矿区生态系统服务价值变化驱动因素分析——以平朔矿区为例

工矿区是人类干扰破坏程度最大的区域之一,其生态系统服务价值处在不断变化的过程中,分析矿区生态系统服务价值变化的驱动因素是本文的研究目的.本文以平朔矿区为例,分析了矿区生态系统服务价值变化的驱动因素.结果表明:土地利用变化、经济、开采和政策影响着矿区生态系统服务价值的变化,把优化土地利用结构、合理控制人口增长、保持经济可持续发展、资源开发与保护同步发展、政府的有效支持政策等方面有机结合起来,才能有利于生态系统服务价值的维持与提高.     

我国西部生态脆弱矿区煤-水共采问题分析

煤炭在我国能源结构中占有主导地位,是我国能源战略安全的重要组成部分。我国煤炭能源时空赋存特征及国内外政治经济环境决定了当前以西部生态脆弱矿区煤炭资源开发为主的格局,该区域已成为我国煤炭能源供给的重要战略基地。根据已有的研究成果可知,大规模高强度开发已超过该区域部分矿区的生态环境承载能力,极有可能造成生态环境的不可逆破坏。我国能源的赋存特征又决定了必须科学有序开发该区域煤炭资源,兼顾考虑国家能源战略安全与生态环境长期稳定与恢复是当前亟待解决的关键科学问题。其中,保水开采与采空区储水(地下水库)技术的推广应用在一定程度上缓解了煤炭开采与生态环境保护的矛盾。但是,从长远来看,该矛盾将伴随着煤炭开采全生命周期及其后煤炭开采时期。分析认为,应建立国家西部生态脆弱矿区煤炭资源开发与环境保护协调中心,由国家发改委能源局主导协调多部门参与,以煤炭开采与生态环境保护为主线,制定考虑生态环境承载能力的煤炭开采中长期规划,建立开采前充分论证评价,开采中与开采后连续监测的全周期煤炭开采技术体系;同时,应加大该区域煤炭开发的科技投入,采矿、生态环境保护与监测、人工智能等多学科交叉融合解决煤炭开采与生态环境保护矛...     

西部生态脆弱矿区保水采煤实践进展

“保水采煤”是应鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田独特的矿床地质条件而提出,经过多年研究和探索,在基础研究、工程实践等领域取得了大量成果。总结了不同阶段保水采煤研究的最新进展和存在的科学问题。基础研究阶段,查明了煤层与含（隔）水层空间关系、煤层覆岩结构类型,划分了保水采煤地质条件分区,编绘了基于地下水位保护的采煤方法规划图,提出了开采区域评价方法和采煤方法等实现“保水采煤”的途径。在工程实践阶段,以生态水位保护为原则,开展了基于含水层结构保护的充填开采、窄条带开采、限高（分层）开采、短壁机械化开采法、快速推进法等“因地制宜”的保水采煤工程实践,开展了基于岩溶承压含水层结构保护的底板注浆加固保水采煤工程实践;以水资源保护、利用为原则,开展了基于地下水转移储存、采空区储水的保水采煤工程实践。     

生态脆弱矿区地表裂缝动态变化对土壤含水量的影响

针对我国西部生态脆弱煤矿区煤炭开采对土地生态环境的损害问题,以陕北生态脆弱矿区某矿为研究区,采用土壤水分速测仪(TDR)现场实测、统计分析相结合的方法,基于已有研究成果,研究分析采空区上方表层土壤含水量的变化与地表采煤沉陷动态地裂缝动态发育规律的关系。结果表明:采空区上方表层土壤含水量的变化与地表动态地裂缝的动态发育规律基本一致,当地表裂缝开始出现并开裂时,裂缝周围表层土壤含水量逐渐减少;当裂缝初次闭合时,表层土壤含水量也随之有小幅度回升;当裂缝再次开裂时,表层含水量也随之下降;随着工作面推进,后方裂缝闭合,表层土壤含水量也随之上升,且动态裂缝对表层土壤含水量有一定的影响范围,影响距离70 cm左右,距离地裂缝距离越近,表层含水量变化越明显,当距离超过70 cm时,表层土壤含水量基本不再变化。采动地裂缝对周围土壤含水量具有一定影响周期,且影响周期与动态地裂缝发育周期基本一致,土壤水分的变化与采动地裂缝的发育过程紧密相关,发现采动地裂缝的开裂与闭合对土壤微结构造成影响,进而影响土壤水分的蒸发与渗透,当采动地裂缝闭合后,土壤含水量将逐步恢复至采前水平。该研究具有开采工作面小尺度精细研究的特征,有助于生态脆弱矿区煤炭开采对土地生态的影响机制研究。     

