矿区土地复垦规划与设计.pptx
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1、117-117-1 1第三章第三章 矿区土地复垦规划与设计矿区土地复垦规划与设计第一节第一节 概概述述第四节第四节 矿区复垦土地利用结构的规划矿区复垦土地利用结构的规划第三节第三节 复垦标准复垦标准第二节第二节 土地复垦适宜性评价土地复垦适宜性评价第五节第五节 塌陷积水区域的规划与利用塌陷积水区域的规划与利用第六节第六节 矿区生态工程复垦规划设计矿区生态工程复垦规划设计第八节第八节 矿区土地复垦规划报告的编制矿区土地复垦规划报告的编制第七节第七节 露天煤矿土地复垦设计露天煤矿土地复垦设计第九节第九节 矿山土地复垦规划的实施与管理矿山土地复垦规划的实施与管理 第十节第十节 遥感技术在矿山复垦规划
2、资料获取中的应用遥感技术在矿山复垦规划资料获取中的应用 117-117-2 2第一节第一节 概概 述述 n 一、矿区土地复垦规划与设计的意义一、矿区土地复垦规划与设计的意义n矿区土地复垦规划是对土地复垦在一定时期内的总体安排。它需要根据矿山企业发展规划与矿产资源开采计划、地方的自然、经济与社会条件对复垦项目、复垦进度、复垦项目的工程措施及复垦后土地的用途甚至生态类型等作出决策。矿区土地复垦设计则是在规划的基础上,对复垦工程量、平面布置、复垦工程的技术参数等作具体安排和计算。1避免复垦工程的盲目性2保证土地利用结构与矿区生态系统的结构更趋合理3保证土地部门对土地复垦工作的宏观调控4保证土地复垦项
3、目时空分布的合理性117-117-3 3 二、矿区土地复垦规划设计应遵循的原则二、矿区土地复垦规划设计应遵循的原则n土地复垦规定的原则n土地复垦规划应当与土地利用总体规划相协调。n土地复垦应当与生产建设统一规划。n土地复垦应当充分利用邻近的废弃物(粉煤灰、煤矸石、城市垃圾等)充填挖损区、塌陷区和地下采空区。n实际工作中,应遵循以下原则:n土地复垦规划应当与土地利用总体规划相协调n土地复垦应当与生产建设统一规划n土地复垦应当充分利用邻近的废弃物(粉煤灰、煤矸石、城市垃圾等)充填挖损区、塌陷区和地下采空区n先作总体规划,再作复垦工程设计n因地制宜,综合治理n经济效益、生态效益与社会效益相结合117
4、-117-4 4三、矿区土地复垦规划设计的基本程序三、矿区土地复垦规划设计的基本程序117-117-5 51勘测、调查与分析n勘测、调查与分析的目的是明确复垦问题的性质,获取制定规划所必需的数据、图纸等基础资料。2总体规划n总体规划需要确定规划范围、规划时间,制定复垦目标和任务;n然后将复垦对象分类、分区并作分期实施计划,对总体规划方案进行投资效益预算;n最终通过部门间协调、论证,形成一个可行的规划方案。最终成果包括规划图纸和规划报告。117-117-6 63复垦工程设计n复垦工程设计是在总体规划的基础上,对近期要付诸实施的复垦项目所作的详细设计。n复垦工程设计的最基本要求是具有可操作性,即施
5、工部门能按设计图纸和设计说明书进行施工。4审批实施n无论是总体规划还是复垦工程设计都需要得到土地管理部门和行业主管部门审批后,方可付诸实施,且复垦工程实施后,土地管理部门需对复垦工程进行验收,土地使用者需对复垦土地进行动态监测管理。117-117-7 7矿区土地复垦规划设计各阶段的内容和目标矿区土地复垦规划设计各阶段的内容和目标 阶段内 容目 标勘测调查与分析(1)地质采矿条件调查与评价 (2)社会经济现状调查与评价(3)社会经济发展计划(4)自然资源调查与评价,包括土地破坏与土地利用现状、土壤类型与分布、水资源、气候条件等(5)环境污染现状调查与环境质量评价(6)地形勘测(1)明确复垦问题性
