乌东矿区采煤沉陷对土壤侵蚀的影响预测*

范 忻，万亚豪，雍 艺

(1.河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，河南郑州 450006;2.煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，河南郑州 450006;3.河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘察院，河南郑州 450001)

0 引言

土壤侵蚀是目前人类面临的一种最为普通，持续性最强的地质灾害。较之滑坡，泥石流等地质灾害，土壤侵蚀所带来的危害更为隐蔽和长久，经济损失也更大［1］。矿区作为一个特殊的地理区域，其土壤侵蚀问题更是不容忽视。为了正确预测矿区采煤引发的生态环境问题并提出缓解和治理的对策，环境保护部环境工程评估中心要求对新建和扩建的项目进行环境影响评价［2］，其中，采煤沉陷引发的人为加速土壤侵蚀是煤矿生态影响评价的重要内容。

国内已有许多关于利用遥感技术对不同类型矿区内土壤侵蚀的影响进行预测方面的研究。1991年颁布的《中华人民共和国水土保持法》对矿区开采引起的水土流失的预防、治理、管理、经费开发与法律责任作出明确规定，矿区水土流失研究也获得了较大的进展。白中科(2006)采用RS、GIS为手段进行信息提取和图形叠加，结合类比法和专家咨询法等，研究了山西大同塔山矿采煤沉陷引发的土壤侵蚀和土地利用的变化［2］。周伟(2007)采用RS技术、GIS技术、统计分析、类比和趋势外推相结合的方法，对山西平朔东露天矿区2005年～2008年间的土地利用变化和水土流失进行了预测性研究［3］。朱惇(2010)对湖北省土壤侵蚀评价进行了尝试性研究，提出一种基于模糊神经系统和GIS技术的快速评价方法［4］。本文以新疆乌东矿区为例，从可持续发展战略出发，采用实地调绘、遥感解译、统计分析、历史类比等方法，在生态环境现状调查的基础上对矿区井田开发造成的地表沉陷对土壤侵蚀的影响进行评价预测，对矿区生态恢复重建具有一定的参考价值。

1 研究区概况

乌东矿区位于乌鲁木齐市米东区境内，总面积为2 028 hm2。地处天山北向倾斜的山前凹陷带，属乌鲁木齐河洪积扇、东山诸河洪积扇和相互叠置组成的山前倾斜平原和冲积平原。在凹陷带中堆积着近400 m厚的第四纪沉积物。由于矿区内所处地区冰川发育，降水充沛，产流条件水、河网密度相对较大，地下水资源丰富，该区域的土壤侵蚀以水蚀为主，风蚀的影响较小，仅在东南部博格达山脉山前低山区有少量发生。井田内主要是草地、耕地和林地，采煤地表沉陷变形对地表形态和地貌会产生一定影响，也会对植被和农作物生长、土地肥力及土壤理化性质产生影响。

2 研究方法与理论依据

2.1 数据源

采用Land sat TM轨道号为129－33的遥感影像作为数据源，数据获取时间2006年9月，数据时相选择反映地表覆盖类型最为丰富的时段过境数据。首先对TM影像进行必要的辐射校正和增强处理，依据乌东煤矿井田矿界拐点坐标对TM影像进行掩膜得到研究区影像(见图1)，然后结合DEM及野外调查的结果，采用支持向量机和目视解译相结合的方法对影像的土地利用/覆盖现状进行解译。

2.2 土壤侵蚀影响预测评价的理论依据

依据中华人民共和国水利部行业标准《土壤侵蚀分级分类标准》(SL 190－96)，结合新疆省内土壤侵蚀及土地调查等相关文献数据，遵循理论联系实际的原则，从乌东矿区侵蚀现状及特点出发，选择以研究区植被覆盖度、地形坡度、土地利用类型三因子确定土壤侵蚀强度分级指标(见表1)，为进一步划分研究区土壤侵蚀强度提供科学依据。

