“矿区生态损毁监测与评价”专题（《煤炭学报》）

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“矿区生态损毁监测与评价”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“矿区生态损毁监测与评价”主题论文。

行业视野: 环境保护
类别; 132个
关键词; 136位
专家; 29篇
论文; 34374IP
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北电胜利煤矿排土场土壤AM真菌与土壤理化性状相关性研究

作者(Author)：莫莉, 陈金, 王宝杰, 张晓东, 马晓丹, 戴雁峰, 包玉英

摘要：煤炭露天的开采破坏了地表植被，改变了土壤结构和土壤微生物(AM真菌)组成。为了研究采煤扰动条件下AM真菌与环境因子之间的相互作用关系，以北电胜利煤电基地为对象，比较研究了排土场与原生草原的植物群落多样性、地上生物量、AM真菌多样性及土壤环境因子的动态变化规律。结果显示，原生草原的植被多样性显著高于各排土场样地，且人工维护的南排土场样地的显著高于自然演替的北排土场样地。从研究区各样地土壤样本中共分离鉴定出AM真菌6科9属24种，优势的种类主要有Glomus reticulatum，Septoglomus deserticola和Acaulospora sp1，多数的AM真菌在各样地表现出较低的丰度，并具有特异的样地偏好性。植物多样性、AM真菌多样性和植物生物量3者之间呈显著正相关，与环境因子有效磷AP，铵态氮AN，总氮TN，总碳TC，碱性磷酸酶ALP呈显著正相关，与pH，速效钾AK，过氧化氢酶CAT呈显著负相关。AM真菌的丰度与土壤环境因子紧密相关，只有Glomus aggregatum与这些环境因子呈现较弱的相关性。本文结果为露天煤矿及其排土场AM真菌群落多样性及其影响影响因子的研究、以及矿区植被重建和生态修复提供数据基础。

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煤炭学报

2019年第12期

827

242
基于无人机的高潜水位煤矿区沉陷耕地提取方法比较

作者(Author)：胡晓, 李新举

摘要：准确、快速、低成本的获取高潜水位煤矿区沉陷耕地的面积、分布、受损等信息对耕地保护有重要的意义。色彩空间转换、纹理分析和植被指数等方法能够有效的增强和挖掘影像潜在的信息，对信息提取有很大帮助。利用2018年4月获取的无人机可见光影像对典型高潜水位煤矿区——山东兖州兴隆庄煤矿的沉陷耕地进行了提取研究。首先统计了耕地、积水区等地物在可见光三波段的均值和标准差，比较发现耕地与积水区在红、绿、蓝3个波段均有重合。其次对研究区影像进行了色彩空间转换与二阶矩阵纹理滤波，统计了耕地与积水区共27项色彩与纹理特征指标，利用均值和标准差计算了变异系数和相对差异值，最终选取色度(变异系数26%，相对差异73.33%)和绿色信息熵(变异系数20.59%，相对差异72.79%)作为耕地提取的最优特征，采用最大似然法进行耕地提取。之后计算了备选的6种可见光植被指数，根据结果分布图，选取了过绿指数EXG(excess green index)、可见光差异植被指数VDVI(visible-band difference vegetation index)、红绿蓝植被指数RGBVI(red green blue vegetation index)及归一化绿红差异指数NGRDI(normalized green-red difference index)作为沉陷耕地提取指数，利用双峰阈值法确定了耕地提取阈值。比较提取结果得出，EXG和NGRDI指数无法全面、客观反映研究区实际情况，VDVI指数的耕地总体分类精度为81.05％，高于RGBVI指数的71.38％，是本研究中最适用于高潜水位煤矿区沉陷耕地提取的指数。最后利用验证区影像，以基于样本面向对象提取的沉陷耕地面积作为参考值，通过比较面积及误差得出，基于色彩与纹理特征法提取的面积与参考面积更接近，误差(6.8%)小于可见光植被指数法(16.0%)，更适用于高潜水位煤矿区沉陷耕地的提取。本研究结果客观反映了由于采煤沉陷导致耕地颜色、纹理、疏密等变化特征，为高潜水位煤矿区沉陷耕地的面积测算提供了技术支持。

