文摘

沉降水灾害已成为一个主要的生态环境问题,因为淹没村庄,农田的破坏,和生态破坏性采矿沉陷地区高水位的变化。把吴钩煤矿1031工作面在淮北,安徽,中国,作为研究对象,(1)三维(3 d)空间信息动态预测方法提出了高水位采煤沉陷区结合Knothe时间函数基于概率积分法(PIM)和水平衡的原则。(2)的动态演化规律的积水区采煤下沉区高水位进行了研究。(3)的动态预测模型的适用性积水范围采煤下沉区高水位的验证。结果表明,三维空间信息的动态预测的潜水区域高度精确,可以适用于动态预测相比遥感监测和现场测量的结果。因此,技术参考和理论依据的综合评估和修复的生态环境提出了高潜水开采沉陷区域。

1。介绍

煤炭是中国的主要能源来源,占大约70%的一次能源生产和消费(1,2]。它有一个重要的地位在经济3),是推动世界经济发展的一个重要因素。与当代社会经济和工业生产的迅速发展,煤炭消耗量作为传统燃料不断增长(4]。根据世界能源年鉴,中国的煤炭资源产量在2019年达到3.846万亿吨,占全球总产出的47.3%,显著高于世界平均输出电平(5]。然而,煤炭开采不仅造成了严重的安全事故(6- - - - - -8),但也引起了一系列深刻的环境问题,如土壤质量下降,生态系统退化,生物多样性的丧失,和景观的破坏9]。破碎岩石地下无处不在,和传质动力学破碎岩石中扮演重要角色理解问题在工程地质和环境地质10]。其中,地下煤矿直接导致大地表沉陷[11- - - - - -13]。沉降和积水灾害面临的主要生态环境问题已成为煤矿沉陷区高渗透水平。村洪水、农田破坏和颠覆性的改变生态系统带来了巨大的挑战在矿区生态文明建设(14,15,这些煤矿地区的紧急问题需要解决。

煤矿的负面影响在东部地区浅层地下水位高的中国尤其严重。这个地区的特点是高渗透水平和厚松散覆盖层(16]。矿区面积与煤炭资源。潜水与自由表面重力水上面第一个连续土层表面。其上部没有连续和完整的防水板,和潜水水面是一个免费的水面,称为潜水面。潜水表面任意点被称为跳水水平根据参考电平的绝对高度。跳水水平高,顾名思义,是一种更高层次的地下潜水。高水位矿区主要分布在中国的东部。高地下水位导致地表下沉,水和积累煤矿后,形成一个独特的矿区生态环境水和土地的结合。

了解地应力是研究深部岩石力学的基础(17]。一般来说,变形,断裂传播,能量释放是高度与采动应力演化[18]。地下煤提取时,围岩失去原有的应力平衡(19,20.),导致应力再分配。增加最大应力、平均应力应用和岩石遭受高压力的持续时间增加。因此,达到强度极限变得更容易,和疲劳寿命更短21]。当巷道顶板的集中应力超过强度极限,屋顶层变形、断裂和崩溃22导致水压力沉降和固结沉降。这些条件最终导致地表沉陷盆地上的运动和变形,产生大量的裂缝在高潜水地区,地下水形成轻松地连接到沉降面积。沉降面积的水主要来自大气降水、地表径流、表面水的蒸发,和地下水渗流。当水各种因素达到平衡,输入和输出的一系列水沉降面积保持不变。图1显示图像的煤炭开采引起的地表沉陷在一个典型的高水位的矿区Lianghuai煤矿在中国。左边和右边的图片是淮南Guqiao煤矿和淮北煤矿,分别。沉降水灾害已成为一个主要的生态环境问题,因为潜水开采沉陷区域高,淹没村庄,农田损失,和破坏性的改变的生态系统,导致巨大挑战矿区的可持续发展。在过去的25年里,积水区在采煤沉陷区安徽省大约增加了6倍,从18.95公里²118.09公里²,年增长率为3.97公里²。此外,一些水域占30%到50%的总煤炭开采沉陷面积(23]。大型沉降面积逐渐从原始土地生态系统演变成水土地复合生态系统,造成不可挽回的损害原当地生态系统的平衡。另一方面,地表沉陷破坏大面积耕地和杰出的人类和土地矛盾,从而严重影响了当地的经济发展、社会结构和稳定性。

