大佛寺煤矿开采区土壤水分变化遥感反演研究

土壤水分是驱动矿区生态环境变化的关键要素。为研究黄土高原煤矿区开采沉陷对土壤水分变化的扰动影响,以彬长矿区大佛寺煤矿为例,采用主动微波和光学遥感影像反演开采沉陷区土壤水分的空间变化,用水云模型消除植被对主动微波影像的后向散射系数影响,通过实地采样数据构建支持向量机回归模型,获取矿区地表土壤水分的分布特征,分析黄土沟壑区地形因子和开采沉陷变形对矿区土壤水分变化的影响。结果表明：SVM构建的回归分析模型可以有效反演黄土高原煤矿开采区土壤水分的空间分布,地形特征对土壤水分的影响最大,沟壑区域土壤含水量更高;在未受开采影响的区域,土壤水分变化受地形坡度影响最大,坡向次之,高程影响最小;在40201工作面开采沉陷变形区域,土壤水分分布的变异系数显著增大,尤其在采动裂缝发育区更为明显。研究结果为揭示黄土高原煤矿开采区土壤水分变化的时空特征及机理提供了技术支持。     

基于GPR和WBD电法的复垦地水分探测

探地雷达是中尺度范围内探测浅地表土壤含水率的一种重要技术手段,为解决单独利用雷达波图像很难确定土壤分层界面的问题,探索将探地雷达和网络并行电法相结合,对煤矸石充填复垦地土壤剖面和含水率分布特征进行研究.对10～40cm深度土壤剖面,以2cm为间隔,在雷达数据中提取不同土壤深度的双程走时,计算其传播速度与不同深度土壤的介电常数,根据Topp公式求出土壤体积含水率(VMCTopp),将之与TDR测定的土壤体积含水率(VMCTDR)和均值化处理的TDR含水率(AVMCTDR)进行对比分析;利用Matlab对AVMCTDR与介电常数进行拟合,利用拟合公式计算土壤含水率(FVMC),将FVMC与AVMCTDR进行对比分析.结果 表明,在土壤深度为10～40crm范围内,VMCTopp与VMCTDR的最大相对误差为16.4615％,相关系数为0.745;VMCTopp与AVMCTDR的最大相对误差为9.3604％,相关系数为0.936;FVMC与AVMCTDR的最大相对误差为2.2235％,相关系数为0.988.结果 说明利用探地雷达结合网络并行电法能够有效探测煤矸石充填复垦地的土壤含水率.     

应用低频微波波段GPR测量土壤结构

结合在内蒙古包头地区和上海崇明岛地区的实验站点开展的实验工作,尝试性地提出了探地雷达用于刻画农田土壤剖面层位结构的方法.按照该方法在对探地雷达数据进行处理和分析之后,得到了沿测线的土壤结构细化剖面图,并与开挖剖面对比,结果吻合良好,表明采用探地雷达可以有效地探测土壤层位结构.     

固态长寿命氡子体210Po在采空区煤自燃火源位置探测中的应用研究

针对同位素测氡法探火工作量大，周期长，易受气候及环境因素制约的问题，利用氡在向地表运移过程中产生的，能精确反映母体氡在一段时间中的累积值的固态长寿命子体²¹⁰Po,提出了基于放射化学分析手段测定²¹⁰Po活度浓度探测隐蔽矿井火区的氡子体²¹⁰Po法探火。为了探究氡子体²¹⁰Po法探火在现场探测中的效果与精度，在已知火源位置的柳湾煤矿开展了现场实验研究，在井下火区对应地表位置进行网格测点布置，对测点处的氡气浓度及其固态长寿命子体²¹⁰Po的活度浓度进行测量。通过比较氡气浓度与²¹⁰Po活度浓度探测结果相关性及其影响因素，对利用氡子体²¹⁰Po探测采空区煤自燃火源位置的技术进行论证。结果表明，火区近地表土壤层氡气浓度与²¹⁰Po活度浓度在总体分布上具有很强的相关性，但²¹⁰Po活度浓度受外界因素干扰较小，其分布更能准确反映井下煤自燃火区情况。相比同位素测氡法，氡子体²¹⁰P...     

