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| 編輯推薦： |
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本书对采矿对生态环境的影响和破坏做了评估，运用科学的研究方法研究了矿区地形、土壤理化性质和植物的关系，为矿区生态环境的恢复、治理提供借鉴和参考。
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| 內容簡介： |
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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。
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| 關於作者： |
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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。
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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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富煤贫油少气是中国的国情，煤炭目前仍是中国的主要能源之一，占全国一次能源消费总量的56%，承担着国家能源安全基石的重任。按区域分，我国煤炭资源分布大体呈现出“西多东少”的特征，煤炭生产也逐渐向晋陕蒙三地集中，晋陕蒙三地的原煤产量占全国的比例从2011年的60.16%逐步扩大到2021年的70.99%；按开采方式分，我国井工开采的煤炭占到煤炭总产量的90%左右，远高于露天开采。然而我国西北地区气候干旱、水资源短缺、植被覆盖率低，属于典型的生态脆弱区，煤炭井工开采引发地表沉陷，进而影响土壤水分与养分运移，最终对植被和地表生态环境造成损伤，引起水土流失，土地沙化、荒漠化、盐碱化等，影响区域生态经济的可持续发展，成为制约区域社会、经济与生态环境协同发展的重要因素。
针对煤炭开采对地表生态环境的影响问题，前人围绕植被、土壤、地下水等要素做了大量的研究，但尚未形成统一的认识。一部分学者通过调查研究认为采煤沉陷会导致地下水水位降低、土壤含水率降低、土壤质量下降、植被覆盖率降低以及物种减少等问题；但也有部分学者研究认为煤炭开采导致的地表沉陷并未显著影响表层土壤质量以及大气降水对土壤水分的补给，没有导致植被覆盖率与物种多样性显著降低；同时，近几年也有学者通过对沉陷区长周期观测认为，煤炭开采对地表生态环境造成了一定的影响，但经过一段时间，沉陷区地表生态系统会进行自我修复，并提出了采煤沉陷区生态系统拥有“自修复”的理论。总之，采煤沉陷对地表生态系统的影响由于生态环境本底条件的复杂性、煤层赋存和煤炭开采条件的多样性、监测手段与时间的差异性等因素，导致学者们在采煤沉陷对地表生态系统的影响范围、方式、规律等研究问题上尚未形成统一认识。本书著者长时间在西北某矿区监测土壤与植被情况，以采煤沉陷区土壤水分养分变化为切入点，运用地统计学的方法在ArcGIS平台建立土壤水养的二维与三维经验贝叶斯克里金插值模型，尝试解释煤炭开采对地表生态系统造成影响的方式与规律，希望为该领域的研究提供可借鉴的方法与不一样的视角。
本书共分为7章。第1章简要概述了西北地区煤炭开采现状和煤炭开采对生态环境的影响；第2章基于西部风沙区地表下沉实测数据和FLAC3D数值模拟方法，分析了开采后岩层应变动态特征，并基于此揭示了煤层开采地表沉陷动态特征和沉陷影响范围；第3章前半部分利用三维经验贝叶斯克里金方法构建空间插值模型，对土壤水分空间变异性进行了特征研究，并从优先流角度揭示了沉陷区包气带土壤水分空间变异机理，后半部分基于高分遥感影像和土壤实测数据，探讨了植被与土壤理化性质变化规律和空间分布特征，对沉陷区植被-土壤响应关系进行了研究；第4章融合数理统计和地统计学的方法，探究沉陷区表层土壤理化性质时空变化规律和成因；第5章探索了西北采煤沉陷区包气带土壤含水率在采煤先后不同时期的变化特征和空间分布特征，并通过现场和室内模拟实验对土壤优先流水分的运移进行了阐释；第6章在两个典型的煤矿沉陷区利用同位素示踪法解析了植物吸水率同位素特征及水分贡献率；第7章通过层次分析法构建了沉陷区地表生态环境质量的综合评价模型，利用加权法和模糊综合评价法对地表生态环境质量进行综合评价和预警，实现小尺度沉陷区地表生态环境质量的综合评价，并基于ArcGIS平台开发智能监测评价模块。
本书是对课题组多年来在西北地区采煤沉陷区地表生态环境研究成果的系统总结，所列出的研究方法和研究结果可供生态环境监测与评价、矿山生态修复、土壤水运移分布等相关领域的科研人员和学者参考。但本书所讨论的很多问题目前尚未有定论，还需要花费大量的时间和精力继续跟进研究，这也是本课题组未来的研究方向和研究目的。
本书各章编写人员具体如下，前言：张凯、曹严文、刘舒予；第1章：张凯、曹严文、黄聪、刘舒予；第2章：张凯、陈湘宇、刘舒予；第3章：白璐、张嘉辰、刘舒予；第4章：张凯、李雪佳、刘舒予；第5章：杜坤、陈梦圆、杨英明；第6章：杨英明、陈梦圆、张嘉辰；第7章：白璐、宋爽、杨英明。全书由刘舒予、白璐、杨英明统稿，张凯审定。
本书主要研究内容得到了国家能源集团科技创新项目“西部典型生态脆弱区煤矿山水林田湖草一体化生态系统修复研究与工程示范”（202016000041）、中国矿业大学（北京）越崎青年学者项目（2019QN08）、2020年新疆人才引进计划项目、国家能源集团科技创新项目“西部矿区生态修复与生态稳定性提升关键技术”（GJNY2030XDXM-19-03.1）以及国家自然科学基金青年基金项目“西部风积沙矿区地表生态环境损伤机理及其自修复能力研究”（52004012）项目的资助，本书的出版得到了国家能源集团神东煤炭集团有限公司布尔台煤矿、中国中煤能源集团有限公司纳林河二号煤矿、北京低碳清洁能源研究院等单位的支持。
由于时间和著者学术水平有限，书中疏漏和不足之处难免，敬请各位专家和读者批评指正。
著者
2022年9月
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