直接由采煤引起的地表沉陷破坏了矿区的生态环境。高潜水地点,特别是在地区煤炭资源开采不仅会导致地表沉陷也积累大量水的沉降区。因此,生态环境严重破坏。在视图中进行了开采沉陷地表沉陷水在高潜水区和一系列的环境问题,字段映射,开采沉陷估计,和遥感监测已广泛用于获取地理空间信息数据的采煤沉陷区。(1)现场测绘:地表移动观测站,收集大量的测量数据,进行理论分析,得到了不同矿区的地表移动数据,以及不同地质采矿条件下地表变形规律进行了分析。水的监测主要使用整个站仪器、经纬仪、GPS、和其他传统的测量仪器。按照水特点,测量特征点坐标,然后水统计数据是根据内部行业获得治疗。然而,地表沉陷盆地形成和水局势动态受到许多因素的影响。此法适用于小水域有限的适用性。(2)开采沉陷预计发生,因为地下矿山的建设。近年来,随着矿业在不同条件下的进一步深化,学者们开发和建立了许多新的开采沉陷预测方法,如Knothe地表沉陷预测理论的基础上,传统的影响函数法(24)和开采沉陷预测模型基于空间统计方法。从机械的角度来看,线性弹性分析原理和表面元素原理介绍。不同的地质条件和采矿方法导致的发展预测的理论和模型倾斜煤层地表沉陷预测,地表沉降预测废弃专栏的老矿区,矿区地表沉陷预测的浅,地表沉陷预测室专栏的挖掘。然而,在一个特殊的地质情况下,地表沉陷特征与常规开采沉陷特征不同。因此,传统的沉降预测模型不能完全适用于地表沉陷预测和需要进一步验证的准确性煤层开采地表沉陷的预测模型。(3)遥感监测:水进化而言,挂表等人认为是淮南矿区,用透射电子显微镜(TM)的图像中提取信息的水在不同的时间使用主成分分析的方法,分析了水域的变化(25]。随着遥感技术的发展,国内高分辨率卫星图像已经被用于监测死水的范围和范围信息提取。

然而,表面形式和水在开采沉陷区域动态受到许多因素的影响。获得的观测数据的现有方法缺乏及时性,从而使三维空间信息的及时预测地表沉陷区水的困难和影响的规划和设计精度的采煤沉陷区。

研究开采沉陷的字段映射高,开采沉陷的动态预测,和遥感监测非常丰富。然而,地表沉陷水和许多因素,如综合开采沉陷、地表水范围进化,和水的循环,需要进一步调查。此外,高开采沉陷和水范围动态演化的法律分析。(1)水的动态演化规律的沉降面积高跳水水平尚不清楚。限制字段映射的方式,现有的研究主要针对范围变化前后表面水下沉。然而,研究生产、增加稳定性,表面水和动态法在不同开采阶段是有限的。(2)开采沉陷预计模型的准确性应验证。进一步验证预计地表沉陷与特殊的地质条件。(3)表面水的动态预测采煤下沉区范围在高潜水是有限的。虽然遥感技术的发展已经相对成熟,大多数现有的研究集中在单个矿区或一个工作表面,几大领域,和长期效应的动态演化特征。 In addition, the impact of the dynamic change of water analysis is less, the subsidence area evolution law analysis is not comprehensive, and the observation data could not be taken in a timely manner. Thus, satisfying the requirements of land reclamation and ecological restoration is difficult.

