南屯煤矿区土地利用变化及塌陷地复垦研究

摘要

我国煤炭需求量巨大，煤矿区资源的大规模开采和加工在满足社会经济发展的同时，造成了矿区土地利用方式和土地覆被形式的迅速变化，带来如工矿用地挤占农业用地、矿区地表塌陷严重、煤矸石压占污染等问题。当前，在新时代中国特色社会主义生态文明建设背景下，如何解决经济社会发展的能源资源需求与农业、生态环境保护间的矛盾，是煤矿区综合治理和可持续发展所面临的首要问题。煤矿区塌陷地复垦是从根本上解决上述矛盾的重要途径，同时也是煤矿区生态修复和可持续发展的重要基础。 本文以山东省邹城市西北部的南屯煤矿区为研究区，以矿区2004、2007、2012与2017年4期土地利用数据为基础，对土地利用变化的动态特征进行了综合分析，着重对塌陷地的变化进行研究，预测量化了矿区各土地利用类型的未来面积变化。然后，面向矿区塌陷严重的问题进行了塌陷地复垦适宜性评价，以期为研究区矿区塌陷地综合治理提供数据基础和决策支撑。本文的研究结论如下： （1）在土地利用动态变化方面发现，13年间矿区塌陷问题始终较为严重，且面积主要来源于农用地与建设用地，从而对两者持续造成用地挤压。具体的土地利用态变化分析结果：①农用地在13年间面积减少最多，增幅最大的为建设用地，因复垦措施的实施，塌陷地面积在2004-2007年明显减少，但至2017年恢复2004年水平；②矿区综合动态度值在2004-2007年最大，为5.02，说明此阶段土地利用的年变化率较大。未利用地的变化速率与新增速率的值一直较大，矿区塌陷及治理形成大面积未确定使用方向的土地；③矿区土地利用程度指数总体处于100~400之间，说明矿区于发展期，且数值呈缓慢增加趋势；④2004-2017年，土地利用转移经历了由较为强烈到平缓的阶段，面积转移主要发生于农用地、建设用地与未利用地之间，其转移原因多与矿区发生下沉塌陷有关。 （2）对矿区土地利用变化预测及塌陷地分析发现，建设用地面积在未来将会明显增加，到2030年占比将会增加至36.52%，塌陷地的面积持续占有较高比重。综合2004-2017年研究期结果分析，塌陷地面积存在反复的变化过程，主要来源于农用地与建设用地，对农业与居民生活影响较大。作为济宁塌陷的重要组成，矿区内因用地挤压已实施村镇搬迁，对塌陷地进行复垦十分必要。 （3）通过塌陷地适宜性评价发现，矿区最适宜复垦方向为园地复垦。具体分析结果：①物元可拓法分析发现最适宜复垦方向为园地复垦，在宜耕方向上高度适宜评价指标占总评价指标的50%，复垦为耕地在高度适宜性的关联度值最大，为-0.14，但-1≤-0.14≤0，需对指标进行调整才可复垦为耕地；在宜林方向上高度适宜评价指标占比为80%，在高度适宜性的关联度值最大，为0.19且0≤0.19≤1；在宜园方向上高度适宜评价占比为83%，在高度适宜性的关联度值最大，为0.21且0≤0.21≤1；在宜渔方向上高度适宜评价指标占总评价指标的60%，在高度适宜性的关联度值最大，为0.05且0≤0.05≤1；②灰色关联分析法的复垦适宜性评价结果认为，最适宜复垦方向为园地复垦，各复垦方向上关联度的大小值排序为宜园（0.94）＞宜林（0.93）＞宜渔（0.88）＞宜耕（0.67）。③综合比较两种评价方法的最终结果发现，二者结果一致性较好，确定复垦适宜性为宜园＞宜林＞宜渔＞宜耕，最适宜的复垦方向为园地复垦。 通过对南屯煤矿区土地利用变化及塌陷地复垦的研究，可知矿区多年土地利用状况与塌陷严重的问题，希望通过本文的研究可为矿区的生态修复提供数据支撑与理论支持，对维持矿区的可持续发展提供助力。

目录

声明

1 引言

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

1.1.2 研究意义

1.2国内外研究进展

1.2.1土地利用变化研究进展

1.2.2矿区土地复垦研究进展

1.2.3土地复垦适宜性评价方法研究进展

1.3研究内容

1.4研究方法

1.5技术路线

2 研究区概况

2.1自然概况

（1）地理位置

（3）气候水文特征

（4）土壤植被特征

（5）矿产资源特征

2.2生态环境概况

3 南屯煤矿区土地利用变化分析

3.1土地利用信息提取

3.1.1数据来源

3.1.2土地利用分类

3.1.3土地利用信息提取

3.2土地利用变化分析模型

（1）土地利用变化幅度

（2）土地利用变化速度

（3）土地利用程度变化

（4）土地利用转移矩阵

3.3土地利用变化分析结果

3.3.1 土地利用变化幅度

3.3.2 土地利用速度变化

3.3.3 土地利用程度变化

3.3.4 土地利用转移矩阵

4南屯煤矿区土地利用变化预测与塌陷地变化分析

4.1基于马尔科夫模型的土地利用变化预测

4.1.1马尔科夫模型原理

4.1.2土地利用变化预测结果分析

4.2塌陷地变化分析

4.2.1塌陷地面积变化分析

4.2.2塌陷地复垦必要性分析

5 南屯煤矿区塌陷地复垦分析

5.1塌陷地复垦原理

5.2塌陷地复垦适宜性评价

5.2.1复垦适宜性评价的原则

5.2.2评价单元的确定

5.2.3塌陷地复垦适宜性评价方法

5.2.4评价指标体系构建

5.3基于物元可拓法的塌陷地复垦适宜性评价结果

5.3.1宜耕适宜性评价

5.3.2宜林适宜性评价

5.3.3宜园适宜性评价

5.3.4宜渔适宜性评价

5.3.5评价结果分析

5.4基于灰色关联分析法的塌陷地复垦适宜性评价

5.4.1复垦适宜性评价

5.4.2评价结果分析

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