本文關(guān)鍵詞：生態(tài)環(huán)境的自修復(fù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

關(guān)于風(fēng)積沙區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力評價方法的研究

2015-12-24 09:42:21 中國安裝信息網(wǎng)

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作者：曹健國

    礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的自修復(fù)是揩采礦驅(qū)動力在對地表生態(tài)環(huán)境造成損傷的過程中，自動修復(fù)部分生態(tài)損傷的現(xiàn)象和過程。煤炭資源的開發(fā)不可避免地對土地生態(tài)環(huán)境造成損傷，隨著能源戰(zhàn)略西移，煤炭開采對西部脆弱的土地生態(tài)環(huán)境的損傷日趨嚴(yán)重。在以往實踐中，常常采取工程技術(shù)措施對采煤沉陷損傷區(qū)域加以修復(fù)并取得了一定效果，然而在生態(tài)脆弱的風(fēng)積沙礦區(qū)，人工修復(fù)對生態(tài)環(huán)境可能造成二次破壞的不確定性以及修復(fù)措施的投入與產(chǎn)出等問題促使人們考慮通過自然營力、采煤驅(qū)動力等使采煤沉陷損傷區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自修復(fù)。本文基于野外觀測結(jié)果，對研究區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力進(jìn)行評價，為減少人工修復(fù)對礦區(qū)的擾動及降低生態(tài)修復(fù)成本提供理論參考。

1  研究區(qū)概況

    研究區(qū)位于山西、陜西、內(nèi)蒙古交界的風(fēng)積沙煤礦區(qū)，礦區(qū)地表以蓋沙黃土為主，因遭到沙漠多次侵?jǐn)_，地表覆蓋較厚風(fēng)積沙層，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。礦區(qū)工作面開采尺寸較大（長度約為300 m，推進(jìn)距離大于2000 m），屬于超大工作面，推進(jìn)速度較快，開采強(qiáng)度大、效率高。選擇該礦區(qū)某超大工作面進(jìn)行研究，該工作面開采1-2煤，全長約為3500 m，工作面寬度為300.5 m，平均煤層厚度為4. 81 m，傾角為1。～3。，屬層狀構(gòu)造，條帶結(jié)構(gòu)，

煤層穩(wěn)定。煤層埋深約為200 m，采用一次性采全高、綜采放頂煤開采，全部跨落法管理頂板，日進(jìn)尺量約為10 m，具有典型的高強(qiáng)度開采特征。

2評價模型

    風(fēng)積沙區(qū)煤炭開采造成的土地生態(tài)損傷主要為無積水塌陷盆地以及地裂縫和附加坡度等微地形變化，針對此特點按照附加坡度將采空區(qū)某段分為上坡、中坡和下坡進(jìn)行研究。因此，可選取某段工作面將其按上坡、中坡和下坡劃分為3個評價單元，以地形及土壤特性作為土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力評價指標(biāo)，通過對不同開采時序評價指標(biāo)演變特征的研究，，對各評價單元進(jìn)行自修復(fù)能力評價，得出不同時序各單元土地生態(tài)環(huán)境與原始背景值的變異程

度，確定各單元是否具備自修復(fù)能力。利用各單元評價結(jié)果推算區(qū)域整體自修復(fù)能力，得出具有自修復(fù)能力的分布范圍。根據(jù)評價目的采用綜合指數(shù)法數(shù)學(xué)模型進(jìn)行評價，該模型可體現(xiàn)各評價指標(biāo)之間的相互作用及其對受損土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的綜合影響，計算結(jié)果能較為直觀地反映評價指標(biāo)總體特征。

2 1  指標(biāo)體系構(gòu)建

    評價指標(biāo)應(yīng)能表征煤炭開采活動引起的受損土地質(zhì)量變化。選擇評價指標(biāo)時主要考慮反映煤炭開采活動的地貌地形變化和土壤特性的因素。具體指標(biāo)體系見表1。

2.2  評價體系構(gòu)建

    由于反映土壤特性指標(biāo)的絕對值相對較低，屬貧瘠土壤，《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》和《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中等級劃分的部分準(zhǔn)則較難區(qū)分該區(qū)域土地生態(tài)環(huán)境的演變程度，而評價的重點是探討受損土地是否具備自修復(fù)能力，并確定土地受損后狀態(tài)與原始狀態(tài)的相似程度，并依次確定具備自修復(fù)能力的土地范圍。依據(jù)土地受損后各評價指標(biāo)與原始值之間的相對值占原始值的比例，基于層次分析法和德爾菲法進(jìn)行分級賦值。