毛乌素沙地西北缘不同类型沙丘土壤水分分布特征

干旱区的土壤水分分布特征受气候、区域地形、植被、土壤质地等因素的影响,其本身也是整个区域环境的重要影响因子。文中通过对位于毛乌素沙地西北缘鄂托克旗境内的裸露流动沙丘、灌木覆盖沙丘、乔木覆盖沙丘3种类型沙丘不同地貌部位0~4 m深度范围内的土壤含水量研究,采用钻孔取样、烘干称重和粒度测试等方法,分析不同植被、地形和土壤质地等因素对研究区土壤含水量分布特征的影响。结果表明:对于垂直方向0~4 m深度范围内的裸露流动沙丘、灌木和乔木覆盖沙丘平均含水量变化均表现为迎风坡高于背风坡,且在灌木覆盖沙丘和乔木覆盖沙丘的丘间洼地的土壤含水量多高于迎风坡和背风坡,不同类型沙丘在各地貌样点不同层段含水量变化差异明显,变化趋势不统一。相同的沙丘微地貌,不同类型植被覆盖对于沙丘土壤含水量在垂向上的变化有较大影响,且灌木植被的影响大于乔木植被。除了植被以外,浅层基岩的隔水作用对土壤含水量同样有重要影响。土壤水分分布特征与土壤中不同粒级的颗粒含量有关,而植被通过拦截空气中的粉尘,提高了土壤中粘土与粉砂等持水能力强的颗粒组分,进而提高了土壤平均含水量。     

福建长乐海岸沙丘沉积序列记录的海岸环境演变

福建长乐海岸是中国东部海岸沙丘分布最典型的区域之一.选取长乐东部的海岸沙丘分布区,在研究区平行布设2条垂直海岸带的探测剖面,运用探地雷达技术探测以获取海岸带沉积构造信息,并结合海岸沙丘探坑剖面和海岸演变历史地图的对比分析,对探测获得的海岸沙丘沉积构造和沉积序列进行综合分析.结果表明:1)研究区海岸沙丘沉积主要由海滩沉积和海岸风沙沉积构成,其中下伏沉积为海洋波浪作用形成的波状层理,上覆沉积为风力作用为主形成的交错层理,这些沉积构造特征在探测线附近的探坑剖面上有清晰的反映;2)在沉积序列的组合特征上,研究区海岸环境存在早期的滨岸浅滩和晚期的海岸沙丘带两个演变阶段,记录了长乐海岸向东的进积演变历史.结合研究区历史时期海岸演变地图分析,所探测海岸沙丘的沉积序列,长乐海岸沙丘记录了由汉代至唐宋时期以波浪作用为主,逐渐演变为清代以来以风沙沉积作用为主的外力作用变化过程.     

高寒沙地柠条群落土壤水分空间分布特征研究

为探讨治理50余年人工植被恢复区地表0～100 cm深度范围内土壤水分的空间分布特征,文中选取典型高寒干旱荒漠区——共和盆地西北部沙珠玉沙区不同年代栽植的典型固沙植物—柠条(Caragana korshinskii)沙丘,采用植被样方调查和烘干法分析该地区土壤水分的空间分布特征。结果表明:(1)植被恢复年限越长,土壤含水量越低;(2)通过分析土壤水分与植被盖度的关系,发现在一定的土壤含水量条件下,植被盖度维持在一定的水平;(3)土壤含水量具有明显的季节性,与降水量的变化几乎同步;(4)各植被恢复区的土壤水分垂直分布存在季节差异性,主要表现为降水引起的表层10 cm土壤水分的变化。由此可见,植被盖度与土壤水分空间分布特征相关性对理解与探讨沙地人工生态系统稳定性机理有着重要作用。     

应用SWR技术研究垂柳茎体含水率

应用驻波率(SWR)技术对垂柳茎体含水率进行了较长期的监测,验证了SWR技术可以用来定量监测乔木茎体的含水率.实验结果如下:①对垂柳茎体含水率的日变化观测结果表明,在晴天茎体含水率呈下降趋势,下降范围为7%-4%,下午又基本恢复到起始状态;阴雨天茎体含水率的日变化范围较小,为4%-2%;②茎体含水率季节性变化观测结果表明,垂柳茎体含水率具有周期性变化的规律,变化范围为18%-10%;③受根部土壤水分和叶片蒸腾耗水的均衡作用,垂柳茎体含水率基本保持在一定的范围内变化;④不同深度的土壤水分变化情况不同,深度为35 cm的土壤传感器水分变化最剧烈,受降水、根系吸水和近地面空气层影响也最大,而离地表越深,土壤水分变化越小.     

煤矿开采地表沉陷区土壤养分流失与分布特征——以五沟煤矿为例

平原矿区的煤矿地下开采改变地貌景观,同时加剧矿区土地的水土流失,降低土壤质量。而开采方式不同对地表土壤养分流失的影响程度同样存在较大差异。本文选择皖北五沟煤矿的充填和非充填开采两种开采方式的地面沉陷区,进行了土壤环境调查,监测了开采过程中土壤有机质、铵态氮、有效磷和速效钾等土壤养分的含量,分析其运移变化特征。结果表明,采矿区地表沉陷虽然时间不长,但土壤中的有机质和主要营养元素的含量流失发生显著变化;充填与非充填两种不同开采方式均引起地表土壤养分流失,降低土壤质量。但是充填开采所造成沉陷区内土壤养分的流失程度明显小于非充填开采区,且因氮、磷的流失量明显快于速效钾而使得土壤整体表现为缺氮少磷;土壤养分的迁移与富集与土壤类型密切相关。无论是有机质,还是其他营养元素由表层的耕作土层往深部迁移并在硬砂姜土层富集。这一现象同时说明了地表径流造成土壤养分水平方向的迁移流失的同时,向深部土壤层的迁移现象。     