6、质(2)为总体规划提供基础资料总体规划(1)结合井下开采范围与地质条件,确定规划区域范围(2)确定规划时间(3)选择土地利用方向与复垦工程措施(4)制定分类、分区、分期复垦方案(5)复垦规划方案的优化论证(6)投资效益预测(7)关于影响复垦工程实施的相关问题与解决方法的说明(1)和土地利用总体规划一起为区域土地利用的合理性提供保证(2)为复垦工程设计提供依据复垦工程设计(1)明确复垦工程设计的对象(位置、范围、面积、特征等)(2)设计达到总体规划目标的工艺流程、工艺措施、机械设备选择、材料消耗、劳动用工等(3)实施计划安排(如所需物料来源、资金来源、水源等)(4)施工起止日期安排;工程投入与年
7、经营费、年收益的详细预算 供施工单位施工117-117-8 8第二节第二节 矿区待复垦土地的适宜性评价方法矿区待复垦土地的适宜性评价方法 一、适宜性评价的概念一、适宜性评价的概念一、适宜性评价的概念一、适宜性评价的概念n待复垦土地的适宜性评价是对受破坏土地针对特定复垦方向的适宜程度所作出的判断分析。n这些特定的复垦方向包括农作物种值、水产养殖、家禽家畜养殖、林果种植、蔬菜种植、建筑利用、娱乐场所等。n适宜性评价的一般步骤是:(1)确定具体的复垦方向;(2)选择影响因子,这些因子包括土壤、气候、地貌、地物等自然因素,工农业生产布局、资金投入、土地利用结构等经济因素,种植习惯、行政区划分等社会因素
8、;(3)按照一定的标准评判某一地块的各个因子对指定复垦方向的适宜程度。适宜性评价结果作为复垦规划的依据。117-117-9 91土地破坏程度制约土地复垦利用方向;2非现状、非评价对象本身的因素起较大的制约作用;3经济、环境、社会效益必须有机结合;4区位原则具有特定的含义。二、矿区待复垦土地适宜性评价的特点二、矿区待复垦土地适宜性评价的特点117-117-1010三、矿区待复垦土地的适宜性评价方法三、矿区待复垦土地的适宜性评价方法 1适宜性评价的分类系统n适宜性评价的分类系统是指复垦后土地利用方向及适宜等级构成的评价系统。这种分类系统不同于土地利用现状调查规程规定的分类系统。一般可根据待复垦土地
9、本身的属性和复垦目标灵活确定。117-117-11112 2适宜性评价的依据或标准适宜性评价的依据或标准n 适宜性评价时需要选择影响因子、确定影响因子的权重以及影响因子对给定复垦方向等级的影响分值。n适宜性评价的重要标准是土地生产力,即选择那些对土地生产力影响较大的因子,确定权重和分值时主要看影响因子对给定土地利用方向生产力的贡献大小。n实际工作中,选择影响因子、确定权重和分值往往是建立在实际调查资料基础上的。117-117-1212 3 3适宜性评价方法适宜性评价方法n 常用土地适宜性评价方法有极限条件法、指数法和模糊数学等方法。n这里介绍一种基于模糊数学原理的模糊集合综合评价法。它由单项适
10、宜性评价模型和多目标生产布局决策模型两部分组成。117-117-13131 1 单项适宜性评价模型单项适宜性评价模型n设对某一复垦方向作适宜性分析,影响因素有m个,每个因素对应一个状态集 为:式中,i 为影响因子序号;j 为某一复垦方向的适宜等级117-117-1414n例如对影响因子附加坡度而言,若将宜农复垦方向分为两个等级,则它所对应的状态集为:n显然,每个因素的状态集都是一个对指定复垦方向从优到劣的全序集。n所有影响因素属性值的优劣可用矩阵R表示:式中,ai为i因子对指定复垦方向的影响权重值 pji为j因子对指定复垦方向117-117-1515117-117-16162 2 多目标生产布