2. 2.1  評價體系的等級分級原則

    (l)附加坡度等級劃分。依據(jù)《土地復(fù)墾方案編制規(guī)程》中采煤塌陷土地旱地?fù)p毀程度分級參考標(biāo)準(zhǔn)，附加坡度分為3個等級：1級附加坡度O～0.6；2級附加坡度0.6～1.2；3級附加坡度≥1.2。

    (2)地裂縫等級劃分。風(fēng)積沙區(qū)動態(tài)裂縫留存時間較短，邊緣裂縫則長期存在，為體現(xiàn)地裂縫對土地的損傷程度，以土地原始狀態(tài)作為參考值，無地裂縫時參考值為o，作為最高等級的指標(biāo)值，以裂縫寬度總和的最大值作為最低等級的指標(biāo)值，實測最大值為191. 25 mm，劃分為5個等級，梯度值定為48 mm，其中5級時裂縫寬度≥192 mm。

    (3)土壤特性指標(biāo)等級劃分。同樣以土地原始狀態(tài)作為參考值，以每個指標(biāo)最大變化幅度f作為最低等級指標(biāo)值，劃分為5個等級，等級梯度值為f/4，其中大部分指標(biāo)為效益型指標(biāo)，即開采對其產(chǎn)生負(fù)面影響，而土壤孔隙度、PH等指標(biāo)為非效益型指標(biāo)。

2.2.2  評價指標(biāo)賦值的原則與方法

    評價指標(biāo)賦值應(yīng)遵循如下原則：基于指標(biāo)與受損土地生態(tài)環(huán)境相關(guān)研究確定分值；分值與土地生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣呈正相關(guān)；分值體系采用0～100分的封閉區(qū)間體系。

    (l)附加坡度分級賦值。1級影響不明顯，分值為100～90分（無附加坡度取值為100分）；2級影響較明顯，分值為75分；3級影響明顯，分值為50分。

    (2)裂縫寬度分級賦值。1級寬度為0～48mm，破壞不明顯，分值為90分；2級寬度為48～96 mm，破壞較明顯，分值為80分；3級寬度為96～144 mm，破壞明顯，分值為70分；4級寬度為144—192 mm，破壞顯著，分值為50分；5級寬度≥192 mm，破壞極顯著，分值為30分。

    (3)土壤特性分級賦值。1級基本無影響且與原始背景值基本無差異，分值90分；2級影響比較小且與原始背景值有差異，但差異比較小，分值80分；3級影響較明顯且與原始背景值差異較為明顯，分值70分；4級影響明顯且與原始背景差異顯著，分值60分；5級影響極明顯且與原始背景差異顯著，分值50分。根據(jù)對土壤理化指標(biāo)的測定，各指標(biāo)最大變化幅值為：速效磷36.42%，速效鉀18%，有機(jī)質(zhì)32%，PH6. 21%，全氮10. 83%，容重9%，孔隙度12. 84%，含水量19%。等級劃分與賦值情況見表2。

2.2.3  評價模型計算

    運用綜合指數(shù)法模型進(jìn)行評價單元土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力的綜合判讀，并以此評價結(jié)果對評價對象的土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力進(jìn)行分析研究。其計算公式如下：

式中：Q-受損土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力綜合分值；

    根據(jù)所得分值，按照等間距法將各評價單元的土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力進(jìn)行分級。分級情況為：自修復(fù)能力分值≥90分，具有明顯的自修復(fù)能力；自修復(fù)能力分值80～90分，具有自修復(fù)能力；自修復(fù)能力分值<80分，不具有自修復(fù)能力。

2.3指標(biāo)權(quán)重及研究范圍的確定

    綜合運用層次分析法和德爾菲法確定指標(biāo)權(quán)重，賦值情況見表3。評價單元分布如圖1所示。

    采樣條帶在距離開切眼350～390 m的范圍內(nèi)，而下坡、中坡和上坡采樣點距離工作面走向中心線40 m、80 m和120 m。

    注：裂縫寬度為評價單元內(nèi)表征較明顯的地裂縫的最大寬度總和，評價指標(biāo)權(quán)重矩陣的一致性檢驗：CI<O.1，判斷矩陣可以接受

2.4評價單元的賦值與計算

    利用評價區(qū)域?qū)崪y數(shù)據(jù)，根據(jù)上述分級標(biāo)準(zhǔn)及賦值原則，對塌陷初期、3個月、5個月和7個月評價單元的各指標(biāo)進(jìn)行賦值計算，可得各評價單元自修復(fù)能力分值，結(jié)果如圖2所示。