大红门地铁地质雷达探测结果及解译

本次研究在介绍物探技术的现状和物探方法优缺点的基础上,对大红门探测区位置、地层情况和测线的布置进行了说明。本次探测采用了意大利博泰克RIS探地雷达,共布置导线22条,完成测线1056 m。用GresWin2软件对探测结果进行分析解释,表明研究区域5.5 m深度范围内地下结构主要分为两层,第一层整体密实度较差,部分区域裂隙较发育;第二层岩层完整性较好,未发现明显空洞。共发现地质异常点106个,主要位于第一层,为管线和裂隙引起,对于后续的工程未存在潜在影响。该技术属于地球物理勘探技术,在施工建设前期利用探地雷达可以较对地质基础进行勘察探测,确定地质构造,查明地下是否存在不良地质体,对施工过程的安全进行及施工质量的保证具有重要指导意义。     

乌东煤矿45~#急倾斜煤层采空区与水患探测分析

神新公司乌东煤矿急倾斜特厚煤层已进入深部开采水平。历史性无序开采形成的采空区分布的不规则性与水患严重影响深部安全开采。以乌东煤矿+600水平东冀45#急倾斜煤层工作面附近历史性采空区与水患探测为目标。通过现场调查,基于雷达探测,分析了采空区与水患情况,为现场安全开采提供科学依据。     

基于并行电法的重阳木根系空间分布探测试验研究

探测树木根系的空间分布,对了解树木的生长及移栽等具有重要的作用。利用并行电法技术进行树木根系三维空间分布特征探测试验,通过在重阳木周边7.5 m×9.5 m范围内布置观测系统进行数据采集,对采集到的数据进行多测线联合反演得到三维电阻率图像。结果表明:探测范围内的根系分布呈现出南测密集,北侧稀少的特征;探测区域根系根径范围主要分布在200~300 mm;深度为0.46 m位置处根系量最大且根系生物量最多;重阳木根系下方土壤中含水充足,结果图呈现了根系与地下环境间的相互关系。该成果在研究树木根系空间分布范围及特征方面具有良好的应用前景。     

风廓线雷达测风资料对比分析及问题探讨——以翔安风廓线雷达为例

由于风廓线雷达和L波段探空雷达的测风原理和数据格式不同,在二者风场对比前进行数据预处理是必要的,该文采用了时空匹配方法进行两种雷达风场误差的对比分析,总结出风廓线雷达测风资料的影响主要有以下两个方面:一方面,风廓线雷达自身探测能力的影响,晴空下风廓线雷达在低空和高空风场的误差较大,其主要原因是低空地物杂波干扰和高空湍流回波信号较弱,特别是风速比较小的情况下,其误差特性尤其明显;另一方面,风廓线雷达自身探测机制的影响,雷达探测空间风场违背局地均匀各向同性的原则都会产生较大的风场误差,尤其在强降雨或者对流性降雨过程,其误差特性尤其明显。因此,在应用风廓线雷达风场资料时,应根据以上存在的问题进行质量控制,为改进风廓线雷达资料质量和业务应用提供重要的参考价值。     

松辽平原西部地表土壤水分时空变化与影响因素分析

基于土壤湿度和海洋盐度卫星(SMOS)土壤水分数据,采用时空均方根误差、趋势分析、重心迁移模型和相关分析方法,分析了松辽平原西部2010—2014年生长季地表土壤水分时空变化特征及影响因素.结果表明:研究区地表土壤水分呈东北高、西南低的空间分布格局,5年间平均地表土壤水分含量从0.110m~3/m~3增加到0.120m~3/m~3.扶余、大安、通辽、奈曼旗等地表层土壤水分空间变化显著.在不同年份,地表土壤水分随季节变化明显的地区不同.土壤水分重心向东北方向移动,迁移距离达30.809km.降水、植被覆盖因素均与地表土壤水分呈显著正相关,降水影响更强.在海拔小于200m或坡度为10°~20°的地区地表土壤水分相对较高,平均值分别为0.140,0.116m~3/m~3.黑土表层平均土壤水分更高,且具有明显的增长趋势.     

下伏采空区的煤矿地表地震动力响应模拟

针对中国煤矿多分布于7度及7度以上的地震烈度区,煤矿大规模开采,在矿区地层中留下了大面积、立体分布的空间,一些开采位于工业区或居住区的下部等问题,采用FLAC3D软件,建立了不同条件下的数值模型,对下伏采空区的煤矿地表地震响应进行分析.模拟结果显示:在剪切地震波的作用下,下伏采空区煤矿地表的最大水平加速度受到地下采空区的影响.讨论了在采深及采空区填充参数不同的情况下,地表监测位置的响应值变化.     

