基于遥感影像的荒漠化矿区土壤含水率的影响因素分析

利用野外监测和TM遥感影像数据,建立了基于热惯量的计算土壤含水率的遥感信息模型.野外监测样点平均值表明采空区与非采空区上方土壤含水率差异大,遥感反演的面域平均值则显示两者差异较小.分析了影响土壤含水率的主要因素,结果表明:土壤含水率随高程的增大而降低;采矿导致土壤渗透系数发生变化.采空区上方垂直入渗能力增强,改变了潜水补给条件和土壤表面蒸发能力,进而影响土壤含水率;考虑毛细水上升高度和植物根系所及的深度,当采前地下水埋深较小而植物根的垂直深度较大时,采矿引起的水位下降必将影响植物利用潜水;当采前地下水位埋深较大而地表植被为浅根植物时,则不会影响,而采矿引起的地表裂缝则增加了地表土壤蒸发,地表拉伸变形容易拉断植物根系,进而影响植物的生长.     

Study on the change rule of groundwater level and its impacts on vegetation at arid mining area

The shallow groundwater in Shendong mining area was broken because of large-scale underground mining activities. Selecting 32201 working-face as research area, analyzed the change rule of groundwater level and aquifer thickness under mining impact with a large number of water level observation data. Then, the impacts of groundwater level change on vegetation were analyzed by the relationship theory of arid area groundwater and vegetation. The results show that the aquifer structure and the water condition of supply flow and drainage are changed by the water proof mining. The groundwater level recovere only a little compared with the original groundwater level in two years. But the great change of groundwater level do not have notable influences on vegetation of this mining area, and further study indicates that there are certain conditions where groundwater level change impacted on vegetation. When the influence of groundwater level change was evaluated, the plant ecological water level, warning water level and spatial distribution character of original groundwater and mining-impacted groundwater-level change should be integrated.     

神东矿区植被覆盖度时序变化与驱动因素分析及引导恢复策略

国家煤炭开采战略重心西移及集群化、高强度的开采方式,使得西部矿区的地表生态环境呈现出强烈扰动的态势,使本就脆弱的生态环境日趋退化,其中最直观的体现就是对植被影响。传统矿区植被恢复重建其生态恢复效益以及对生态环境影响还有待商榷,可能会形成了植被恢复资金高、投入与恢复低效率的矛盾局面。矿区植被恢复应严格遵循当地自然生态系统发展规律,避免对采后生态系统的再次扰动,科学配置,优化布局、引导恢复生态系统的自修复能力。而弄清煤炭开采扰动区植被覆盖度时序变化,是探索半干旱矿区植被引导型恢复有效方法的重要基础与前提。基于Landsat-NDVI时序数据,以神东中心矿区为研究尺度,分析了不同开采年份采区和非采区植被覆盖度的时序变化,依据不同时序植被覆盖度格点回归斜率、相关系数及标准差,对研究区植被覆盖度变化趋势以及年际波动程度进行评估,并对影响植被覆盖度变化的驱动因素进行了分析。结果得到:从2000—2016年神东中心矿区植被NDVI时序上整体呈物候性周期变化,由于大面积矿区植被重建,2005年后中心矿区植被INDV明显提升,INDV差异值时序变化与该工作面煤炭开采年份密切相关;煤炭开采塌陷对植被覆盖度...     

2015年黄河流域陆地水储量变化

为研究2005—2015年黄河流域陆地水储量变化，基于GRACE RL05重力数据及全球陆面同化系统模型GLDAS进行陆地水储量反演，通过排除煤炭开采引起的区域质量变化提高反演精度，并分析降水、地下水变化对陆地水储量变化的影响。初步结果表明：在时间上，由GRACE卫星数据反演的黄河流域在2005—2015年陆地水储量变化趋势为-5.20 mm/a，2005—2006年的变化趋势达到-0.91 mm/月，各年内仅7—9月份呈现盈余状态；在[JP2]空间上，流域西部呈现为盈余状态，流域东部呈现为亏损状态；煤炭开采量转换的等效水高变化趋势为-1.95 mm/a，[JP]扣除该水高趋势得到更精确的陆地水储量变化趋势为-3.25 mm/a，其对传统陆地水储量反演结果精度的影响不可忽略；此外，降水与地下水变化分别是导致上、下游区域陆地水储量变化的重要因素。本研究综合考虑煤炭开采量影响，有助于提高传统陆地水储量反演方法精度。     

地下气化场地地基稳定性评价及燃空区封存超临界二氧化碳初探

为促进燃空区及其场地高效再利用,结合煤炭地下气化工艺特点及燃空区特征建立了气化隔离煤柱稳定性评价模型、覆岩裂隙发育高度计算模型及地表残余变形预测模型,进而提出了燃空区场地稳定性评价方法,为燃空区场地的再利用提供了技术支撑。同时,针对燃空区治理难题,结合CO₂地质封存面临的瓶颈提出了煤炭地下气化耦合超临界CO₂封存的思路,分析了气化炉参数对燃空区封存超临界CO₂后盖层裂隙发育规律的影响,并建立了燃空区封存超临界CO₂过程中隔离煤柱稳定性评价方法,为面向煤炭地下气化耦合CO₂封存的生产设计提供了科学依据。最后,提出了煤炭地下气化耦合CO₂封存目前存在的主要问题,并强调了迫切需要开展的相关研究工作。研究成果对促进燃空区及其场地再利用具有一定的理论和实践指导意义。     

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...     