采矿与气候变化对戈壁矿区土地生态系统的影响——以准东煤炭基地为例

新疆煤炭富集、植被稀疏、生态脆弱与气候干旱并存,亟待破解煤炭开发与生态保护的矛盾。为此,选取准东煤炭基地为研究对象,利用2000—2020年18期Landsat多光谱遥感影像提取干旱遥感生态指数(I_ARSE),并运用逐像元趋势分析法揭示准东I_ARSE时空演变,借助多元回归模型与残差分析解析采矿与气候变化对戈壁矿区土地生态系统质量的影响机制。结果表明:(1)近20 a研究区平均I_ARSE为0.403 8,以中等(44.22%)与较差等(41.27%)为主,优等仅占1.57%。退化占比(41.19%)远高于改善(7.05%),且矿山尺度退化占比超85%。(2)气候条件模拟的I′_ARSE呈西南向东北递减的格局。2006年之后气候变化改善了I′_ARSE,主要集中在大井东部、将军庙东北部、西黑山北部,退化则主要分布于五彩湾矿区。(3)采矿对土地生态系统质量具有负效应,平均残差为-0.128,采矿诱发的退化集中于新增矿区与新建道路两侧,呈"点—线—网—面"退化格局。(4)戈壁矿区土地生态系...     

生态脆弱矿区高强度植被恢复对地下水补给的影响

为研究生态脆弱矿区高强度植被恢复对地下水补给的影响机制,结合野外裸土区和植被覆盖区两个原位试验点的观测数据,以两种模式下的降水—土壤水—地下水转化过程为研究对象,在遥感解译和野外原位观测试验的基础上,采用数值模拟分析不同叶面积指数条件下的植被耗水特征和降水入渗系数。研究结果表明:矿区尺度的植被指数和植被净初级生产力都呈持续增加现象,表现为低覆盖区连续减小,中、高覆盖区持续增大;裸土区20 cm处土壤总水势最大,表现为土壤水自20 cm处向上、下两侧运移,较易接受大气降水的补给。植被覆盖区土壤总水势远低于裸土区的土壤水势,在根系密集区出现水势低点,表现为上部、下部和侧向的土壤水向植被根系处运移,不易接受大气降水的补给;裸土区地下水位表现出缓慢上升的趋势,以低强度的入渗补给为主;植被覆盖区地下水位表现出明显的持续下降趋势,以高强度的蒸发排泄为主。受植被蒸腾耗水影响,地下水面处水分垂向交换量由-0.035 cm/d(入渗)增加至0.480 cm/d(排泄),使得水分运移方向和水分垂向交换量都发生明显改变;随着叶面积指数的增加,植被耗水量呈增加趋势,土壤中向下运移的水流通量逐步减小,导致地下水...     

平朔矿区生态系统服务功能价值情景模拟研究

研究土地利用变化对矿区生态系统服务价值的影响具有重要意义。本文以平朔矿区土地利用的动态数据为基础,对该矿区不同类型土地的生态服务价值及矿区总的生态服务价值进行研究。结果表明：1985-1990年矿区生态价值呈下降趋势,从31 270.98万元降至30 348.14万元;1990-2005年生态价值逐渐上升,2005年为311 090.05万元。矿区无复垦措施和有复垦措施两种情景设置结果显示：在完全没有复垦措施的情况下,矿区总的生态价值呈下降趋势,2005年仅为26 401.6万元;而在有完全复垦措施的情况下,总生态价值呈急剧上升状态,到2005年为49 835.55万元。说明土地复垦及生态重建工程对矿区的生态可持续发展起到重要作用。     

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。     

基于RS和GIS的矿区生态指标提取与安全评价 ——以焦作矿区为例

为了快速、高效地对煤矿区生态安全状况进行评价,借助遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、空间景观格局分析等技术,在压力-状态-响应(PSR)模型的基础上拓展构建压力-状态-响应-格局(PSRP)模型,对焦作矿区33年(1993—2026年)的生态安全状况进行评价与动态变化模拟分析。以遥感卫星影像数据为主要数据源,选取矿区1993年、2004年、2018年遥感数据及社会、经济统计数据,提取用于生态安全评价的建筑用地指数、归一化植被指数、生态弹性度、绿度指数、生物丰富度、湿度指数、破碎度指数、城市扩展强度、干度指数、人口密度、多样性指数、分维度12个关键技术指标,利用层次分析法(AHP)确定指标在生态安全评价的目标层、准则层、指标层3个层次体系,并进一步计算12个指标的权重,从而对生态安全进行评价,最后利用CA-Markov模型模拟获取2026年结果数据,对焦作矿区生态安全状况趋势评价分析和动态变化监测进行研究。结果表明:①利用遥感技术能有效提取用于生态安全评价的绝大多数指标,并且有较好的提取精度,基础指标土地利用/覆盖分类提取结果精度为92%以上;②CA-Markov模型可以进行土地利用/覆盖变化趋势模拟与预测,在该试验选择的3期数据集中预测精度达到83%;③20多年来焦作市裸地和建筑景观变化幅度最大,水体、植被景观变化相对较小,不同的地物覆盖类型均受到人类生产生活的影响;④1993—2018年间,焦作市生态安全状态总体情况先是大幅下降,然后达到平缓稳定状态,其中1993—2004年间生态状态呈现下降趋势,2004—2018年间焦作市的生态状况总体上没有显著的变化;⑤针对典型矿区,1993年,整个矿区还是处于稳定和安全的状态,到2004年,由于矿产资源大量的开采,部分地区由1993年的稳定状态转为临界状态,2018年以来,由于矿区的陆续关闭,矿区的生态安全状况相比于2004年没有太大的变化,模型预测表明到2026年焦作市及其矿区生态指数将呈现出轻微下降趋势,典型矿区与焦作区域表现出一致的生态安全等级分布状况和变化趋势。研究结果可为维护矿区及其周边生态环境的原生平衡、引导矿区资源的合理开采与利用提供技术支持。     

