《基于3S技术的煤炭资源开采对植被影响研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于3S技术的煤炭资源开采对植被影响研究（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于3S技术的煤炭资源开采对植被影响研究摘要：在煤炭资源开采中要注意采煤过渡可能会造成土地的塌陷，其表面的植被 因而受到严重的影响，这主耍是因为地表发生变形而造成了地下水的位置发生变 化，水土发生流失现象，土壤遭受侵蚀，地表植被因此而缺少养料和水，进而生 长遭受破坏。在矿区，因采煤塌陷而导致的地表植被破坏现象较为严重，对矿区 的生态环境影响较大，因此需耍对采煤塌陷对地表植物的影响进行研究以进一步 实现矿区塌陷环境下的地表植物的修复。本文以山曲省阳泉市煤炭开采区为例, 首先用遥感技术获取采煤区的空间信息,而后用GIS技术对其空间信息进行分析, 通过遥感植被指数来对采煤区内的植被情况进行分析研究。
2、采煤矿区的塌陷不仅 仅影响其区域内的植被情况，也会对其周边的生态造成影响，因此环境治理和生 态恢复工作也应该综合采煤区的空间分布情况进行适当的向外拓展。关键词：采煤塌陷；阳泉煤炭开采区；生态恢复目录第一章绪论11丄研究背景11.2研究目的及意义11.3 3S空间信息科学（3S技术）11.3.1遥感技术21.3.2地理信息系统技术（GIS） 2第二章我国采煤塌陷概况22.1我国釆煤塌陷情况22.2采煤塌陷的类型32.3采煤塌陷对植被的影响32.3.1釆煤塌陷对植被的直接影响32.3.2釆煤塌陷对植被的间接影响4第三章用3S技术对山西省阳泉市煤炭开采区植被影响的调查43丄研究范围43.2研究方式及
3、数据分析53.2.1数据提取与前期准备53.2.2 3S遥感技术的解译53.2.3植被覆盖信息63.2.4植被空间分布分析63.3结果与讨论63.3.1矿区解译识别结果63.3.2植被变化结果分析9第4章结论与建议10参考文献11致谢11第一章绪论1.1研究背景现代化的建设离不开能源的使用，煤炭是我国储存量较大、开发成木相对较 低的传统能源，并被应用于各个行业。在我国高速发展的过程中，煤炭资源以较 高的开采强度、较大的规模被长期开发，地下煤炭资源因逐渐减少而逐渐形成坍 塌之势，造成矿床的环境的恶化，首先是土地塌陷导致的水土流失，进而是地表 植被牛长受阻，再而矿区物种减少，最终导致了牛态环境的严
4、重破坏。因此，在 进行煤炭资源开采的同时，也需要对其区域的生态环境进行保护。对于采矿区的 生态环境的研究，国内外进行相关研究的学者较多，其研究的对象多为一个特定 的矿区或者是一个具体的生态问题。例如，国外学者Holl经过研究发现煤矿区 的植被恢复需要较为漫长的时间，其自然水平的恢复即使通过35年以上的时间 也很难达到。卞止富通过对徐州煤矿区和神东煤矿区的生态情况进行分析进而论 证了煤矿区生态建设的迫切性，同时其根据煤矿开采的不同阶段对生态建设进行 分类，分别为煤矿开采前、开采中、开采后的生态规划、生态保护和生态恢复。 李永庚总结了国内和国外关于矿山牛态恢复的技术和理论，而后得出了如下结论: 我
5、国对采矿区生态分析多针对某一个矿山，缺少对多个矿山的生态问题中的通性 问题的研究和分析。因此，当前针对煤矿区域和其周边区域的生态环境问题的研 究还相对缺乏。12研究目的及意义3S技术被广泛应用于煤矿区的生态环境研究中，这主要是由于能够对区域 的空间信息等进行全面的获取，同时具有较强的空间分析能力和空间模拟能力。 本文则将3S技术应用于对山四省阳泉市煤矿区的生态环境分析中，首先利用遥 感技术获取其空间信息，而后通过GIS技术对其空间进行分析，获取生态特征， 进而分析煤矿区及其周边区域的遥感植被指数，进而分析煤矿开采活动对生态环 境影响的区域范围。并进行采矿区及其周边区域的牛态恢复工作的探讨，包括