西部干旱半干旱露天煤矿生态重构技术难点及发展方向

以陕西大柳塔煤矿国家水土保持科技示范园内采煤沉陷区为试验区域,利用无人机获取激光雷达数据,估测植物群落冠层结构参数,并揭示不同植物配置模式下冠层结构的差异。结果表明：利用LiDAR数据能够准确可靠地估算植物群落冠层高度、冠盖度、叶面积指数、叶高多样性4个冠层结构参数;研究区水平方向上的冠盖度与垂直方向上的冠层高度、叶高多样性之间存在显著的正相关关系,水平方向上的叶面积指数受垂直结构影响较小;植物配置模式对群落冠层结构具有显著影响。生态修复后乔木群落的垂直层次结构较好,而灌木群落在水平结构上表现较好。研究表明基于无人机的激光雷达遥感方法可以有效揭示采煤沉陷区生态修复植物群落冠层结构的异质性,为矿山生态监测与评价提供基础数据和科学依据。

     

新疆煤炭资源开发的环境效应与保护策略研究

为提供新疆煤炭资源保护性开发与开采的对策,促进新疆煤炭资源开发与环境相适应,总结分析了我国煤炭能源基地建设规划和新疆煤炭资源赋存特征、自然生态环境条件和现有开采方法特点。分析表明,新疆地理环境特殊,与中东部地区存在较大的差异,影响采矿后环境变化的地质条件与特征不明;煤炭开采引起覆岩活动与地质灾害规律不清;煤炭开发与环境的相容性以及可采性不确定。研究新疆煤炭资源开发开采的环境效应,需要重点考虑煤炭资源开发与自然生态环境的相容性、采矿方式影响生态要素及系统的可逆性、考虑资源环境价值的煤炭资源的可采性这3类关键问题。因此,针对新疆煤炭资源与生态环境协调开发的研究不充分及区域环境容量已对煤炭资源开发规模与布局形成倒逼机制的形势,提出了新疆煤炭资源宏观开发策略与微观开采技术相结合的策略,重点需要加强新疆煤田资源赋存特征、水文循环与水资源转换特征、生态环境脆弱特征研究,划分出煤炭资源-水资源-自然生态环境组合类型;煤炭开采引起覆岩活动与地质灾害规律、生态环境损伤机理及综合考虑资源环境价值与技术经济条件的新疆煤炭资源可采性研究的建议。这些研究成果对于优化煤炭产业布局、制定合理的煤炭开发规划、选择合适的开采方式、因地制宜划定生态红线,同时对加大矿区生态环境保护力度,研究推广矿山绿色开采技术,促进新疆煤炭产业可持续发展将具有重要的现实意义。     

鄂尔多斯煤田高强度井工煤矿开采对土壤物理性质的扰动

为给矿区水土流失防治与生态保护等提供理论依据,在对大柳塔52303工作面不同地表影响区域(非采区、外拉伸变形区、内拉伸变形区、压缩变形区和中性区)0.10~0.15 m深度土壤进行开采前后同位置取样测试的基础上,基于统计学和地统计学理论相结合的方法,分析了煤炭开采对土壤物理性质扰动的统计变化规律和空间变异规律。研究结果表明:① 从开采后相对于开采前的平均值变化来看:天然含水量、容重、黏聚力显著减小,尤其天然含水量和黏聚力减小更明显,两者分别减小24%和48%;内摩擦角增加了9%。说明开采显著降低了容重,尤其是天然含水量和黏聚力的平均值,增大了内摩擦角平均值。② 开采对天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的扰动具有明显的空间规律性,并且受天然含水量变化的影响,开采对黏聚力和内摩擦角扰动的空间规律性与开采对天然含水量影响的空间规律具有很强的相关性。在外拉伸变形区开采降低了黏聚力;由内拉伸变形区向中性区方向,开采降低天然含水量和黏聚力越来越明显,增大内摩擦角越来越明显。③ 开采后,天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的块金值不同程度减小,有机质和天然孔隙比的块金值不同程度增加,说明开采增强了天然含水量、内摩擦角以及黏聚力的空间依赖性,减弱了有机质和天然孔隙比的空间依赖性。因此,建议该区域水土流失防治应该重点针对内拉伸变形区、压缩变形区以及中性区进行,土壤修复应重点针对天然含水量、黏聚力、内摩擦角以及容重进行,生态恢复则要考虑区域间和变量间的联系性。     

语音播报智能输液监测器的设计

主要论述了智能输液播报器的设计思想,采用了光电传感技术和单片机智能控制技术。其中包括:点滴速度的检测、输液瓶液面的检测、数码管显示床位号和点滴数、键盘设置床位号、声光报警等功能。他不仅能够实时显示和播报输液的速度,并且能安全可靠地在输液瓶内的药液到达一定量时,进行自动语音播报提示。具有智能化和人性化。