西北地区采煤沉陷对地表生态环境的影响研究

　　本书以西北地区采煤沉陷区为研究对象，围绕沉陷对地表生态环境的影响这一问题，在总结研究前人的成果基础上，利用FLAC3D数值模拟结合实测数据按照地表沉陷特征划分了沉陷类型；采用二维与三维克里金插值模型分析了沉陷区表层土壤理化性质与包气带土壤水分时空分布特征并解析了其与地形、植被的响应关系；运用层次分析法与模糊数学方法构建了沉陷区地表生态环境质量综合评价模型，对沉陷区地表生态环境质量进行了综合评价；采用同位素示踪技术，探究了不同矿区植物吸水同位素特征与土壤水运移规律。

　　本人主要从事矿山生态风险评价与修复、煤基固废生态处理等方向的研究，主持和参加国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、贵州省自然科学基金项目及其他各类项目多项，曾获得中国煤炭工业协会科学技术奖三等奖、北京市科学技术奖科学技术进步奖二等奖、中国能源研究会能源创新奖三等奖等奖项，在国内外重要学术刊物发表论文二十余篇。

第1章西北地区煤炭开采概述1
1.1西北地区煤炭开采现状1
1.1.1西北地区煤炭资源赋存2
1.1.2西北地区生态环境现状5
1.1.3西北地区煤炭资源开采情况6
1.2煤炭开采对生态环境的影响7
1.2.1采煤沉陷影响范围7
1.2.2对地表形貌的影响9
1.2.3对地表土壤性质的影响12
1.2.4对包气带土壤结构和水分的影响18
1.2.5对植被的影响21
1.3矿区生态环境影响评价24
1.3.1评价指标24
1.3.2权重赋值方法研究26
1.3.3评价方法研究29
参考文献32
第2章煤炭开采地表沉陷特征与影响范围研究39
2.1煤炭开采地表沉陷特征与范围39
2.1.1研究方法40
2.1.2地表下沉动态特征43
2.2煤炭开采地表沉陷模拟预测48
2.2.1FLAC3D数值模拟分析方法48
2.2.2地表下沉动态数值模拟预测49
2.2.3岩层应变动态模拟53
2.2.4地表沉陷分区55
2.3小结57
参考文献58
第3章不同沉陷特征下土壤与植被特征研究59
3.1包气带土壤水分空间变异性特征研究59
3.1.1研究与分析方法60
3.1.2克里金插值模型64
3.1.3土壤水分统计特征69
3.1.4土壤水分空间结构变化71
3.1.5不同方法预测精度比较73
3.1.6土壤水分空间分布特征76
3.1.7煤炭开采对包气带土壤水分的影响机理77
3.2沉陷区植被-土壤特征及响应关系研究81
3.2.1研究与分析方法81
3.2.2植被空间分布特征83
3.2.3表层土壤理化性质统计特征84
3.2.4表层土壤理化性质空间分布特征88
3.2.5植被-土壤响应关系101
3.2.6煤炭开采对地表生态环境的影响机理104
3.3小结105
参考文献107
第4章沉陷区表层土壤理化性质时空变化规律及成因解析109
4.1不同时期土壤理化性质统计特征110
4.1.1材料与方法110
4.1.2主成分分析112
4.1.3土壤含水率统计变化特征114
4.1.4土壤pH值统计变化特征115
4.1.5土壤电导率统计变化特征116
4.1.6土壤肥力统计变化特征117
4.2不同时期土壤理化性质空间变异特征120
4.2.1材料与方法120
4.2.2空间变异结构分析120
4.2.3土壤含水率空间分布124
4.2.4土壤pH值空间分布126
4.2.5土壤电导率空间分布127
4.2.6土壤肥力空间分布128
4.3土壤理化性质空间分布成因解析132
4.3.1材料与方法132
4.3.2地形因子对土壤理化性质的影响133
4.3.3植被对土壤理化性质的影响139
4.3.4土质对土壤理化性质的影响140
4.3.5采煤对土壤理化性质的影响142
4.4小结145
参考文献146
第5章沉陷区包气带土壤含水率时空变化规律研究149
5.1不同时期包气带土壤含水率变化特征150
5.1.1材料与方法150
5.1.2包气带土壤含水率时间变化特征151
5.2不同时期包气带土壤含水率空间分布特征166
5.2.1研究方法166
5.2.2浅层强变异层土壤含水率空间分布特征167
5.2.3中层稳定层土壤含水率空间分布特征169
5.3土壤优先流水分运移实验171
5.3.1材料与方法171
5.3.2现场实验结果分析176
5.3.3室内实验结果分析179
5.4小结182
参考文献183
第6章基于同位素示踪法的神东矿区土壤水运移规律研究184
6.1土壤水运移规律原位示踪实验184
6.1.1研究区域调查184
6.1.2现场试验方法与过程186
6.2神东矿区土壤粒径与含水率分析196
6.2.1材料与方法196
6.2.2降水及温度特征分析199
6.2.3土壤水补给来源199
6.2.4土壤粒径分析204
6.2.5土壤含水率特征分析208
6.3植物吸水同位素特征及水分贡献率分析214
6.3.1研究思路214
6.3.2基于直接对比法的植物水分利用情况分析216
6.3.3基于贝叶斯混合模型模拟法的植物水分利用情况分析222
6.4土壤水运移规律分析225
6.4.1氧同位素土壤水垂直剖面运移特征（缺实验）225
6.4.2氢同位素土壤水垂直剖面运移特征229
6.5小结233
参考文献235
第7章采煤沉陷区地表生态环境质量综合评价237
7.1评价模型建立238
7.1.1数据来源238
7.1.2评价指标选取238
7.1.3AHP层次模型建立240
7.1.4评价标准的来源和建立方法240
7.1.5地表生态环境质量综合评价方法242
7.2结果与讨论244
7.2.1评价因子权重244
7.2.2评价因子隶属度246
7.2.3沉陷区地表生态环境质量综合评价249
7.2.4沉陷区地表生态环境质量提升模式250
7.3地表生态环境智能评价预警模块252
7.3.1模块需求分析252
7.3.2模块结构设计254
7.3.3模块功能实现255
7.4小结262
参考文献263