以缓解矿业开发与环境保护之间的矛盾,为开展矿山地质环境保护和治理工作提供了依据。     

伊川郭沟铝土矿矿山环境问题及恢复治理技术研究

为改善矿区地质环境，履行矿山业主主体责任，对研究范围内的21个图斑进行治理，分为10个治理区进行统一治理。分析了1号、2号治理的矿山环境问题，主要为地质灾害、地形地貌景观破坏、土地资源破坏等。并对矿区内的生态环境问题、矿山地质环境问题(如地质灾害、地形地貌景观破坏、土地资源破坏等)进行治理修复，通过拆除工程、危岩清理工程、坑底整平及边坡修整工程、覆土工程、绿化工程、养护工程等工程手段，基本消除治理区内因采矿造成的地形地貌景观破坏与地质灾害隐患等地质环境问题，修复治理区内地形地貌景观，改善当地居民的生产生活环境，建立和谐的自然生态环境。研究最大限度地修复了因矿山建设和采矿活动对矿山地质环境、生态环境带来的影响和破坏，实现了生态环境、矿山地质环境的有效恢复。     

淮南矿区地热地质特征与地热资源评价

为了探索淮南矿区地热地质特征和矿井深部热害防治对策,系统收集和分析了淮南矿区钻孔井温测井资料,基于近似稳态测温数据,拟合了测温孔孔底温度校正曲线,对简易井温测井钻孔孔底温度进行了校正;采用浅钻孔测温法,对井下巷道围岩温度进行了测定;计算了各井田的地温梯度,并结合110块煤系地层煤岩样品的热导率测试结果,计算得出淮南矿区的大地热流值,编制了淮南矿区现今地温场、地温梯度和大地热流分布图,在此基础上,系统论述了该区现今地温场、地温梯度和大地热流的展布趋势以及煤系岩石的热物理性质,探讨了地温场分布的构造控制作用,并对矿区地热资源进行了评价。研究结果表明:①淮南矿区测温井底温度恢复与静井时间符合指数函数关系,并据此建立了简易井温测井钻孔孔底温度变化的校正公式;②淮南矿区地热参数表现为地温梯度为1.00～4.00℃/hm,平均值为2.8℃/hm;大地热流值变化在31.87～92.68 mW/m~2,平均值为65.50 mW/m~2;-500 m水平平均地温为29.96℃,-1 000 m水平为41.84℃,-2 000 m水平为69.62℃;岩石热导率在0.37～5.22 W/(m·K),平均值为2.93 W/(m·K);③平面上地温梯度、地温场、大地热流总体呈现为西低东高、南低北高的分布趋势;④矿区现今地温场和大地热流分布主要受控于地质构造,表现为褶皱型、逆掩断层阻热型和导水断层传热型3种构造控温模式;⑤基于地热资源评估,该区热储层地热资源量为2.32×10~(16) kJ,可采热能储量为2.64×10~(15) kJ,矿井水和矿井回风余热资源量为0.97×10~(13)～1.26×10~(13) kJ/a,是一个可再生的低温热源,潜在效益显著。研究成果为淮南矿区深部煤炭开发热害防治和地热资源综合开发利用提供了地质依据。加强煤矿区深部地热资源和矿井余热资源的评价、利用研究,应是煤矿区可持续发展的方向之一。