11、局决策模型多目标生产布局决策模型n设备选复垦方向有k个,这时就需要建立多目标生产布局决策模型进行综合适宜性评价。117-117-1717实例分析实例分析n华东某高潜水位矿区模糊集合综合适宜性评价示例 n1评价区域概述n评价区域位于华东高潜水位矿区,采煤沉陷后积水率达30以上。土地塌陷前为高产农田。煤矿开采后环境污染严重。本区经济基础好,复星资金来源充足。道路、水利设施框架完整,局部受开采影响。本区土壤类型基本分为淤土和砂疆土两类,地理位置近市靠矿。117-117-18182复垦方向的选择n根据实际条件和生产需要,选择农作物种植、基塘复垦、林果种植三种复垦方向。农作物种植又进一步分为一级宜农地和
12、二级宜农地。3评价因子的选择n不同的复垦方向,其影响因子不尽相同,因素间的重要性也存在差异。三种不同的复垦方向的影响因子分别为:1)农作物种植复垦方向 2)林果种植复垦方向3)基塘复垦方向117-117-19194 4评价因子权重及等级分值的确定评价因子权重及等级分值的确定n不同复垦方向的参评因子、权重、等级分值、属性值见表 117-117-2020117-117-21215综合适宜性评价结果n通过编程计算,得到适宜复垦方向的用地结构如表3-6所示,同时可得到各类各级复垦方向的平面分布图。117-117-2222 第四节第四节 矿区复垦土地利用结构的规划矿区复垦土地利用结构的规划 n合理的用地
13、结构应综合考虑土地本身的适宜性、利用后的经济效果以及生态环境效果,并符合土地利用总体规划及其它各项政策要求。土地适宜性评价结果得到的用地结构主要考虑了待复垦土地的自然属性因素,不一定是合理的。合理的用地结构往往按下述方法之一确定:(1)按农业生产技术的需要,如间、套、轮作的合理比例或生态工程各生态单元的用地比例确定;(2)考虑土地自身的适宜性及其它各项要求,按最佳经济效果配置用地结构。117-117-2323 一、用地结构优化的线性规划模型一、用地结构优化的线性规划模型上述模型中,若设Z为总产值或总产量,那么方案就难以说明效益的高低,只是在总量控制时是有意义的。若需要其效益最佳,不妨将Z设为投
14、入产出比。若还想用其它指标来作为规划的目标,需要用多目标规划模型来求解。117-117-2424 二、约束条件的类型二、约束条件的类型 n建立用地结构优化模型的关键是选取计算参数和列立约束方程。土地复垦规划的约束条件通常分为总量约束、绝对量约束、配置量约束及非负约束四类。1总量约束(1)资金约束。与土地复垦有关的工程如挖深垫浅、土壤肥化等都需耗费大量的资金,而我国目前复垦资金渠道有限,要在有限的投入下获得最佳的经济效果,就受到资金的约束。比如恢复1亩耕地需投资a11元,开挖1亩鱼塘需a12元,依此类推,而总的投资约束在m1元内,于是有约束方程 117-117-2525(2)资源约束。无论是用粉
15、煤灰还是矸石或其它废弃物,或从外地运泥土充填塌陷坑,其总量总是有限的,另外在发展水产养殖业或复垦为水浇地时也受到当地水资源的限制。比如根据计算或经验知,某矿区造地1亩需填方a21m3,挖塘1亩得土锄a22m3,现有各种充填料m2方,则 117-117-2626(3)劳动力约束。设每年可投入复垦工程的劳动日为m3,而耕地、鱼塘、菜地等每亩需劳动日a31、a32、a33个,于是有 n若从解决就业问题的角度出发,通过复垦必须安排m3个劳动日以上,则有 117-117-27272 2绝对量约束绝对量约束 (1)需求约束。矿区地表沉陷引起农作物产量下降,非农业人口增加,而对粮油等的需求量也日益增加,这就