    由圖2可知，工作面塌陷5個月之后，受損的中坡和下坡區(qū)域表現(xiàn)出較好的自修復(fù)能力，且處于均勻沉降區(qū)的下坡具有明顯的自修復(fù)能力。根據(jù)開采沉陷學(xué)原理，研究區(qū)超大工作面走向與傾向方向均達(dá)到充分采動，且下沉盆地內(nèi)部出現(xiàn)大范圍的均勻沉降區(qū)，利用ArcGIS軟件可得采動后附加坡度，如圖3所示。

    工作面停采后，根據(jù)圖3確定下沉盆地盆底的實際范圍．具備明顯自修復(fù)能力的土地區(qū)域占下沉盆地的比例約為40%，而中坡和上坡區(qū)域則需輔以人工修復(fù)，是礦區(qū)土地治理的重點區(qū)域。

3評價結(jié)果分析

    (l)下坡自修復(fù)能力隨塌陷時序的延長而遞增，從側(cè)面反映出采動主要影響時段在塌陷初期，且隨著地表由松動轉(zhuǎn)為沉實，地裂縫以及附加坡度的負(fù)面影響大幅弱化，土地生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)。塌陷7個月時，土地生態(tài)環(huán)境逐漸趨向于原始背景值，說明工作面下坡區(qū)域土地具備明顯的自修復(fù)能力。

    (2)中坡與下坡類似，塌陷初期較下坡的分值偏大，主要是因為地裂縫表征較弱。與塌陷初期相比，自修復(fù)能力分值有小幅增長，且在塌陷7個月時自修復(fù)能力的分值接近90分，具備較強(qiáng)的自修復(fù)能力，分值變化主要緣于地形地貌變化，研究區(qū)下沉量不斷增大，接近最大下沉值的范圍不斷擴(kuò)大，與地表原始形態(tài)基本一致。

    (3)上坡自修復(fù)能力綜合得分普遍較低，除塌陷初期外均低于70分，主要因拉伸應(yīng)力作用于上坡，地表附加坡度較大，且分布相對穩(wěn)定的邊緣裂縫，隨著塌陷時序的延長，后期分值的增長主要是因地表塌陷范圍增大、附加坡度減小和部分土壤特性指標(biāo)略有恢復(fù)所致。

    上述分析表明，土地生態(tài)環(huán)境自修復(fù)能力主要取決于研究區(qū)地形地貌與原始狀態(tài)的差異。根據(jù)開采沉陷學(xué)原理，超大工作面區(qū)域內(nèi)達(dá)到充分采動，下沉盆地盆底范圍的土地在工作面趨于穩(wěn)定后達(dá)到該地質(zhì)采礦條件下的最大下沉值，盆底范圍處于均勻沉降區(qū)，即在采礦驅(qū)動力作用下達(dá)到充分采動，地表基本無裂縫和附加坡度的存在，與原始地形地貌基本一致，實現(xiàn)自修復(fù)。

4  結(jié)論

    (1)評價結(jié)果表明具備自修復(fù)能力的區(qū)域占下沉盆地的比例約為40%，實際施工過程中可盡量減少人工和工程機(jī)械對地表生態(tài)環(huán)境的影響，節(jié)省復(fù)墾成本。

    (2)超大工作面開采使得工作面走向與傾向方向達(dá)到充分采動，擴(kuò)大了均勻沉降區(qū)的范圍，盆底區(qū)域可基本恢復(fù)到采前原有地形即實現(xiàn)自修復(fù)，采礦驅(qū)動力是獲得較強(qiáng)自修復(fù)能力的重要因素。

(3)風(fēng)積沙區(qū)高強(qiáng)度開采可使采動影響的范圍減小，且采后7個月下沉盆地盆底范圍即有明顯的自修復(fù)能力，說明高強(qiáng)度開采可緩解風(fēng)積沙區(qū)煤礦開采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相矛盾的格局，可加強(qiáng)高強(qiáng)度開采技術(shù)在風(fēng)積沙礦區(qū)的應(yīng)用。

5摘  要 

 為了對風(fēng)積沙區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力進(jìn)行評價，選取典型風(fēng)積沙煤礦土地生態(tài)損傷區(qū)，依據(jù)附加坡度進(jìn)行評價單元劃分，在不同開采時序?qū)Σ煌u價單元地裂縫進(jìn)行統(tǒng)計，同時對土壤理化特性指標(biāo)進(jìn)行采樣分析，綜合運用層次分析法和德爾菲法確定指標(biāo)權(quán)重，采用綜合指數(shù)法數(shù)學(xué)模型對研究區(qū)土地生態(tài)損傷自修復(fù)能力進(jìn)行評價，結(jié)果表明高強(qiáng)度開采條件下40%的受損區(qū)具有明顯自修復(fù)能力，可明顯減少土地修復(fù)成本。

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