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煤炭学报

2019年第11期

734

396
煤矿沉陷水域重金属含量高光谱反演

作者(Author)：徐良骥, 刘曙光, 孟雪莹, 韦任

摘要：为研究矿区沉陷水域重金属元素含量快速有效的监测方法，以淮南市潘一矿沉陷水域为研究区域;首先利用ASD FieldSpec 4地物光谱仪采集采样点的光谱数据并采集样本，其次，对取回的水样中Cu,Pb,Zn,As,Cd和Cr六种重金属元素含量采用原子吸收光谱仪和原子荧光光度计测定;然后，对光谱数据进行微分变换及倒数对数变换，将变换后的光谱数据与水体重金属含量进行相关性分析，并提取特征光谱;且根据相关性分析结果选择显著相关的波段进行建模。采用单波段分析、多元逐步回归(SMLR)分析及波段深度与偏最小二乘回归(PLSR)结合3种方法分别建立基于光谱反射率估算水体重金属含量的预测模型，并对预测模型进行精度评定，选取各重金属含量的最佳预测模型。结果表明，经过微分变换的光谱波段与重金属元素含量的相关系数有显著提高且达到了更高的相关度。微分变换后，Cu,Pb,Zn,As,Cd和Cr五种重金属元素的最大相关系数分别为0.874,-0.648,0.824,0.764,0.636 和-0.885;Cu,Cr元素含量与二阶微分变换光谱建立的单波段回归模型为最佳预测模型，验证R2分别为0.823,0.806。Pb元素、Zn元素、As元素和Cd元素含量与光谱数据的二阶微分建立的逐步回归模型为最佳预测模型，验证R2分别为0.774,0.724，0.564，0.767。该模型可用于潘一矿沉陷水域重金属含量的快速监测。

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煤炭学报

2019年第11期

751

290
基于水土资源损毁的长河流域煤炭开采模式模拟

作者(Author)：王瑾, 刘建, 毕如田, 张凯媛, 刘慧芳, 田晓红

摘要：为研究不同煤炭开采模式下水土资源损毁程度,基于系统动力学原理构建了煤炭-水土资源经济系统的系统动力学模型,模型经过多次的运行完善,最后通过了检验,利用模型分析了不同情境下水土资源损毁系统的发展特征。通过对模型运行分析得出,影响煤炭开采量、耕地面积和水资源量的因素中敏感性最高的 3 个影响因子是采出率、废水治理率和复垦率。在将煤炭开采量控制在 600 万 t 以下,耕地面积和总供水保有量分别控制在 31. 25 km2和 1872 万 t 以上的前提下,对这 3 个主要影响因子进行了设置,模拟运行得出了长河流域煤矿区未来 2017—2030 年 3 种不同煤炭开采模式下水土资源的损毁状况,在不同煤炭开采规模情景下水土资源发展状况差别明显,经济优化型模式下,国民经济增长速度明显增加,但是耕地面积出现了小幅度减小,而且总供水量减少较快,容易给当地人民带来水资源不足的威胁,该方式不符合经济发展的长远利益;资源优化型,该模式下年国民生产总值增速明显减小,耕地面积和总供水量快速增加,资源型发展模式能够维护资源的健康稳步发展,但是不利于经济的发展;SD-MOP 整合优化模型,该模式下适当控制煤炭开采规模,国民产值在较大程度稳步提升的前提下,也能保证水土资源的稳步增加,既考虑了经济效益又重视了自然资源,其优化方案是朝着煤炭资源、水土资源合理利用,经济-生态双优化的改造过程,是在提高研究区煤炭资源、水和土地资源的利用效率的过程,有助于优化长河流域煤炭、水和土地资源的数量结构、层次结构与效益结构。经过对这 3 种方案不断的运行检验得出:整合优化型煤炭开采模式为最优开采模式。