在这项研究中,一个动态预测模型的积水区采煤下沉区高水位。沉陷盆地的体积之间的等效关系,积水沉陷盆地使用概率积分法建立了基于Knothe时间函数和水平衡的原则,在采煤沉陷区,结合的主要影响因素的演变积水面积来确定工作面开采能力。的动态演化地表水范围预测,和信息,如积水的范围、沉降盆地的范围,积水的程度,和水的数量积累在积水的进化。进化的一般规律的积水区在采煤沉陷区进行了研究。水的时间积累在沉陷盆地一般滞后于开采的工作面。地表水的演变可分为四个阶段:积累未成形的时期,同步增长时期,剩余增长时期,相对稳定的时期。模型的精度进行了分析。

因此,以吴钩1031年我的工作表面为研究领域,三维(3 d)空间信息的煤炭开采沉陷积水面积1031动态预测,和积水范围的动态演化规律进行了分析。最初,研究区概况,如部分所示2介绍了。然后,整体的动态预测方法,提出了部分所示3。完整的三维空间信息的动态预测方法的高跳水节中介绍了开采沉陷4。最后,在节5、模型评估和验证被1031年的工程实例。这项研究提供了一个理论依据土地利用规划、土地复垦、土地和水资源复杂生态系统的建立在高潜水的沉降面积的网站。

2。概述研究的区域

吴钩煤矿是10^th对矿山开发和由北安徽煤炭和电力集团。它位于吴钩,Suixi县,这是淮北市区50公里,如图2。矿区地下潜水的水平是1.5,这是一个典型的矿区高跳水水平。coal-containing形成在这个矿是carbonite-Permian系统,主要由四层煤层(72、81、82、10煤层,平均厚度为1.80,2.50,2.53,和3.86 m,分别)。平均可恢复的总厚度10.69米,因为煤层断层切割的严重损坏。相当大的一部分浅区域风氧化带或防水煤列,导致煤层的可采区域。整个井场的总资源储量137304600吨,1259.1亿吨和40339500吨,其中10煤层的可采储量25956200吨,占64.3%。

地区气候温和。季风暖温带semihumid气候,温和的春天和秋天下雨,夏天炎热多雨,冬天寒冷多风的。每年的平均温度是14.1°C,年均日照2345.3小时,平均年降雨量为834毫米,地下水被埋在一个深度范围1.5 - 4米,年平均埋深的水位2.48米(25]。降水主要集中在7月和8月,年蒸发量1400毫米,年无霜期208 - 220天,和冻结期一般从12月初到次年的2月中旬。

图2显示的位置工作表面和表面遥感图像的总长度为1136和宽度180米。煤层倾向来自3°16°和8°。煤层的平均厚度3.8米,平均埋深364米。图3显示了松层约94 m,如图3。工作表面是平的表面高程26.50米到27.56米,没有大的表面流河。表面的水形成工作面开采后,由于该地区地下水的埋深,高降雨和地表的沉降系数大。

3所示。整体的预测方法

3.1。获取地质采矿参数

根据矿区的表面工作规范,建立了以下参数,即挖掘推广距离 ,主要影响角的正切值 ,平均开采厚度的工作表面 ,煤层间距 ,沉降的因素 ,和主要影响半径 。开采沉陷的三维坐标系中建立了空间。沉降曲线的拐点表面的主要部分包括坐标原点o。x设在点沿表面向排水区域煤层方向是平行的。的y设在在坐标原点领导从垂直向下z设在的x设在。Knothe时间函数模型被用来估计地表沉陷。

