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矿区土地复垦时空数据模型研究

胡晋山  
【摘要】:煤炭是我国最主要的能源,占一次性能源生产和消费的70%左右。煤炭资源开采在对国民经济发展发挥巨大推动作用的同时,也对矿区生态环境安全带来严重负面影响,特别是采煤塌陷破坏了大量耕地,加剧了水土流失和土地荒漠化的进程,恶化了生态环境,严重影响区域可持续发展。 受地下采动影响,矿区地表土地资源信息具有时空动态变化特征,如何有效地组织沉陷区土地资源的时态数据,方便对历史数据的查询,维持信息的现势性,对土地复垦及规划决策具有重要意义。在矿区,随着地下工作面开采不断向前推进,受开采沉陷影响地表的破坏程度和范围也在逐渐增大,由于矿区地表损害的是井下工作面不断向前推进的序列事件所导致,本文就是在分析现有时空数据模型的基础上,结合开采沉陷引起土地的动态变化特征及矿区地下开采事件提出了矿区土地动态变化三种时空数据模型组织方法。本文的研究内容主要包括以下五个方面: (1)系统地总结了现有的时空数据模型,分析了现有的时空数据模型及各种时空数据模型的适用情况,研究表明其中任何一种数据模型都不能很好地解决矿区土地复垦时空数据库的构建,指出需要寻求合适的时空数据模型来表达矿区土地动态变化特征。 (2)总结了矿区地面数据的获取途径,在分析矿区土地破坏类型、矿区地表沉陷引起土地质量的演变、采动影响矿区地表特征演变过程及塌陷后土地复垦时空演变的基础上,结合我国现行的土地调查分类方法,针对沉陷土地动态变化进行分类,这一部分内容为进一步研究矿区土地动态变化的时空数据模型奠定了基础。 (3)在分析基于特征建模的相关理论结合矿区土地动态变化特征,基于事件建模的相关理论结合矿区井下开采序列事件、地面破坏序列事件的基础上,针对矿区开采沉陷现场观测资料,提出了基于特征和事件序列的矿区土地动态变化时空数据模型,该模型将井下开采事件与地表破坏事件结合起来,易于研究矿区地表移动规律,提取开采沉陷预计所需的参数,并应用实例构建了矿区土地时空数据库。 (4)通过分析时空推理相关理论及方法,结合现有的开采沉陷预计数学模型,将时间t引入开采沉陷预计模型——概率积分法,提出了基于时空推理的矿区土地动态复垦时空数据模型,根据矿区的开采进度计划,确定预计时刻的工作面尺寸,应用开采沉陷预计软件预计出任楼矿区未来五年地表开采沉陷范围及受损面积,由不同时刻预计的移动变形曲线分别跟矿区道路、管线、河堤、耕地、村庄房屋图层进行叠加,统计受损范围及受损程度,在此基础上,建立了塌陷区农业、林业、渔业、建筑动态复垦的数据模型并进行相应建库,本部分研究内容为矿区近期征迁规划、土地动态复垦提供必要的理论数据。 (5)应用面向对象的方法,结合我国大部分矿区坐落在乡镇或村庄,根据矿区采动损害补偿修复的对象,将受采动影响的矿区地表实体划分为点类、线类、面类。点类包括:水井、涵洞、公路桥;线类包括:道路、河流、管线;面类包括:村庄房屋、绿地(包括耕地、树林、果园、菜地)、池塘(湖泊)。在分类的基础上提出了基于事件和对象的矿区土地时空数据模型,根据采动过程中获取这些地物的移动变形及对应的修复记录,建立时空动态数据库,该模型的研究对于矿区土地复垦、生态恢复重建,尤其为矿区动态复垦提供了地表动态变化数据的组织方法。


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