【摘 要】
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高潜水位矿区在地下煤炭资源被开采后,地表往往下沉形成塌陷积水区,使得部分区域从陆地生态系统逐渐转变为水陆相互作用的综合性生态系统。国内外矿区的土地复垦生态重建工作从一开始的单体工程措施逐渐向区域资源综合利用、景观一体化建设转变,旨在形成稳定、健康、可持续的矿区生态系统。在高潜水位矿区的生态修复过程中,如何开发并利用好沉陷区的水体,处理好水系封闭、水质污染问题以修复水陆生态系统,应当是高潜水位矿区关
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高潜水位矿区在地下煤炭资源被开采后,地表往往下沉形成塌陷积水区,使得部分区域从陆地生态系统逐渐转变为水陆相互作用的综合性生态系统。国内外矿区的土地复垦生态重建工作从一开始的单体工程措施逐渐向区域资源综合利用、景观一体化建设转变,旨在形成稳定、健康、可持续的矿区生态系统。在高潜水位矿区的生态修复过程中,如何开发并利用好沉陷区的水体,处理好水系封闭、水质污染问题以修复水陆生态系统,应当是高潜水位矿区关注的重点。因此,本文通过现场实验对兖州矿区的地形、水质数据进行采集,在深入分析兖州矿区水文概况的基础上,针对地表径流紊乱、水质较差等问题,提出了用水系连通廊道以及河岸植被缓冲带的措施对地表水质进行保护和修复,以达到连通水系、清洁水质、增强矿区生态系统活力的治理目标,主要研究结果如下:(1)对兖州矿区地表水文概况进行分析,揭示了研究区水质问题及其影响因素。兖州矿区的耕地及水体面积占比超过50%,沉陷积水量较多;通过采样分析获取了兖州矿区水质数据,结合遥感数据建立了水质反演模型,分析出2014年至2021年之间TP、TN和TSS的浓度都呈现波动向好的趋势,但仍有部分水体达到Ⅴ类水质甚至超过Ⅴ类水质的要求;进一步分析水体周围土地利用结构及其与水质的关系,可以看出耕地、水体占比最大,水质参数与耕地面积占比具有显著相关性,受到耕地面源污染的影响较大;基于径流模拟分析了研究区物质流过程,针对具体问题,提出了针对地表水质保护和修复的方向。(2)提出了基于水系连通廊道对地表水质进行保护和修复的方法。使用形态学空间格局分析(MSPA)方法对源地数据进行分析,选取LCP、IIC、PC指数表征的斑块均在前50名的45个核心区作为生态源地;结合规划目的选取土地利用类型、土壤类型、坡度、高程、水面高程作为阻力因子,采用主成分分析法确定各阻力因子权重,构建阻力面;基于最小累积阻力模型识构建水系连通廊道;结合自然河流以及潜在径流路径和廊道宽度对规划的水系网络进行优化,得到水系连通网络构建方案;最后基于地统计函数、水力梯度对水系联通前后的效果进行评估,结果表明水系网络构建之后研究区的水文连通性、水力梯度显著提高,水系连通最大距离得到延长,实现了研究区水动力的提升。(3)提出了在水系连通廊道基础上构建河岸植被缓冲带保护和修复地表水质的方法。用兖州矿区的坡度、曼宁系数、土壤储水能力和土壤饱和导水率确定研究区的立地条件,基于Phillips的时间模型模拟绘制出了研究区在构建水系连通廊道基础上的河岸植被缓冲带空间分布状况;模拟结果得到的河岸植被缓冲带面积(研究区内)共计5.59km~2,其中2.18km~2已有植被覆盖,需要增设3.41km~2的河岸植被缓冲带;最后用SWAT模型进行情景分析,结果表明河岸植被缓冲带对研究区TN、TP的削减率为10.14%、14.94%以上,植被缓冲带可以达到改善研究区水质、实现生态系统可持续性发展的目标。
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