3.2。计算沉降盆地体积

动态沉降被克里格插值方法插值,轮廓沉陷盆地的煤炭开采沉陷区域生成的先后,和相对应的沉降盆地体积不同的轮廓部分计算。

3.3。计算体积积水沉陷盆地

煤矿的水文和水资源数据收集沉降面积,和水平衡迭代方程建立了根据水平衡原则获取水量在不同时间的沉降盆地煤炭开采沉陷区。

3.4。计算三维空间信息

不同下沉盆地的水量是根据水的迭代方程来计算的平衡。此外,结合下沉盆地体积对应不同的轮廓部分,沉陷盆地体积之间的关系,建立了盆地的水的体积。

这个模型被用来预测3 d动态空间信息在不同时刻的进步工作表面,包括水深、水区域,水,水体积,最大的存储容量。

技术流程图如图4。

4所示。三维空间信息的动态预测方法

4.1。动态下沉预计

以下4.4.1。随机介质理论

概率积分法的理论基础是随机介质理论。因此,这种方法也称为随机介质的方法。Littvinishen,随机介质理论的创始人,是一位医生在数学,熟悉概率论。是不可能确定岩体介质弹性,塑料、连续、宽松,或整体。矿山岩体介质通常被称为随机介质。随机介质理论的基本假设和推论表明,岩石介质由很多足够小块岩石颗粒。这些粒子是完全断开连接,可以相对移动。他们的运动是一个随机过程,如图5。法律开采引起的岩层和地表移动的宏观上类似于颗粒状介质模型中描述作为一个随机介质。理论和实践的相互验证,和影响函数基于随机介质理论非常类似于one-Gaussian Knott-Bradlake理论基于测量数据的函数。

4.1.2。概率积分法

randomastic介质理论最初引入到波兰的岩层运动研究学者李Tvinishen在1950年代和后来发展成为由中国学者刘Baochen概率积分法和廖国华。经过20多年的研究由采矿和沉降工人在中国,概率积分法已经成为更加成熟,在中国使用最广泛的预测方法。概率积分命名概率积分(或其衍生物)的运动和变形的预测公式。

这种方法是基于表面的运动规律和一般类似于随机介质模型。它是一个全面的应对地理矿业定居点和采矿条件,如开采深度、开采厚度、岩体性质、煤层倾角,不管特殊结构的影响,如断层、褶皱和崩溃列。

概率集成模型是使用最广泛的模型之一,在该领域目前开采沉陷的可以预测的程度通过工作面地质开采条件下地表移动变形参数和预期的参数。概率积分法模型是由方程(1)。 在哪里x和y任意点的坐标是在工作表面坐标系统在地下开采的影响范围,然后呢 是最终下沉量的点(x,y)在工作表面坐标系统。地表最大沉降,当采空区临界或超临界的大小(26]。米是开采厚度。是下沉系数。和是下坡,上坡方向的挖掘深度,分别。是平均开采深度。表明传播角度的影响。是积极的主要影响角正切值。和分别是工作面长度方向和趋势。 , , ,和是相对应的拐点偏移距离的两端上上下下的方向。是煤层倾斜,可以使用参数的实际意义。的参数 , , , , , ,和被称为地质采矿条件参数和一般生产单位提供的,他们是已知的数量: , , , , , ,和概率积分法预计参数,可以获得的测量数据。与已知的地质采矿条件参数的工作表面,下沉量的任意点在工作表面可以通过方程(预计1)只要率集成预测模型参数是计入。

4.1.3。Knothe时间函数

更准确地反向预测地表沉陷的动态过程,我的工作人员和学者试图模拟表面的动态沉降点的过程中使用的数学模型,在这最广泛使用的模型是Knothe时间的函数。根据矿区的工作表面信息,动态下沉盆地的概率积分法得到的基于Knothe时间函数。

1952年,波兰学者Knothe建立了Knothe时间函数通过分析之间的关系下沉速度一定表面点和最终沉降量。这个函数可以部分反映了地表沉陷和时间之间的关系(24]。Knothe模型表示地表下沉速度和沉降量之间的关系,表达了方程(2)。 在哪里t地表沉陷的时刻,W₀是最后的地表沉陷量,W(t)是表面的沉降量t和V(t)是表面点的沉降速度t、C是时间因素影响系数或岩性因素通常被认为是与上覆岩层的力学性质(27]。