表1 土壤侵蚀强度分级指标Tab.1 Soil erosion intensity classification index

3 结果分析

3.1 地表沉陷对土壤侵蚀的影响预测

以收集到的矿区2006年的遥感影像数据及矿区生态环境资料为基础，利用矿区土地利用分类图(见图2)，矿区植被覆盖图(见图3)，矿区沉陷前土壤侵蚀强度图(见图4)，矿区预计沉陷后坡度图(见图5)，对预计沉陷后的土壤侵蚀状况进行了估算，对照土壤侵蚀强度分级标准，得到矿区预计沉陷后土壤侵蚀强度图(见图6)。

3.2 地表沉陷对土壤侵蚀的影响预测评价

为了直观对比预计沉陷前后土壤侵蚀程度的变化，对预计沉陷后的土壤侵蚀强度图进行统计，得到预计后乌东矿区不同土壤侵蚀面积及预计沉陷前后面积变化量(见表2)，并计算沉陷前后各侵蚀程度面积百分比(见图7)。由表2及图6可以看出，地表沉陷从一定程度上加剧了矿区内土壤侵蚀的强度，其中强度侵蚀和中度侵蚀面积增加迅速，轻度侵蚀面积显著减少，无侵蚀和微度侵蚀面积也有一定程度的减少。

表2 地表沉陷区内土壤侵蚀预测结果Tab.2 Soil erosion prediction results in surface subsidence area

图7 沉陷前后各侵蚀程度百分比对比Fig.7 Comparison among each erosion degree percentage ratios before and after subsidence

4 结论

乌东矿井的建设与开采，必然要占地、开挖动土、扰动破坏植被、土壤、产生采空沉陷区等，将在一定程度上改变了区域生态环境物质和能量循环过程，使原有的生态环境结构或功能发生一定的变化。本文在生态环境现状分析和评价的条件下，通过对矿区生态系统的整体性认识和开采沉陷预测结果分析，综合评价煤炭资源开发建设项目中采煤沉陷对当地土壤侵蚀造成的影响。研究表明，由于沉陷引起土壤流失量增加，土壤侵蚀等级升级，强度侵蚀和中度侵蚀面积扩张迅速，另外由于对一部分土地采取地表沉陷修复措施，也使得轻度侵蚀面积显著减少，无侵蚀和微度侵蚀面积也有一定程度的减少。

［1］王礼先.水土保持学［M］.北京:中国林业出版社，1995.

［2］白中科，段永红，杨红云，等.采煤沉陷对土壤侵蚀与土地利用的影响预测［J］.农业工程学报，2006，22(6):67 －70.

［3］周伟，白中科，袁春，等.东露天煤矿区采矿对土地利用和土壤侵蚀的影响预测［J］.农业工程学报，2007，23(3):55 －60.

［4］朱惇，王天巍，蔡崇法，等.基于模糊神经系统与 GIS的区域土壤侵蚀快速评价［J］.农业工程学报，2010，26(1):103 －107.

［5］潘少奇，李亚婷，赵爽，等.基于RS和GIS的洛宁县土壤侵蚀研究［J］.河南大学学报:自然科学版，2010，40(3):156 －161.

［6］张喜旺，周月敏，李晓松，等.土壤侵蚀评价遥感研究进展［J］.土壤通报，2010，41(4):1 010 －1 015.

［7］李军玲，邹春辉.基于GIS的河南省土壤侵蚀定量评估研究［J］.土壤通报，2010，41(5):1 161 －1 164.

［8］李斌，张进屯.基于GIS的黄土高原不同植被区土壤侵蚀研究［J］.农业环境科学学报，2010，19(1):134 －138.

［9］潘建平，龚健雅，李长风.土壤侵蚀模型研究现状和GIS﹑RS应用［J］.地质灾害与环境保护，2005，16(1):89 －92.

［10］史彩宁，常庆瑞，王春梅.基于GIS的延安市土壤侵蚀强度等级评价［J］.水土保持研究，2010，17(3):28 －31.

［11］封建民，李晓华.基于TM影像和DEM的佳县水土流失强度监测方法的研究［J］.安徽农业科学，2010，38(26):14 754 －14 755.

［12］吕春娟，白中科，赵景逵.矿区土壤侵蚀与水土保持研究进展［J］.水土保持学报，2003，17(6):85 －88.