煤炭开发对矿区资源环境的影响模型及应用研究

针对我国煤炭开发对资源环境破坏及国内外研究现状，以现代空间信息技术为主要数据采集、分析手段，以定量分析、评价、构模为特点，以典型矿区资源环境受煤炭开采影响的动态演化分析为主线，运用多学科理论与方法，技术经济结合、实测数据分析与模拟试验结合、学科交叉综合，寻求揭示煤炭开发对矿区主要资源环境因子交互作用及其耦合关系的理论、方法，从主要资源环境因子数量质量到物质损害最终统一到经济指标，研究煤炭开发对矿区资源环境影响的表征理论、方法，建立起定量分析、评估、预测模型，探讨数据获取处理、模型可靠性、预测准确度等相关问题，以此为基础，研究诸如矿区资源环境容量或承载力评估、资源环境价值与煤炭开发损益计量、绿色收益及完全成本测算、煤矿开发合理布局及科学产能确定、系统分析与优化等问题。本项目是激励绿色与科学采矿、进行循环经济规划、促进资源合理利用、实现矿区可持续发展的基础与关键，具有重要的理论与实用价值。

根据我国煤炭开发对资源环境破坏及国内外研究现状，以现代空间信息技术为主要数据采集、分析手段，以定量分析、评价、构模为特点，以大同等典型矿区资源环境受煤炭开采影响的动态演化分析为主线，运用多学科理论与方法，技术经济结合、实测数据分析与模拟试验结合、学科交叉综合，对煤炭开发对矿区主要资源环境因子交互作用及其耦合关系的理论、方法进行了系统研究，建立起了一系列定量分析、评估、预测模型。取得的成果包括：以地球生物化学循环为基础，分析了煤矿区各圈层间的碳流动机制和类型，讨论了煤炭开采对植被、土壤中有机碳的扰动效应，提出了煤炭开采对矿区植被、土壤扰动的计量理论；通过时空自适应反射率融合模型融合生成高时空分辨率遥感影像，拟合得到了2001-2010年16天间隔的230景植被NDVI值，提取了各影响因子对植被NDVI影响量，改进了CASA模型中FPAR的计算方法，拟合精度提高了9.699%；探讨了基于累积效应的煤矿区植被NDVI、NPP、生物量损失机制，进而测度了煤矿区植被NPP损失量；揭示了采煤沉陷对坡面汇流及土壤侵蚀的作用机理，计量了开采沉陷对土壤侵蚀因子的影响，得出了开采沉陷对流域坡长的双向影响、对流域土壤侵蚀的影响范围扩散到沉陷区以外等结论，测度了沉陷区土壤碳含量的变化量；综合以上两方面，构建了植被-土壤系统的碳汇变化模型，计量了受扰动环境因子价值量计量和生态补偿额度；利用遥感、无人机、三维激光扫描、热红外成像、Insar、GIS等对地观测与数据处理技术，综合研究了沉陷、滑坡、煤火等矿区地表环境监测与分析技术，并得到实际应用，产生了较好效果；利用Enter-PLSR分析方法建立了土壤有效氮估算模型，在保证结果精度的情况下，解决了PLSR计算效率较低的缺点；建立了基于 SD-CA-GIS的环境效应时空分析模型；从矿区主要资源环境因子数量质量（实物量）到经济（价值量及经济损失）指标构建了煤炭开发的资源环境效应评价模型，提出了基于系统演化模拟的矿区资源开发模式优化方法。在项目支持下，获得了多个煤矿企业资助课题，出版专著1部，发表论文19 篇，其中，SCI收录5篇，EI 收录4篇，中文核心刊物12篇；获得国家发明专利1项，软件著作权2项；培养博士毕业生3名，硕士毕业生11名；相关成果获国家科技进步二等奖2次，省部级科技进步一等奖3次、二等奖4次，产生了较大影响，取得了预期效果。