地表下沉是0t= 0,即W(0)= 0。因此,方程(3)是对集成t如下: 在哪里t是自变量,代表时间计算从表面开始下沉,W₀是最终的地表沉陷量,可以获得或概率估计的集成模型,C值是时间因素影响系数和相关的地质采矿条件工作表面,和方程(3)是Knothe时间函数。用最后的地表沉陷W₀和时间因素的影响系数C在方程(3)会导致地表沉陷。此外,水平运动、坡度和曲率等参数可以计算。

当t倾向于零,W(t)= 0;当 ,W(t)=W₀。因此,W₀控制的上下边界限制Knothe时间函数,通过改变时间因素。C是Knothe时间函数的影响因素。

4.1.4。动态下沉预计

概率积分法是基于Knothe时间函数,和地质采矿条件参数和方程(3)是用来计算动态沉降盆地的沉降预测的价值,这是代表如下: 在哪里 的期望值是动态沉降在任何时候T表面的沉降盆地,米平均工作表面的厚度吗米,煤层的倾斜角,问是下沉系数,r是主要的影响半径,并测量每米,c是时间系数,e是自然常数,大约是2.718,和是二元积分变量,和的积分变量吗年代和y方向,分别D下沉盆地的范围在时间吗T。

4.2。体积计算沉降盆地

克里格插值方法是一个有限区域的区域化变量的无偏最优估计基于变异函数理论和结构分析27),在1950年代成立的原型算法和表达如下: 在哪里z₀估计的价值点吗的实测点插值元素我。 未知的重量实际测量的位置。权重不仅与测点之间的距离和预计的位置还基于测量的整体空间布置点。在克里格方法中,体重是一个适合模型的最优组系数,可以满足最小的估计和实际值之间的区别在未知点,满足无偏估计的条件下,根据实测点之间空间关系,预测位置的距离,测量在预测位置(27]。因此,克里格插值方法不仅考虑已知关系的点估计也变量的空间相关性。目前,这种插值方法可以从理论上估算模型详细错误不使用错误的测试模型,它不是由其他插值方法(理论上可行28]。

根据沉降盆地的期望值,插值法最初使用公式(6)计算之间的区别的底部下沉盆地和盆地最低水平截面 ,如下: 在哪里n是水平的数量部分,除了下沉盆地的边缘,W_米是表面的最大沉降值在任何时候,轮廓值为10,10 +d10 + 2d…10 +nd在mm对应相等的部分地区不同的下沉盆地年代,年代₁,年代₂,年代₃,…,年代_n。下沉盆地的体积不同的轮廓部分对应的等值线的面积计算每个下沉盆地的部分。

其次,如图6(一),V是整个下沉盆地的体积,V₁之间的体积是年代和年代₁,V₂之间的体积是年代₁和年代₂。V_n之间的下沉量吗年代_n−1和年代_n,之间的下沉量吗年代_n和W_米。因此,下沉盆地具有不同的体积轮廓截面,是盆地的最大体积,可以通过公式(7)。 在哪里是体积最大的盆地,是下沉盆地体积对应的横截面轮廓10 + (k−1)d,V₁轮廓之间的体积是10和轮廓10 +d横截面,V₂轮廓之间的体积是10 +d和轮廓10 + 2d横截面,V_n轮廓之间的体积是10 + (n−1)d和轮廓10 +nd横截面,之间的体积是10 +的轮廓吗nd和最大下沉点W_米。

随着面对的进步,新开采的岩石开始移动。当采空区的范围足够大矿业到达表面的影响后,地面的影响从原始高程矿业会往下沉,从而采空区上方的表面会形成一个更大的抑郁症比采空区的面积。这样的萧条通常被称为地表移动盆地或地面沉降,如图6 (b)。