6、生 态保护方案的制定和措施的讨论，以实现恢复矿区的生态环境。1.3 3S空间信息科学(3S技术)“3S”技术是英文遥感技术(Remote Sensing RS)、地理信息系统(Geographical Information System GIS) 全球定位系统(Global Positioning System GPS)这三种 技术名词中最后一个单词字头的统称。1.3.1遥感技术能量是人类生存的基础，现代科学的发展实现了对能量进行了有效的利用， 电磁波作为能量的一种形式因其特性的不同被广泛应用于各种领域。遥感技术的 原理就是根据电磁波在不同物体的表明有不同的反射特性而提取地表物体的信 息的，
7、这样即使距离较远也可以获取物体的特征信息。遥感技术可以根据需求的不同通过不同功能的卫星来实现不同的应用。例如 用可以通过气象卫星实现天气的预报，可以通过陆地资源卫星来调查陆地上的资 源情况如森林、土地、矿产、河流等。遥感技术主要通过两种方法来进行成像的，一种是胶卷成像，一种是数字成 像。前者与胶卷相机的成像原理一直，后者则是通过卫星对地面信息的获取和分 析而后形成数字图像，可以对其这样理解：卫星对地球表面进行远距离拍摄，而 后通过计算机对拍摄信息进行处理形成图像。1.3.2地理信息系统技术（GIS）地理信息系统是一种可以实现对地理信息进行采集、存储、分析、管理的计 算机系统，其中涉及多门学科例
8、如测绘学、计算机科学、地图学等，是一门多学 科交叉的综合性学科，其能够对地理数据进行存储和分析，在实际生活中有较多 的工程应用。其对地理信息的处理方式更加有效，对于地理信息分布分析也更全 面和完成，区别于传统的地理信息处理方式，其更立体、更完整，因此其对地理 信息的空间处理方面具有较大的优势。在本课题研究中,空间地理数据的获取方式主要有以下几种方式：（1）利用 扫描仪：利用扫描仪把图纸信息扫描后以栅格数据结构形式存储，再经过图像处 理软件进一步处理改善图像质量，如图形拼接、细化等，并把栅格数据转换为矢 量数据格式；（2）键盘键入；（3）使用商业性数据，如电子地图、卫星影像图、 电子地形图等；（
9、4）从其它部门获得数字拷贝：根据某些部门标准的原始数据文 件，进行数据格式转换，最终形成可以识别的数据格式。第二章我国采煤塌陷概况2.1我国采煤塌陷情况煤矿开采可以让人类能够获得能源资源，但是采矿活动的进行对环境有着非 常大的危害，其中采煤塌陷是采矿区最直观的危害之一，这种地质灾害的引发因 素主要是人为因素，因为我国主要以井下开采的方式进行煤矿的开采，所以较容 易引起塌陷，采煤塌陷面积在全球都是较大的。截至2005年，我国已有43个矿 区120个矿井开采煤矿超过600m, 13个矿区中25个矿井开采超过800 m。预 计至2018年，我国80%的矿井将达到800-1500 mo根据有关调查，我
10、国每开采 1万t煤，沉陷的面积大约有0.2hm2。当前我国因采煤而被破坏的土地面积达 到了 400万hrr?,并以一定的增速（3.347 hrr?/年）持续增加，这对于矿区的生 态环境有非常大的影响。在山西阳泉煤矿矿区，经过采煤开发的土地中有88.8% 发牛了塌陷现象。2.2采煤塌陷的类型采煤塌陷根据塌陷程度的不同而分为浅层塌陷、中度塌陷、深度塌陷三种。 其中煤层厚度在3米之内，煤炭采空之后地表发生2米以下的下沉现象的被称为 浅层塌陷，其对于牛态环境的影响较轻微，主要表现为地表的水系、农出排灌装 置等被破坏，地面发生倾斜等。如果煤层厚度在3米到5米之间，煤炭采空后地 表下沉的深度在2米到4米之
11、前，则认为这是中度塌陷，此时，地表的设置被破 坏的更加严重，地表倾斜也表现为具有较大落差的斜坡地，同时会出现塌陷坑, 并随季节变化出现积水现象。如果煤层厚度超过5米，煤炭采空后地面下沉深度 超过4米，则认为是深度塌陷，此时地表生态环境基本全部被破坏，地表出现大 面积的塌陷坑，并常年积水。2.3采煤塌陷对植被的影响采煤区的生态环境一般较为脆弱，其生物多样性较低，地表野生植被的种类 和数量都较少，多为低覆盖度的植被或人工种植的高覆盖度植被。采煤塌陷对矿 区植被的影响主要分为两种，分别为直接影响和间接影响。2.3.1采煤塌陷对植被的直接影响（1）植被景观遭到破坏。采煤矿区发生塌陷之后，地面下沉的过程