黄土高原脆弱生态采煤区生态产业开发水资源优化利用方案研究——以平朔矿区为例

发展生态产业工程是实现黄土高原脆弱生态采煤区社会经济与生态环境可持续发展的重要途径。本文以平朔矿区为例分析了黄土高原脆弱生态采煤区生态产业工程有限水资源的优化利用方案，包括设施种植、畜牧养殖、沼气工程和植物园工程，并基于水资源优化利用方案进行了水资源的供求平衡分析。研究发现：平朔矿区在节水条件下发展生态产业工程水资源有一定的盈余，可为今后发展完善过程中适当调整规模以及实现可持续发展提供一定的保障。     

露天开采及土地复垦对生态系统服务功能价值影响变化的对比研究——以内蒙古胜利东二号露天煤矿为例

煤炭工业作为我国重要的经济产业,在促进国民经济发展的同时,也严重破坏了矿区的生态环境,矿区生态系统服务功能价值的研究,能够比较精确地体现出采矿活动对生态系统服务功能的影响。以内蒙古胜利东二号露天煤矿为例,根据遥感影像以及矿区开采工序,以Constanza划分的生态系统服务功能为基础,结合研究区的自然环境特点,选取与胜利东二号矿相关的生态系统服务功能,即物质生产能力、调节空气、涵养水源、土壤保护及旅游文化,研究该区域2005、2009、2035年3个时间点只开采及边开采边复垦两种不同情景下矿区生态系统服务功能价值,结果表明：边开采边复垦下的生态服务价值远远大于只开采而不采取任何生态重建措施下的生态服务价值,即土地复垦有效地提高了矿区的生态系统服务价值。     

矿区产业结构演替对矿区生态系统的影响

矿区对自然生态资源的破坏已经成为矿区经济持续发展的主要障碍。矿区产业结构的演变决定了矿区生态功能能否正常发挥作用。按照耗散结构理论分析了矿区产业结构的演变,并以此为线索探讨其对矿区生态系统的影响过程。     

基于生态系统服务价值的水源地生态补偿研究——以南水北调东线扬州市为例

生态补偿是协调区域经济发展和生态环境保护的重要机制，补偿标准的确定和补偿资金的分配是生态补偿的难题。文章基于生态系统服务价值法，利用GIS和遥感技术，分析了扬州市2010年、2015年和2018年土地利用类型和生态系统服务价值的变化，确立受水区生态补偿支付标准上限，引入生态补偿优先级（ECPS）对水源地各区补偿的迫切程度进行量化，并建立补偿资金分配机制。研究表明：1）2010—2018年扬州市土地利用结构变化显著，生态系统服务价值从553.58亿元降低到467.99亿元，其中水体和水田生态系统服务价值减少最为显著，占比90.38%；2）受水区应给予补偿的生态系统服务价值为20.91亿元，而支付标准上限为13.59亿元，二级服务水文调节价值占比80.02%，是补偿的核心；3）补偿顺序和补偿资金分配情况依次为高邮市（10.13亿元）、宝应区（5.08亿元）、邗江区（2.81亿元）、江都区（1.79亿元）、仪征市（0.93亿元）和广陵区（0.17亿元）。最后从明确补偿对象、建立监督机制、形成多元化补偿等角度提出相关建议，以期完善水源地生态补偿机制。     

基于30年遥感监测的矿区生态环境变化——以南四湖周边矿区为例

南四湖地区煤炭资源丰富,湖区有上百年的采煤历史,煤炭开采为地方社会经济发展发挥支撑作用的同时,也对区域内的生态环境带来了重大影响.为研究煤炭开采对南四湖地区生态环境的影响,采用Landsat系列遥感数据,对南四湖上级湖区域1988—2019年间的生态环境进行了遥感动态监测.利用支持向量机(Support Vector ...     