最后,每个轮廓的横截面积的下沉盆地计算使用公式(8),如下: 在哪里和的轮廓点坐标的下沉盆地边界水槽价值10 +nd(是一个正整数单位毫米)。

4.3。计算的积水沉陷盆地

补充和排泄项计算时主要考虑水量变化的盆地,和更少的因素影响不考虑水的发展范围。补充项目包括水面降水、地表径流和地下水补给。排泄项包括水面蒸发和渗透水量。(1)面对降水是指数量的水,直接落在水里的表面积在大气降水过程中,这水是直接提供给大气降水区域,和水面的沉淀可以根据产品确定水域和降水,如下: 在哪里P水面降水/ m³,年代_水水面面积/ m²,P_一天每日降水/毫米,t持续时间/ d。(2)地表径流是指在大气降水水流入盆地。流区域的沉降盆地和盆地的通流面积的流量系数,得到了研究区如下: 在哪里R表面生产流程/ m³在unflooded地区,年代_盆地下沉盆地面积/ m²,年代_水水面面积/ m²,P_一天每日降水/毫米,是地表径流系数。根据相关的水文数据在文献[29日淮北地区,地表径流系数约为0.15 - -0.25。根据研究区域的实际情况,底层表面矿区主要是农田,作物和植物,也有小范围的硬表面。地表径流系数0.2作为基于实际情况,和t的天数/ d。(3)地下水补给的过程是指含水层或含水系统从外界获取水,这是代表如下: 在哪里P是水沉淀/ m³和R表面生产流程/ m³在unflooded地区。(4)水蒸发是指水的蒸发区沉降盆地。水面积和蒸发得到的产品如下: 在哪里E水蒸发/ m³,年代_水水面面积/ m²,E_一天每日蒸发/毫米,t的天数/ d。(5)漏水的沉陷盆地地下水计算如下: 在哪里问_渗流是水渗流(m³),E水蒸发(m³),E_一天每日蒸发(毫米),年代_水是水的表面积(m²),t天(d)。

补充项目和排泄项目(也称为费用和收入)水平衡的原则。水平衡指的是区别的水量在收入和支出的数量在任何区域(或水体)在任何一段时间,它等于水储存的数量变化,见公式(14)。 在哪里V是原来的水量,P水表面沉淀,R地表径流,W_地下是地下水补给,E是水面蒸发。

水平衡的迭代模型,建立了利用水平衡的原则,见公式(15),计算水的体积在不同的时间积累T采煤沉陷区,如下: 在哪里是预期的沉降盆地立方米水量,最初的水量在沉降盆地,是时间间隔,每日每米降水,每日蒸发数量计,地表径流系数,沉陷盆地边界轮廓截面面积10毫米,它的单位是广场,的水域沉降盆地,它的单位是广场,地下水渗流,其单位是立方米,是表面河和沉降面积水交换,它的单位是立方米,然后呢是手动提取体积立方米。

4.4。3 d动态空间信息计算

根据水量下沉盆地不同时期对应于不同的轮廓线部分,沉陷盆地体积和水体积之间的关系。下沉盆地的轮廓都等于累计下沉盆地的水的体积。三维动态空间信息,如水深、水区域,水,水体积,最大沉降盆地在不同时间的存储容量T随着工作面预测,如图7。

根据水量下沉盆地在不同的时间和下沉盆地体积对应不同的轮廓部分,沉陷盆地的体积之间的数学关系,建立了流域的水量如下: 在哪里预期的水量在下沉盆地(m³),是下沉盆地体积对应轮廓10 + (k−1)d部分,(m³)。从 ,下沉盆地10 +的轮廓(k−1)d等于下沉盆地的水的体积。