16、对复垦为耕地的要求更加迫切。若矿区需粮n kg,复垦土地单产p kg,未受破坏土地s亩,单产q kg,矿区外调拨粮食t kg,则复垦为耕地的面积x1,必须满足 117-117-2828(2)政策约束。据国家政策或地方规定又有许多约束,如矿区要求林业覆盖率达,则117-117-29293 3配置量约束配置量约束n例如,养鱼1亩水面,需配饲料地0.5亩,则有117-117-3030 4 4非负约束非负约束 n非负约束表示为 117-117-3131 三、用地结构优化步骤三、用地结构优化步骤 用地结构优化问题解算步骤如下:(1)系统分析;(2)确定决策变量和参数;(3)建立目标函数和约束条件;(4)
17、解算线性规划模型,获得几个优化方案;(5)方案比较与评价;(6)决策。117-117-3232四、应用四、应用n规划区面积约860亩,规划区内人口约700人。原地势平坦,均为良田,适于种植小麦、玉米、大豆、水稻、花生等粮食作物与经济作物。该区平均潜水位标高为34.5 m,最高时达35.0 m,丰水期积水率在30以上。n该规划区距江苏省徐州市较近,据调查,农产品尤其是蔬菜、水产品需求量大。与规划区相邻接的较大范围的社会经济状况为:因煤炭开采耕地大面积塌陷,部分地方人均耕地仅0.1亩。当地农民已自发开挖了一些鱼塘,他们对复垦后的耕作制度和养殖技术缺乏经验。117-117-33331 1系统分析与建
18、模系统分析与建模n根据土地利用现状和复垦利用的可能性,复垦后土地利用方向包括养猪场(x1)、养鸡场(x2)、养鱼池(x3)、粮食作物(x4)、林果园(x5)、饲料地(x6)及服务用地(x7)等七类。n根据现有资源和生产条件将约束条件分为四类,即总量约束、配置约束、绝对量约束和非负约束。117-117-3434n配置约束有:养鱼1亩配饲料地0.5亩,即:n绝对量约束有:受技术水平、饲料来源等限制,猪场、鸡场的规模受到一定限制,即:n该区需粮20104kg,以亩产600kg计算,x4333。非负约束为 117-117-35352 2模型解算与结果分析模型解算与结果分析 (1)只考虑x3x7五种复垦
19、利用方向,考虑上述所有约束条件;(2)考虑x1x7七种复垦利用方向,不考虑粮食种植面积约束,将投资总额由172万元增至260万元。解算结果 亩,万元,元利用方向x1x2x3x4x5x6x7投资最大收益人均收益方案一00296.133374.3148.18.5138.352.09744方案二2040211.50468.9 105.8 13.8 256.1 124.20 1744.27117-117-3636结果分析结果分析方案一:需投资138.30万元,就业人数72人,土方工程量20.7104m3,挖填均衡,年纯收入最大值为52.09万元,以复利i=10%计算,投资回收期3.2年,人均收入744
20、元。方案二:需投资256.1万元,解决251人就业,土方量为14.8104m3,挖填均衡,年纯收益最大值为124.20万元,以复利i=10计算,投资回收期为2.4年,人均收入1744.27元。117-117-3737五、矿区复垦土地利用结构的决策五、矿区复垦土地利用结构的决策n矿区复垦土地利用结构的决策需要考虑以下因素 1遵循土地利用总体规划的要求 2满足人民生活和生产建设需要 3合理的用地结构应能改善本地区的生态环境质量 4社会因素117-117-3838第五节第五节 塌陷积水区域的规划与利用塌陷积水区域的规划与利用一、塌陷积水区域形态与水质特征 1塌陷积水区域形态 2塌陷积水区域水质117
