基于ArcGIS的煤礦塌陷土地損毀程度分析

【摘 要】土地損毀程度分析是土地復墾適宜性評價、復墾方向確定、復墾工程措施制定的重要前提。煤礦開采造成的損毀土地具有位置集中、涉及地類多、面積大等特點，因此，正確合理的土地損毀程度分析對于提高復墾質量具有重要意義。通過對土地復墾方案編制實例的研究表明，研究者利用ArcGIS軟件可以準確高效的獲取煤礦塌陷損毀土地的損毀程度情況，為土地復墾后續工作的開展提供有力保障。

【關鍵詞】ArcGIS；土地復墾；損毀程度分析

0.引言

在我國工業化、城鎮化進程中，礦產資源開發為國民經濟發展提供了有力的資源保障，但長期的礦產資源開采不可避免地損毀了土地資源，加劇了人地矛盾，影響社會經濟的可持續發展。研究我國礦山開采損毀土地的面積和復墾潛力，對于提高土地整治綜合效益，促進土地整治科學決策有重要理論和實踐價值[1-2]。

我國西部地區土地貧瘠，生態脆弱，井工煤礦的開采造成大面積的土地損毀，引發水土流失、牧草減產、生態惡化等一系列社會和環境問題。依據國務院2011年頒布的《土地復墾條例》，針對西部生態脆弱礦區損毀土地的復墾工作勢在必行。

1.損毀程度分析

損毀程度分析是通過沉陷預計結合土地損毀程度評價體系，經分析后得出結論的過程。土地損毀程度分析是土地適宜性評價、確定土地復墾方向、制定土地復墾措施的前提，因此，具有重要意義[3]。

1.1土地損毀評價因子及評價標準

根據農用地質量分等規程（GB/T28407-2012）[4]，土地復墾方案編制規程（TD/T 1031.3-2011）[5]，結合多個礦區的土地復墾方案實例選取：附加傾斜/mm·m-1，水平變形mm·m-1，下沉/m，潛水埋深/m等四個指標作為評價因子，損毀程度等級劃分見表1。

表1 擬塌陷地損毀程度分級標準

1.2評價方法

土地損毀程度分析方法分為定性和定量兩類。定性方法是對評價單元的水平變形、傾斜變形、下沉、潛水位埋深等情況進行綜合定性分析，確定土地損毀的等級。定量分析包括極限條件法、綜合指數法等，具體評價可采用其中一種方法。

極限條件法的計算公式為：

Yi=max（Yij）

式中：Yi為第i個評價單元的最終分值；Yij為第i個評價單元中第j參評因子的分值。輕度損毀、中度損毀、重度損毀分值分別為1分、2分、3分。

1.3地表變形預測

地下礦體開采引起的地表沉陷范圍和損毀程度可用地表沉陷產生的移動和變形值的大小來圈定和評價。根據項目區的井田地質、煤層賦存情況、采煤方法以及《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中的相關規定選取：下沉系數q、水平移動系數b、主要影響正切tanβ、拐點偏移距S、開采影響傳播角θ0等參數，見表2，采用概率積分法進行沉陷預計。

表2 地表移動一般參數綜合表

1.4 ArcGIS在損毀程度分析中的應用

ArcGIS在土地損毀程度分析過程中主要完成損毀程度分析區域的空間操作、空間統計分析、空間信息表達、空間數據庫管理等[6]。

損毀程度分析在ArcGIS中可通過矢量型空間分析及柵格數據空間分析兩種方式實現。

矢量空間分析：劃定評價分析區域后將不同評價單元賦值，通過矢量數據的疊加分析及屬性表運算來得到最終結果。

柵格數據空間分析：劃定評價分析區域后將賦值后的矢量數據轉為柵格數據，并通過柵格計算得到最終結果。

2.實例分析

2.1研究區概況

研究區位于甘肅省白銀市，井田面積8.34km2，共6個可采煤層，分別為1層、2上層、2層、3層、4層、4下層煤，生產規模290萬t/a。礦井采用豎井開拓方式，共布置3個水平分別為+1300m、+1050m、+850m。全井田分為12個采區，井田深部中、西翼傾角<45°的煤層采用急-傾斜厚煤層走向長壁綜采放頂煤采煤法，布置兩個工作面同時回采。東翼傾角>45°的急傾斜煤層及部分薄煤層，選用其它相適應的水平或斜切分層走向長壁綜采放頂煤等采煤方法配采。

研究區內的地類有旱地、其他草地、建制鎮、村莊及采礦用地，旱地占總面積的11.52%，其他草地占總面積的79.87%。

2.2沉陷預計

根據項目區井田地質、煤層賦存情況、采煤方法以及《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》的相關規定，在研究區采用概率積分法進行沉陷預計[7-11]，參考研究區周邊地表移動沉陷特征及急傾斜煤層開采地表移動機理[12]確定沉陷預計參數，見表3。

表3 研究區概率積分法預計參數表

2.3損毀程度分析

根據研究區實地情況選取附加傾斜/mm·m-1，水平變形mm·m-1，下沉/m等3個指標作為評價因子。通過沉陷預計結合ArcGIS軟件得到研究區內不同評價因子的土地損毀程度分級圖，并利用ArcGIS的屬性表功能對損毀程度分級圖賦值。輕度、中度、重度損毀土地的分值分別為1分、2分、3分。采用極限條件法通過ArcGIS矢量數據疊加分析及屬性表運算功能得到最終的土地損毀程度分級圖。

（a）傾斜變形損毀程度分級圖（傾向） （b）傾斜變形損毀程度分級圖（走向）

（c）水平變形損毀程度分級圖（傾向） （d）水平變形損毀程度分級圖（走向）

（e）下沉損毀程度分級圖 （f）土地損毀程度分級圖

經統計分析得出因煤礦開采造成的損毀土地有1733.14hm2（旱地85.16hm2，其他草地1566.36hm2，建制鎮4.69hm2，村莊6.94hm2，采礦用地59.98hm2），輕度損毀土地911.91hm2，中度損毀土地351.10hm2，重度損毀土地470.13hm2。

3.結語

煤礦塌陷土地復墾是一項涉及多學科、多領域，長期且復雜的工程。土地損毀程度分析是土地復墾中必不可少且極其重要的環節。

本文采用極限條件法，通過ArcGIS軟件實現了對復墾方案編制實例的土地損毀程度分析，為土地復墾的后續工作提供了有力的保障，同時，該研究表明利用ArcGIS的空間分析功能可以簡潔高效的完成土地損毀程度分析，提高復墾方案的科學性及可行性。

由于損毀程度分析涉及的因素多，權重各異，處理流程相對復雜，今后須進一步優化處理流程，對ArcGIS做二次開發，簡化處理過程，提高分析效率。 [科]

【參考文獻】

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[4]GB/T28407-2012，農用地質量分等規程[S].

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