因此,三维空间信息的地表水区域在不同的时间T随着工作表面的进步是通过公式(17)。 在哪里水深度沉陷盆地的动态预测的时间吗T(m),W_米是下沉盆地的最大下沉值在时间吗T(m),是水面积和单位平方沉陷盆地的动态预测的时间吗T,和的轮廓点坐标和下沉值是10 + (k−1)d,预期的水量在沉陷盆地(m³),原水量的沉陷盆地(m³),是时间间隔,每日平均降水(毫米),每日平均蒸发(m),地表径流系数,的横截面积的边界轮廓沉陷盆地的沉降10毫米,(m²),是水下沉盆地的面积,(m²),地下水渗流、(m³),是表面的交换容量河的积水沉陷区,(m³),是手动退出体积(m³),是最大的水库容量沉降盆地的动态预测的时间吗T(米³),V₁之间的体积是年代和年代₁,V₂之间的体积是年代₁和年代₂,V_n之间的体积是年代_n−1和年代_n,是年代_n体积最大下沉点之间W_米。死水的边界范围是封闭曲线的坐标点和在下沉值的等值线10 + (k−1)d。

5。工程应用

多种遥感监测和现场测量结果用于验证,全面分析实用性,准确性,和动态预测模型的应用范围,评估估计精度,提供科学依据和技术参考土地复垦和生态规划在高潜水网站采煤沉陷区。

5.1。遥感监测和现场测量

矿区地表水的长程扩散,在很长一段时间,和位置是交通不方便。传统观测方法很难获得大规模、长期系列,完成,和水范围的统一的演化数据,而遥感观测方法观测时间短,大量的数据和精度高。因此,遥感数据选择的数据源提取采煤下沉区范围内的地表水(30.]。

的开采时间研究区1031号是从2013年10月到2015年3月,地表水盆地是受其他影响工作面开采的2016年10月。因此,遥感图像获得Landsat-8从2013年到2016年被选中。传感器展品所产生的遥感图像辐射失真和几何失真由于卫星运行状态的变化,气溶胶折射,随机噪声在图像生成过程中,和其他因素。这种情况会影响图像的质量和应用。遥感图像的预处理步骤包括辐射校正、大气校正、几何校正、裁剪,需要消除这些错误。(1)辐射校正:辐射校准的过程转换图像的数字量化值(DN)的辐射亮度值或物理量,如反射率和表面温度。宇宙辐射校准工具(辐射校准)软件是用于读取的环境辐射校准参数landsat-8遥感影像元数据和完整的辐射亮度的辐射校正方法。(2)大气校正:大气校正消除大气引起的辐射误差影响和改变真正的地球的表面反射率。最初,辐射目标数据输入到FLAASH模块设置sensor-related的环境参数。然后,选择相应的大气模型根据纬度和成像时间,那里的热带(T)模型选择从2014年7月到2014年9月,中间纬度夏天(MLS)模型在剩下的几个月。根据研究区域的环境,农村(R)模式被选中的气溶胶模型,和严格选择(前提)气溶胶反演方法。最后,剩下的相关参数设置,和FLAASH模块运行来确定大气校正的结果。(3)几何校正:几何校正利用地面控制点和几何校正数学模型正确nonsystematic因素造成的错误。坐标系统是赋予图像数据在校正过程中,其中包括地理编码。这个步骤使用环境的几何校正模块。基准图像输入、图像修正以上三个同名像点手动选择。然后,自动提取功能提取50多个图像点相同的图像。同名像点与均方根大于1,和几何校正模块输出文件终于运行。(4)种植:适当的图像输出的大小将根据研究区域的位置来获得最终的图像。

其次,水不同波段的反射特性是由水体指数法。方法的原理是将乐队反射率最强和最弱的反射在分子和分母,分别。然后,操作比大的特点,而抑制其他对象的特点。最后,实现水萃取(31日]。目前,常用的水指数归一化指数(NDWI) [32),和改进的归一化差水指数(31日是修改后的归一化水指数(MNDWI)。

NDWI利用高反射率在近红外和可见光波段和低反射率的范围midinfrared乐队强调使用比水信息操作。此外,将强劲的植被在近红外波段的反射率,水绿光波段和近红外波段中的信息用于计算同时抑制植被信息,如图所示由公式(18)。 绿色指的是绿光波段反射率,和近红外光谱指的是近红外波段反射率。

