基于ArcGIS的煤礦塌陷土地?fù)p毀程度分析

【摘 要】土地?fù)p毀程度分析是土地復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)、復(fù)墾方向確定、復(fù)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(diǎn)，因此，正確合理的土地?fù)p毀程度分析對(duì)于提高復(fù)墾質(zhì)量具有重要意義。通過對(duì)土地復(fù)墾方案編制實(shí)例的研究表明，研究者利用ArcGIS軟件可以準(zhǔn)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(fù)墾后續(xù)工作的開展提供有力保障。

【關(guān)鍵詞】ArcGIS；土地復(fù)墾；損毀程度分析

0.引言

在我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，礦產(chǎn)資源開發(fā)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有力的資源保障，但長(zhǎng)期的礦產(chǎn)資源開采不可避免地?fù)p毀了土地資源，加劇了人地矛盾，影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。研究我國(guó)礦山開采損毀土地的面積和復(fù)墾潛力，對(duì)于提高土地整治綜合效益，促進(jìn)土地整治科學(xué)決策有重要理論和實(shí)踐價(jià)值[1-2]。

我國(guó)西部地區(qū)土地貧瘠，生態(tài)脆弱，井工煤礦的開采造成大面積的土地?fù)p毀，引發(fā)水土流失、牧草減產(chǎn)、生態(tài)惡化等一系列社會(huì)和環(huán)境問題。依據(jù)國(guó)務(wù)院2011年頒布的《土地復(fù)墾條例》，針對(duì)西部生態(tài)脆弱礦區(qū)損毀土地的復(fù)墾工作勢(shì)在必行。

1.損毀程度分析

損毀程度分析是通過沉陷預(yù)計(jì)結(jié)合土地?fù)p毀程度評(píng)價(jià)體系，經(jīng)分析后得出結(jié)論的過程。土地?fù)p毀程度分析是土地適宜性評(píng)價(jià)、確定土地復(fù)墾方向、制定土地復(fù)墾措施的前提，因此，具有重要意義[3]。

1.1土地?fù)p毀評(píng)價(jià)因子及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程（GB/T28407-2012）[4]，土地復(fù)墾方案編制規(guī)程（TD/T 1031.3-2011）[5]，結(jié)合多個(gè)礦區(qū)的土地復(fù)墾方案實(shí)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(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子，損毀程度等級(jí)劃分見表1。

表1 擬塌陷地?fù)p毀程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2評(píng)價(jià)方法

土地?fù)p毀程度分析方法分為定性和定量?jī)深悺６ㄐ苑椒ㄊ菍?duì)評(píng)價(jià)單元的水平變形、傾斜變形、下沉、潛水位埋深等情況進(jìn)行綜合定性分析，確定土地?fù)p毀的等級(jí)。定量分析包括極限條件法、綜合指數(shù)法等，具體評(píng)價(jià)可采用其中一種方法。

極限條件法的計(jì)算公式為：

Yi=max（Yij）

式中：Yi為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的最終分值；Yij為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元中第j參評(píng)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(yù)測(cè)

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(chǎn)生的移動(dòng)和變形值的大小來圈定和評(píng)價(jià)。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的井田地質(zhì)、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(shè)與壓煤開采規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定選取：下沉系數(shù)q、水平移動(dòng)系數(shù)b、主要影響正切tanβ、拐點(diǎn)偏移距S、開采影響傳播角θ0等參數(shù)，見表2，采用概率積分法進(jìn)行沉陷預(yù)計(jì)。

表2 地表移動(dòng)一般參數(shù)綜合表

1.4 ArcGIS在損毀程度分析中的應(yīng)用

ArcGIS在土地?fù)p毀程度分析過程中主要完成損毀程度分析區(qū)域的空間操作、空間統(tǒng)計(jì)分析、空間信息表達(dá)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)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(shù)據(jù)空間分析兩種方式實(shí)現(xiàn)。

矢量空間分析：劃定評(píng)價(jià)分析區(qū)域后將不同評(píng)價(jià)單元賦值，通過矢量數(shù)據(jù)的疊加分析及屬性表運(yùn)算來得到最終結(jié)果。

柵格數(shù)據(jù)空間分析：劃定評(píng)價(jià)分析區(qū)域后將賦值后的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)，并通過柵格計(jì)算得到最終結(jié)果。

2.實(shí)例分析

2.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省白銀市，井田面積8.34km2，共6個(gè)可采煤層，分別為1層、2上層、2層、3層、4層、4下層煤，生產(chǎn)規(guī)模290萬(wàn)t/a。礦井采用豎井開拓方式，共布置3個(gè)水平分別為+1300m、+1050m、+850m。全井田分為12個(gè)采區(qū)，井田深部中、西翼傾角<45°的煤層采用急-傾斜厚煤層走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤采煤法，布置兩個(gè)工作面同時(shí)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(yīng)的水平或斜切分層走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤等采煤方法配采。

研究區(qū)內(nèi)的地類有旱地、其他草地、建制鎮(zhèn)、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(yù)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)井田地質(zhì)、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(shè)與壓煤開采規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，在研究區(qū)采用概率積分法進(jìn)行沉陷預(yù)計(jì)[7-11]，參考研究區(qū)周邊地表移動(dòng)沉陷特征及急傾斜煤層開采地表移動(dòng)機(jī)理[12]確定沉陷預(yù)計(jì)參數(shù)，見表3。

表3 研究區(qū)概率積分法預(yù)計(jì)參數(shù)表

2.3損毀程度分析

根據(jù)研究區(qū)實(shí)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(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子。通過沉陷預(yù)計(jì)結(jié)合ArcGIS軟件得到研究區(qū)內(nèi)不同評(píng)價(jià)因子的土地?fù)p毀程度分級(jí)圖，并利用ArcGIS的屬性表功能對(duì)損毀程度分級(jí)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(shù)據(jù)疊加分析及屬性表運(yùn)算功能得到最終的土地?fù)p毀程度分級(jí)圖。

（a）傾斜變形損毀程度分級(jí)圖（傾向） （b）傾斜變形損毀程度分級(jí)圖（走向）

（c）水平變形損毀程度分級(jí)圖（傾向） （d）水平變形損毀程度分級(jí)圖（走向）

（e）下沉損毀程度分級(jí)圖 （f）土地?fù)p毀程度分級(jí)圖

經(jīng)統(tǒng)計(jì)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(zhèn)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(jié)語(yǔ)

煤礦塌陷土地復(fù)墾是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域，長(zhǎng)期且復(fù)雜的工程。土地?fù)p毀程度分析是土地復(fù)墾中必不可少且極其重要的環(huán)節(jié)。

本文采用極限條件法，通過ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)墾方案編制實(shí)例的土地?fù)p毀程度分析，為土地復(fù)墾的后續(xù)工作提供了有力的保障，同時(shí)，該研究表明利用ArcGIS的空間分析功能可以簡(jiǎn)潔高效的完成土地?fù)p毀程度分析，提高復(fù)墾方案的科學(xué)性及可行性。

由于損毀程度分析涉及的因素多，權(quán)重各異，處理流程相對(duì)復(fù)雜，今后須進(jìn)一步優(yōu)化處理流程，對(duì)ArcGIS做二次開發(fā)，簡(jiǎn)化處理過程，提高分析效率。 [科]

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