基于多源监测数据的采煤沉陷区土壤湿度变化研究
发布时间：2021-12-09 00:33
地下采煤导致覆岩与地表沉陷及环境损害。西部黄土高原是我国重要的煤炭生产基地,人居生态环境脆弱,大范围采煤沉陷改变了原有的地理生态环境,加剧水土流失、土地退化和地质灾害风险。土壤湿度是影响地理生态环境的重要因子,学术界对于采煤沉陷引起土壤湿度变化的研究尚处于探索阶段。为此,本文选择典型黄土矿区大佛寺煤矿为研究区域,采用遥感影像反演、实地监测、光谱数据建模等方法,从不同尺度分析采煤沉陷区土壤湿度变化的时空演变特征,揭示开采沉陷引起的土壤湿度变化机理。主要研究内容及结果如下:（1）从矿区尺度上分析了大佛寺煤矿近十年来土壤湿度演变的时序特征。利用2010-2019年的遥感影像建立矿区Ts-NDVI特征空间,计算近十年的温度植被干旱指数,对矿区土壤湿度进行时序反演,并于周边选取与其地理环境相似的非矿区进行对比分析。结果表明,矿区土壤湿度的时序变化较非矿区明显波动更大,在季节上,1月份矿区内土壤湿度较非矿区更大,而7月份较非矿区更小。（2）从工作面尺度上研究了采煤沉陷区的土壤湿度特征。以41209采煤工作面地表为实验区,选取沉陷区裂缝地带和非采动影响区进行采样,实测土壤含水量,并利用地物光谱仪采集...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大佛寺矿区位置图
西安科技大学全日制工程硕士学位论文10表2.1彬州气象资料统计类别单位数值类别单位数值太阳辐射量kcal/cm2115.2年均降水量mm561.4年均日照时间h2210.8相似湿度年均值%72.5年平均气温℃11.1年均蒸发量mm1547年内无霜期d177年均气压Pa92110年均地面温度℃13.1年均风速m/s1.42.1.3矿区地形地貌矿区地处陇东黄土高原东南部，区域黄土层厚度超过100m，地貌破碎，沟壑纵横，属于典型半干旱黄土沟壑区，塬面标高范围为+1100m~+1200m，沟谷标高范围为+850m~+900m，相对高差为150m~250m。从西南向东北地势逐渐降低，矿区西南庙台子一带最高，达1250m，最低处为东北部泾河谷地，平均高度为850m左右。整体地形复杂，主要由较发育的黄土崖、黄土冲沟和窄小破碎的黄土塬面组成。矿区地貌图如图2.2。矿区内土地利用受地形及气候条件等影响呈现不同的分布，草地和耕地占比最大，约占土地利用类型的三分之一，林地占比约为11.66%，其他类型占比较小，其中平坦地带及沟谷内植被覆盖率高，多为中覆盖度植被。图2.2矿区沟壑地貌图2.1.4矿区资源开采大佛寺煤矿可采储量为765.68Mt，井田内煤层埋深约为400m~700m，包括上层煤和下层煤，可采煤层为4煤，4上煤，4上-1煤，4上-2煤，煤种属于不粘结31号，煤
西安科技大学全日制工程硕士学位论文12沉陷区采动地表裂缝沉陷区破坏的房屋图2.3矿区地表沉陷与破坏实景矿区平坦区域内形成的下沉盆地通常比工作面大很多，盆地内裂缝极为发育。建筑物主要为以砖木结构和砖混结构为主的房屋、水窖，因大多数房屋未设置钢筋混凝土圈梁而抗变形能力差，窑洞为拱形结构，抗变形能力也较差。因此，盆地内建筑物遭受到不同程度的破坏。裂缝作为地面沉陷的主要表现形式，从平面上可以划分为直线型、曲线型、弧线型、分叉型和雁列型。矿区出现的裂缝以直线型为主，整条裂缝的延伸方向不变；曲线型裂缝弯曲状类似锯齿，但整体延伸方向比较稳定；弧线形裂缝顾名思义类似弧状；分叉型裂缝会向两个方向进行延伸；雁列型裂缝数量较多且基本平行，特点是首尾呼应，多为延伸较短的直线型。矿区采空地面沉陷区发育有少量小型沉陷槽，沉陷槽宽、深一般不到两米，底部平坦。矿区内存在黄土高崖和窑洞，地表沉陷产生的裂缝引发的高崖崩塌现象较为普遍，造成了较严重的地形破坏和窑洞坍塌，矿区内许多窑洞受到了从渗水到坍塌不同程度的破坏。非窑洞区结构面高崖受地表形变影响会发生崩塌。地表沉陷引起一系列环境损害，破坏了原有土壤性质和建筑物等设施，造成部分地区存在水土流失、地下水位下降和植被覆盖率下降等的现状，加剧了生态环境的破坏。2.1.6矿区土壤性质及其含水量矿区位于黄陇侏罗纪煤田的中段，地表大面积被黄土覆盖，土层较厚，占采煤深度的30-70%，易持水也易蒸发，存在湿陷性的特征。该区黄土具有特殊的抗剪强度和粘力，属于集凝聚力、抗拉及抗弯强度于一体的结构性黄土。浅层土壤水分补给方式主要为大气降水，土壤水分具有时空差异性，主要受地形、降水、土地结构及利用方式的影响，随季节呈现低-高-低的季节