地面实验条件下土壤水分微波辐射特性

为解决被动微波遥感反演土壤水分问题,通过C、KU两个波段微波辐射计对不同水分的裸露地表的土壤微波辐射特性进行实验研究,分析土壤湿度与土壤的微波发射率之间的定量关系,建立了土壤湿度与微波发射率的经验模型.研究结果表明:在土壤表面平整时,土壤湿度与土壤微波发射率呈线性负相关,即随着土壤湿度的增加,土壤微波发射率线性下降.在入射角为30°~50°范围内,无论是垂直还是水平极化,30°入射角时微波对土壤测湿灵敏度最大,表明在入射角30°的水平极化下微波反演土壤水分的效果最好.     

不同冻融时期土壤水分运动参数特征分析及数值模拟

为科学探究不同冻融期土壤水分运动参数变异规律,以野外大田实测土壤温度为参考.利用改进的水平土柱法测定土壤水分扩散率,用SW080B张力入渗仪测定土壤导水率.同时将试验获得的扩散率和导水率方程带入冻土水热运移方程,通过方程求解得出含水率值与实测值进行误差分析,进而验证土壤水分扩散率与导水率方程的适用性.研究结果表明:在快速冻结期,随土层深度增加,土壤扩散和导水能力呈现出增强趋势;在稳定冻结期,0～40cm土层扩散和导水能力变化不显著,且处于相对稳定状态;在融化期,土壤水分扩散和导水能力随土层深度增加呈现出先减小后增大的变化规律.此外,各土层含水率真实值和模拟值的均方根误差(RMSE)位于1.01～13.54cm~3/cm,误差较小.该试验方法能够较为精确的获取冻融期土壤水分运动参数,并且能够有效的实现冻融期土壤水分动态过程模拟.     

急倾斜煤层采空区结构特征GPR探测

急倾斜煤岩体结构和地质缺陷具有隐蔽性。历史性无序开采形成的采空区分布的不规则性严重影响安全开采。以神新小红沟煤矿急倾斜煤层开采区域空区分布规律预测与参数确定为目标。通过理论分析、GPR地面与地下立体联合探测,分析了+522水平B3和B6开采扰动范围内采空区结构特征。+522水平距五一煤矿巷道垂直距离约为35.0～35.5 m.B3巷1 214～1 232m范围内空区覆岩破坏严重,多处出现破碎区。空区下部近似椭圆,上部似半椭球体结构,且空区已联通。1 232～1 250 m范围空区及覆岩破坏严重,局部区域积水量大,为现场开采设计与灾害防治提供科学依据。     

一种快速的土壤水分测定仪

土壤水分状况是土壤肥力的一个重要指标,也是直接影响作物产量的一个关键因素。山东省土壤肥料研究所根据电石迂水产生乙炔气,并通过乙炔气压力来测定土壤水分的原理,试制成土壤水分测定仪。该测定仪适合于农村四级农科网和农业科技人员速测任何地块的土壤水分。仪器结构简单,由带压力表的上盖和反应球两部分组成。在反应球的球部和颈部,分别放入土样和电石粉后盖好上盖、拧紧蝶形螺母,便成为一个密闭的容器。摇混土样和电石粉就可以看到压力表有了指示。目前仪器样品系铝合金浇铸加工而成,重量约3.5市斤,内容积400毫升,测量时最大压力3.5公斤/厘米~3(25%含水率)。测定土壤含水范围为5%～25%。     

基于小基线集时序干涉雷达分析武汉中心城区地表沉降时空特征

利用2015—2016年期间获取的15景Sentinel-1A TOPS SAR影像,采用小基线集时序干涉雷达(interferometric syn-thetic aperture radar,InSAR)分析方法,研究了武汉中心城区的地表沉降特征,分析并建立了该地区地表沉降与城市建设、降雨量和长江水位变化等因素的关系.采用32个水准点数据验证了基于Sentinel-1A反演的地表沉降结果,精度为5.82 mm/a.研究区域内不均沉降明显,其地表沉降速率范围为-81.5～18.2 mm/a,且探测到的最大沉降速率位于后湖地区;地表沉降时间序列呈伴随有明显季节变化的非线性沉降.地表沉降与影响因子的对比分析表明,沉降漏斗与工程建设施工区位置分布具有较高的空间相关性;地表沉降中的季节性变化与水位变化和降雨量有关;研究区域地表沉降主要由人为活动、土层压缩性以及地下水过度开采等造成.研究结果给出了武汉中心城区地表沉降时空特征和地表沉降与其影响因子之间的相互关系.