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煤炭学报

2019年第09期

1030

510
陕西彬长矿区NDVI3g(1982—2013)变化趋势及气候响应

作者(Author)：马雯思, 马超, 刘玮玮

摘要：过去30 a，全球归一化差值植被指数(NDVI)呈增加趋势，植被返青期(SOS)提前，枯黄期(EOS)滞后，生长期(LOS)延长。作为人类经济活动最密集的工矿区，其生态环境问题是环境与发展的焦点问题之一，在全球变化的背景下，研究矿区及周边地区NDVI趋势，能很好地反映区域尺度上非自然生态区植被变化及对全球变化的响应。基于GIMMS AVHRR NDVI3g长时间序列遥感影像，利用IDL编程、线性回归、趋势拟合提取研究区1982—2013年植被覆盖的物候信息，分析矿区、缓冲区(10 km,20 km)及生态校验区月度、季度、年际变化情况，推算出植被SOS,EOS与LOS长度变化趋势，并结合气象观测记录分析气候驱动因子(降水、气温)与NDVI变化相关性。时序相关性分析表明:32 a彬长矿区年均NDVI总量随时间序列缓慢升高，32 a增长百分比达13.31%;生态校验区NDVI总量随时间序列升高趋势明显，32 a增长百分比达1945%;受人类活动影响，矿区NDVI阶段增长百分比明显低于生态校验区。空间相关性分析表明:彬长矿区NDVI原始基底值高于校验区，植被SOS提前6±3 d，EOS滞后5±3 d，LOS延长11±3 d;生态校验区植被SOS提前3±3 d，EOS滞后3±3 d，LOS延长6±3 d;矿区植被LOS延长天数高于生态校验区5 d。气候相关性分析表明:彬长矿区处于半湿润气候区，植被对气温变化的响应高于降水，植被生长对降水有2～3 a的滞后性，NDVI的增加与该区气温升高、降水减少的共同作用有关。研究认为，采矿活动使得矿区及其周边地区植被活动放缓，年均NDVI增长率明显低于生态校验区;在全球变化作用下，植被LOS延长的基础上，人类活动使得矿区植被LOS被再度延长。

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煤炭学报

2019年第04期

881

339
榆神矿区地下水和干旱指数对植被耗水的联合影响

作者(Author)：王强民, 靳德武, 王文科, 刘基, 杨建, 赵春虎, 董兴玲, 尚宏波

摘要：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(Ta)与潜在蒸腾量(Tp)比值(Ta/Tp)的关系曲线，其相关系数高达0.99，利用单指数模型和Ta/Tp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。

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煤炭学报

2019年第03期

1460

380
毛乌素沙漠区广域适应型保水安全厚度计算及开采影响分区评价

作者(Author)：贺晓浪, 夏玉成, 丁湘, 孙学阳

摘要：毛乌素沙漠区多个近地表含水层支撑着区域生态环境、生产和生活，开展保水采煤研究势在必行。而“保水安全厚度”计算作为保水采煤研究的核心内容，由于各近地含水层的性质以及所处垂向位置的差异，导致了针对毛乌素沙漠区的保水安全厚度计算方法适用范围有限、缺乏统一性。通过分析毛乌素沙漠区内含隔水层在垂向和平面上的展布特征、水文地质性质，结合不同区域内的工程地质条件和开采方法，探讨了保水安全厚度的定义。将煤层之上地层划分为目标保护层、预测导水段(导水裂隙带发育段)和等效保水段(由有效黏土隔水层和基岩层组成的保水段)。利用水均衡法分析了黏土隔水层与基岩层间的保水性能关系，通过“保水比例系数”形成了黏土隔水层与基岩层间统一的等效保水段计算方法。建立了具有能够适用毛乌素沙漠区内“沙-基(岩)型开采区”、“沙-土-基(岩)型开采区”、“沙-土-洛(洛河组含水层)-基型开采区”、“烧变岩型开采区”等主要不同地质条件的保水安全厚度计算模型。根据导水裂隙带的发育高度与黏土隔水层、基岩层间的导通特征以及煤水间距与保水安全厚度的大小关系，制定了煤层开采影响的自然保水区、一般失水区和严重失水区的分区标准。并以榆神矿区小保当煤矿为例，应用建立的统一模型确定了小保当井田内砂-基型和砂-土-基型开采区内的保水安全厚度，并据此评价了煤层开采对潜水含水层的影响。所建立的保水安全开采厚度计算模型以及开采分区评价标准具有良好的适应性，也为保水采煤研究中有关保水安全厚度的计算和煤层开采对上覆含水层的影响评价提供了新思路。

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煤炭学报

2019年第03期

1194

515
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

作者(Author)：麦霞梅, 胡振琪, 赵艳玲

摘要：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B3波段的反射率具有显著的负相关关系，可将B3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。

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煤炭学报

2019年第02期

1213

389

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