12、中使得 地表植被的根部随着土地的下降运动而被拉扯，同时土壤会出现水土流失现象, 植被根部被破坏、缺少水分等都会导致其死亡，直接导致了地表植被景观被破坏, 地表植被减少。对原先的矿区的植被景观格局有着难以逆转的影响。（2）中度塌陷会导致地表出现深坑，造成季节性积水，这对季节性生长的 植被有损坏性的影响。在雨季的时候，雨水会在地表塌陷的坑中聚集，对于其中的植物根部的呼吸、对土壤中养分的吸收都有较大的影响，对植物的生长破坏性 较大。（3）对于采煤活动导致的深度塌陷会在地表形成常年积水的塌陷地，对于 矿区的生态环境影响较为恶劣。尤其是如果地表塌陷非常厉害，其至塌陷到地下 水位之下，则会导致地下水将地表
13、植物淹没，进而对植物的生长产生恶劣的影响, 导致植物的死亡。2.3.2采煤塌陷对植被的间接影响（1）采煤塌陷会对地下水系统产牛一定的影响，主要体现为地下水位的降低，导致了地下水系统的失衡，依赖于地下水系统的地表水系统会因此而发生水 流量减少，地表水干涸，矿区的水土流失等现象，对于植物的正常生长有较大的 影响。（2）塌陷导致的土地出现裂缝，会使得土壤中的水分蒸发的速度加快，对植物吸收水分有一定的影响。这些因为采煤塌陷而形成的地面裂缝一般都有1.5 米以上其至是2米以上的深度，在风犬的季节，土壤深层的水分会随着风而快速 蒸发，土壤下层的含水量下降其至会比土壤上层低，土壤缺乏抗旱能力，对于植 物的正
14、常生长有较大影响。（3）煤炭开采导致的地面塌陷会使得地面的土壤沙化，主要是因为地面出 现裂缝，水分下渗或者蒸发，土壤运动加快，水土流失现象严重，沙化后的土壤 不利于植物生存。第三章用3S技术对山西省阳泉市煤炭开采区植被影响的调查3.1研究范山西省阳泉市的煤炭资源丰富，且其煤炭质量较高，产出煤炭多为无烟煤, 且产量较大。但是煤炭资源的大量开采对于其生态环境有着较为重大的影响，首 先是牛态系统中的景观遭到破坏，生物多样性减少，生态环境恶化，其次是塌陷 导致的土地结构的变化使得牛态恢复工作较难进行。木文根据阳泉市的煤矿分布 及地形、水文等条件，选取阳泉市西南部的煤矿区作为研究对象，总面积达 1950
15、km2,如图1所示。山西省影像樓盖边界沁水煤田东北角阳泉边界一一水系I I阳泉研究区010 km 图1:研究范围简图3.2研究方式及数据分析3.2.1数据提取与前期准备研究采用覆盖山四省阳泉市煤矿区的多源多时相卫星遥感数据，包括1976- 0918的MSS数据,1990- 09- 26的TM 数据，2004-10-11的ETM +数据，以及 2016-10-11中巴资源卫星02星的CCD多光谱数据。其中数据来源主要为中国资 源卫星应用中心和美国国家宇航局公开的历史遥感数据集。获取数据后需要对数 据进行处理，处理方式主耍为校止、裁剪等，最终使得数据影像精度达到1个像 元之内。3.2.2 3S遥感
16、技术的解译遥感解译需要对研究区域内的地物进行分类，根据其煤矿区空间分布的实际 情况，可以将其地物分为七个不同类别，分别为农田、林地、草地、工矿、城乡 建筑用地、水体、裸地。其中煤矿生产区的识别主要通过监督分类来实现。首先 通过GPS样点数据对分类模板进行建立，而后对研究区域内的遥感影像使用最大 似然法进行分类，最终得到其影响分类图。其中，GPS样点数据要进行分类处理， 3/5用于建立分类模板，2/5用于后期分类结果的校验。在分类校验的时候，对 于训练样本和检验样本需要根据考察样点数据信息与其遥感影像中的地物类型 和目视特征进行误差的修正。3.2.3植被覆盖信息稳定的牛态系统离不开牛产子系统，即其中通过光