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多源遥感数据的锡尔河中下游农田土壤水分反演[J]. 王浩,罗格平,王伟胜,PACHIKIN Konstantin,李耀明,郑宏伟,胡伟杰. 自然资源学报. 2019(12)
[2]基于时序NDVI与光谱微分变换的森林优势树种识别[J]. 徐凯健,田庆久,徐念旭,岳继博,唐少飞. 光谱学与光谱分析. 2019(12)
[3]不同含水量黑土土壤光谱反射率半经验模型构建[J]. 袁静,王鑫,颜昌翔. 光谱学与光谱分析. 2019(11)
[4]阿克苏河流域土壤湿度反演与监测研究[J]. 聂艳,马泽玥,周逍峰,于雷,于婧. 生态学报. 2019(14)
[5]基于MODIS产品的秦岭地区NDVI、地表温度和蒸散变化关系分析[J]. 何慧娟,王钊,董金芳,王娟. 西北林学院学报. 2019(04)
[6]高寒沙地柠条群落土壤水分空间分布特征研究[J]. 王俏雨,田丽慧,张登山,汪海娇,周鑫. 青海大学学报. 2019(03)
[7]黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型土壤水分变化特征[J]. 张敏,刘爽,刘勇,张红. 水土保持学报. 2019(03)
[8]艾比湖湿地自然保护区土壤盐分多光谱遥感反演模型[J]. 周晓红,张飞,张海威,张贤龙,袁婕. 光谱学与光谱分析. 2019(04)
[9]基于温度植被干旱指数（TVDI）的土壤干湿反演[J]. 高培霞,张吴平,梁爽,毕如田,王国芳. 灌溉排水学报. 2018(10)
[10]秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化特征及其相互关系[J]. 翟雅倩,张翀,周旗,常宵移. 地球信息科学学报. 2018(07)
博士论文
[1]神东矿区地表植被与土壤湿度遥感监测研究[D]. 刘英.中国矿业大学（北京） 2013
硕士论文
[1]基于遥感分析西部采煤沉陷区土壤环境变化[D]. 谷金.西安科技大学 2018
[2]融合GF-1与MODIS数据生成高时空分辨率LAI产品[D]. 黄汝根.华南农业大学 2016
[3]基于MODIS影像数据反演干旱区土壤湿度方法研究[D]. 邢文渊.新疆大学 2006
[4]基于MODIS数据的大区域土壤水分遥感监测研究[D]. 邓辉.中国农业科学院 2004
本文编号：3529554
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
大佛寺矿区位置图
西安科技大学全日制工程硕士学位论文10表2.1彬州气象资料统计类别单位数值类别单位数值太阳辐射量kcal/cm2115.2年均降水量mm561.4年均日照时间h2210.8相似湿度年均值%72.5年平均气温℃11.1年均蒸发量mm1547年内无霜期d177年均气压Pa92110年均地面温度℃13.1年均风速m/s1.42.1.3矿区地形地貌矿区地处陇东黄土高原东南部，区域黄土层厚度超过100m，地貌破碎，沟壑纵横，属于典型半干旱黄土沟壑区，塬面标高范围为+1100m~+1200m，沟谷标高范围为+850m~+900m，相对高差为150m~250m。从西南向东北地势逐渐降低，矿区西南庙台子一带最高，达1250m，最低处为东北部泾河谷地，平均高度为850m左右。整体地形复杂，主要由较发育的黄土崖、黄土冲沟和窄小破碎的黄土塬面组成。矿区地貌图如图2.2。矿区内土地利用受地形及气候条件等影响呈现不同的分布，草地和耕地占比最大，约占土地利用类型的三分之一，林地占比约为11.66%，其他类型占比较小，其中平坦地带及沟谷内植被覆盖率高，多为中覆盖度植被。图2.2矿区沟壑地貌图2.1.4矿区资源开采大佛寺煤矿可采储量为765.68Mt，井田内煤层埋深约为400m~700m，包括上层煤和下层煤，可采煤层为4煤，4上煤，4上-1煤，4上-2煤，煤种属于不粘结31号，煤