21、-117-3939二、塌陷积水区域的开发利用规划二、塌陷积水区域的开发利用规划 1农灌供水规划2水产发展规划水产发展规划包括:1)确定养殖品种;2)确定放养方式;3)确定开发措施;4)确定开发的时间顺序3提高水域生产力的规划1)增加投入:增加投入包括投喂充足的饵料和改善养殖水面的条件。2)精细管理:精细管理措施包括保持水域中水的质量、防治鱼病、完善排灌系统、建立水质动态监测制度等。3)采用科学的养殖技术:科学的养殖技术包括:选用良种良苗;立体混养;流水密养;轮捕轮放等,实践证明:这些措施既能获得高产,又经济易行。117-117-4040三、塌陷积水区域的分区利用三、塌陷积水区域的分区利用 1荒
22、滩区开发利用n荒滩区是季节性积水区,既盐渍又水涝,因而其生态位只适宜于野生水草。2浅水区开发利用n浅水区的常年积水深度为13 m,适宜于水生植物及鱼类生长。3深水区开发利用 n深水区常年积水在3 m以上,适宜于鱼类、水禽及水生植物生长。综上所述,塌陷积水区域的开发利用形式可采取挖深垫浅、围网养鱼、网箱养鱼、种植水生植物以及水禽养殖等多种形式。117-117-4141117-117-4242 第六节第六节 矿区生态工程复垦规划设计矿区生态工程复垦规划设计(一)生态工程n定义:n应用生态学、经济学有关理论和系统论的方法以生态环境保护与社会经济协同发展为目的(也可叫可持续发展),对人工生态系统、人类
23、社会生态环境和资源进行保护、改造、治理、调控、建设的综合工艺技术体系或综合工艺过程。n主要目的n是要解决当今世界面临的生态环境保护与社会经济发展的协调问题,即要解决现代人类社会的可持续发展问题。一、生态工程与生态工程复垦概述一、生态工程与生态工程复垦概述 117-117-4343(二)生态工程复垦(二)生态工程复垦n根据生态学、生态经济学和系统工程原理及土地生态经济系统的基本属性和要求,将土地复垦工程技术与生态工程技术结合起来,对因挖损、塌陷、压占等造成破坏的土地,进行系统设计、整治和开发利用。(胡振琪)(胡振琪)n目的在于促进各生产要素的优化配置,实现物质、能量的多级分层利用,不断提高其循环
24、转化效率和系统的生产力,获取较大的经济、生态和社会综合效益,走可持续发展的道路。n对破坏土地复垦为农业用途的区域,其生态工程复垦实质是发展生态农业,因此,这类复垦也可称之为生态农业复垦。117-117-4444n生态工程复垦就是依据生态工程原理把煤矿塌陷地建设成为一个人工生态系统的土地复垦活动。n生态工程复垦所依据的生态学原理主要包括:1生态位原理2食物链原理3养分循环原理4生物和环境的协同进化原理117-117-4545 1 1生态位原理生态位原理 n生态位系指一种生物种群所要求的全部生活条件,包括生物和非生物的。种群和生态位是一一对应湿度的,否则将导致剧烈的种内和种间斗争。n右图为一陆地生
25、态系统就温度、湿度、光照三种生态因子建立的三维生态位图。当确定某种生物的种养时,便可根据生物对生态因子的要求条件,确定它在三维空间的某一立方体内。生态位条件原理主要用于指导如何改善和利用塌陷区不同区域的生态位条件。117-117-46462 2食物链原理食物链原理n生态系统中由初级生产者、初级消费者、次级消费者直至分解者所构成的营养关系称为食物链。n食物链既是一条物质传递链,又是一条价值增值链。当生态系统比较复杂时,简单的食物链就发展成为食物网,在食物网中,生产者、消费者有时是难以区分的,只能区分出不同的营养层次。n食物链原理是根据塌陷区不同区域的生态位来指导选择适生的、有经济价值的生物物种,
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