基于生态系统服务价值的水源地生态补偿研究——以南水北调东线扬州市为例

生态补偿是协调区域经济发展和生态环境保护的重要机制,补偿标准的确定和补偿资金的分配是生态补偿的难题。文章基于生态系统服务价值法,利用GIS和遥感技术,分析了扬州市2010年、2015年和2018年土地利用类型和生态系统服务价值的变化,确立受水区生态补偿支付标准上限,引入生态补偿优先级（ECPS）对水源地各区补偿的迫切程度进行量化,并建立补偿资金分配机制。研究表明：1）2010-2018年扬州市土地利用结构变化显著,生态系统服务价值从553.58亿元降低到467.99亿元,其中水体和水田生态系统服务价值减少最为显著,占比90.38%;2）受水区应给予补偿的生态系统服务价值为20.91亿元,而支付标准上限为13.59亿元,二级服务水文调节价值占比80.02%,是补偿的核心;3）补偿顺序和补偿资金分配情况依次为高邮市（10.13亿元）、宝应区（5.08亿元）、邗江区（2.81亿元）、江都区（1.79亿元）、仪征市（0.93亿元）和广陵区（0.17亿元）。最后从明确补偿对象、建立监督机制、形成多元化补偿等角度提出相关建议,以期完善水源地生态补偿机制。     

关闭矿山社会生态系统恢复力评价研究 ——以徐州市大黄山矿区为例

本文以徐州市大黄山矿区为研究对象,从社会、生态、经济三大系统遴选18个指标,构建矿区社会生态系统恢复力评价指标体系,运用集对分析法评价系统恢复力,揭示大黄山矿区闭矿以来恢复力变化趋势。结果表明:2000～2014年间大黄山镇社会生态系统受到的扰动指数居于0.43～0.54之间,应对能力指数从0.23上升到0.77;2000～2014年间大黄山镇社会生态系统总恢复力指数从0.32上升到0.72;经济发展水平对矿区社会生态恢复力的影响较大,是矿区转型发展的主要支撑。     

西部生态脆弱矿区地下水对高强度采煤的响应

为研究榆神府矿区高强度煤层开采对地下水的影响,分析潜水位下降与煤层开采强度的关系,通过资料收集和实地调查两种方法,获取了矿区煤炭资源大规模开采前(1995年)地下水位和煤炭开采后(2014年)地下水位,2者叠加后求取了地下水位变化幅度,并与开采强度分区进行耦合,分析地下水位变化与开采强度的关系。研究区73.0%的区域地下水位未发生明显变化,但有7.3%区域地下水位下降幅度超过8 m,尽管比例小,但面积达758.9 km2,对区域地下水均衡产生了较大影响;高开采强度开采是矿区地下水位下降的主要驱动因素,71.5%的水位明显下降区(8 m)是由高强煤层开采导致的。导水裂隙带和含水层特征是煤层开采过程中控制地下水位变化幅度和范围的关键所在。高强度煤层开采区必须推行保水采煤技术才能达到资源与环境和谐发展的目的。     

人类活动对滑坡稳定性的影响研究 ——以武汉市某滑坡为例

针对人类活动对滑坡稳定性的影响,以武汉市某滑坡为例,基于滑坡所处的工程地质条件及滑坡基本特征,探讨滑坡的影响因素,分析滑坡的变形机制,并采用Midas GTS数值模拟软件对滑坡三种工况下的水平位移、最大剪应变及稳定系数进行计算。研究结果表明人类工程活动是滑坡变形的主要诱导因素,其变形破坏模式属于蠕滑—拉裂型;三种工况下,坡脚未开挖时滑坡的水平位移、最大剪应变值总体较小,滑坡基本稳定;而开挖坡脚后,坡脚水平位移和最大剪应变急剧增大,滑坡处于不稳定状态;在坡脚回填后,由于起到一定的抗滑作用,使其水平位移与最大剪应变减小,滑坡处于欠稳定状态。由此可见人类工程活动对于滑坡稳定性的重要影响,以期为类似滑坡的防治提供参考。     

生态脆弱区绿色矿业发展研究:以新疆克州为例

生态脆弱区是目前生态问题突出、经济相对落后、人民生活贫困的问题重叠区域,是我国绿色矿业发展中亟待突破的区域。文章以新疆克州为例,运用SWOT模型分析其矿业发展的优势与劣势、机遇与挑战,并在此基础上提出克州发展绿色矿业的策略,进而针对我国生态脆弱区发展绿色矿业提出加大政策扶持力度、加强技术支撑能力、助力区域脱贫攻坚等几点建议。