西安科技大学全日制工程硕士学位论文12沉陷区采动地表裂缝沉陷区破坏的房屋图2.3矿区地表沉陷与破坏实景矿区平坦区域内形成的下沉盆地通常比工作面大很多，盆地内裂缝极为发育。建筑物主要为以砖木结构和砖混结构为主的房屋、水窖，因大多数房屋未设置钢筋混凝土圈梁而抗变形能力差，窑洞为拱形结构，抗变形能力也较差。因此，盆地内建筑物遭受到不同程度的破坏。裂缝作为地面沉陷的主要表现形式，从平面上可以划分为直线型、曲线型、弧线型、分叉型和雁列型。矿区出现的裂缝以直线型为主，整条裂缝的延伸方向不变；曲线型裂缝弯曲状类似锯齿，但整体延伸方向比较稳定；弧线形裂缝顾名思义类似弧状；分叉型裂缝会向两个方向进行延伸；雁列型裂缝数量较多且基本平行，特点是首尾呼应，多为延伸较短的直线型。矿区采空地面沉陷区发育有少量小型沉陷槽，沉陷槽宽、深一般不到两米，底部平坦。矿区内存在黄土高崖和窑洞，地表沉陷产生的裂缝引发的高崖崩塌现象较为普遍，造成了较严重的地形破坏和窑洞坍塌，矿区内许多窑洞受到了从渗水到坍塌不同程度的破坏。非窑洞区结构面高崖受地表形变影响会发生崩塌。地表沉陷引起一系列环境损害，破坏了原有土壤性质和建筑物等设施，造成部分地区存在水土流失、地下水位下降和植被覆盖率下降等的现状，加剧了生态环境的破坏。2.1.6矿区土壤性质及其含水量矿区位于黄陇侏罗纪煤田的中段，地表大面积被黄土覆盖，土层较厚，占采煤深度的30-70%，易持水也易蒸发，存在湿陷性的特征。该区黄土具有特殊的抗剪强度和粘力，属于集凝聚力、抗拉及抗弯强度于一体的结构性黄土。浅层土壤水分补给方式主要为大气降水，土壤水分具有时空差异性，主要受地形、降水、土地结构及利用方式的影响，随季节呈现低-高-低的季节
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多源遥感数据的锡尔河中下游农田土壤水分反演[J]. 王浩,罗格平,王伟胜,PACHIKIN Konstantin,李耀明,郑宏伟,胡伟杰. 自然资源学报. 2019(12)
[2]基于时序NDVI与光谱微分变换的森林优势树种识别[J]. 徐凯健,田庆久,徐念旭,岳继博,唐少飞. 光谱学与光谱分析. 2019(12)
[3]不同含水量黑土土壤光谱反射率半经验模型构建[J]. 袁静,王鑫,颜昌翔. 光谱学与光谱分析. 2019(11)
[4]阿克苏河流域土壤湿度反演与监测研究[J]. 聂艳,马泽玥,周逍峰,于雷,于婧. 生态学报. 2019(14)
[5]基于MODIS产品的秦岭地区NDVI、地表温度和蒸散变化关系分析[J]. 何慧娟,王钊,董金芳,王娟. 西北林学院学报. 2019(04)
[6]高寒沙地柠条群落土壤水分空间分布特征研究[J]. 王俏雨,田丽慧,张登山,汪海娇,周鑫. 青海大学学报. 2019(03)
[7]黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型土壤水分变化特征[J]. 张敏,刘爽,刘勇,张红. 水土保持学报. 2019(03)
[8]艾比湖湿地自然保护区土壤盐分多光谱遥感反演模型[J]. 周晓红,张飞,张海威,张贤龙,袁婕. 光谱学与光谱分析. 2019(04)
[9]基于温度植被干旱指数（TVDI）的土壤干湿反演[J]. 高培霞,张吴平,梁爽,毕如田,王国芳. 灌溉排水学报. 2018(10)
[10]秦巴山区植被覆盖与土壤湿度时空变化特征及其相互关系[J]. 翟雅倩,张翀,周旗,常宵移. 地球信息科学学报. 2018(07)
博士论文
[1]神东矿区地表植被与土壤湿度遥感监测研究[D]. 刘英.中国矿业大学（北京） 2013
硕士论文
[1]基于遥感分析西部采煤沉陷区土壤环境变化[D]. 谷金.西安科技大学 2018
[2]融合GF-1与MODIS数据生成高时空分辨率LAI产品[D]. 黄汝根.华南农业大学 2016
[3]基于MODIS影像数据反演干旱区土壤湿度方法研究[D]. 邢文渊.新疆大学 2006
[4]基于MODIS数据的大区域土壤水分遥感监测研究[D]. 邓辉.中国农业科学院 2004
本文编号：3529554
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