遥感图像处理使用MNDWI索引来避免误判,提高水提取的准确性。根据图像中特征的水,水边界是视觉检查。确定提取结果的准确性后,阈值设定,水面积计算,水边界是转换为矢量文件输出32]。土壤和建筑物也有类似的绿色和近红外波段的光谱特征。因此,mid-near-infrared乐队(NIR)公式(18)被midinfrared乐队(MIR)获得MNDWI。这种方法避免了土壤和建筑物的误判水体在计算归一化水指数乐队。MNDWI得到如下: 绿色指的是绿色光反射率带,和米尔指midinfrared乐队反射率。

考虑到淮北吴钩煤矿1031工作面为研究对象,通过遥感监测和现场测量、水的演化积累区在采煤沉陷区与高渗透水平分为四个时期促进演化过程影响因素的研究。四个阶段包括未成形的时期,同步增长时期,剩余增长时期,和相对稳定的时期,如图8。(1)未成形的阶段:这一阶段是开始地表水的工作面开采形成的时期,在这个时期,地表水不形式。(2)同步增长阶段:在这个阶段,工作表面上停止流动的水表面第一次和迅速扩大的推进方向工作表面,和水域水面迅速增长。(3)剩余增长阶段:在这个阶段,停止开采了大约五个月从工作表面后关闭。水慢慢地沿着工作表面的推进方向扩展,稍微增加水域。(4)相对稳定阶段:在这个阶段,大约五个月后停止开采,工作表面水的边界不再沿着采矿方向扩展,和整个水域变得稳定33]。

5.2。结合实际测量和模型

图9显示了比较预测的积水面积和实测的积水区域内河积累地区从2014年到2017年。

5.2.1。未成形的时期

根据图像,测量数据不包括水观察研究区在2014年3月之前,该模型预测水范围大约是3000米²两个观察时间,水面积很小。结合实测数据,矿区主要是农田,表面和沉陷盆地的地表径流影响土壤渗漏、蒸发,和其他因素。此外,遥感图像不能显示水范围。预期的结果和测量结果是一致的,因为小范围的预测水积累,考虑到实际情况。

5.2.2。同步的增长时期

水在2014年3月首次测量数据。水域是11000米²2014年3月,该模型预计水范围是12615米²,差异大约是1615米²,一个错误的大约10%。根据预测结果,水的范围类似于2014年2月,2014年3月和积水的面积是12812平方米,表明一定范围的水可能已经出现在之前的沉陷盆地水最初观察到。

从2014年4月到2015年3月,预测范围的水正好与测量值,和之间的差异不超过10%的水。其中,预测结果从2014年9月到11月,因为9月降水280毫米,导致水位的快速增长。尽管许多研究都显著关注rainfall-induced多层斜坡不稳定,层间的接口通常被认为是“零厚度”和层间层过渡区是被忽视的10]。从2014年10月到2014年11月,水面积减少,这种观察与测量值一致。在2014年12月至2015年3月获得的结果大于预测价值,不同的大约1。海拔5000米²,淮北城市的气象数据表明,冬季温度小于0°C,和低温导致减少实际蒸发。因此,观测值小于预测的动态预测模型。

5.2.3。剩余的增长时期

测量数据在2015年4月和2015年10月15000和17400米²和157839和181655米²。预测误差不超过10%的测量值。水范围在2015年7月从171000米²到191年,8941米²。大约占11%的差异研究领域的气象数据。在2015年7月期间,没有发生沉淀,每日最高温度超过30°C。此外,蒸发数量是巨大的。因此,水的测量值是在模型的预测值与非常低的错误。

5.2.4。相对稳定时期

2015年10月后,采煤下沉区表面变得稳定。图9显示范围的水积累在这个阶段总体稳定,与预计值作为测量值具有相同的趋势。考虑人类活动的增加后稳定的地表沉陷盆地,一个大的差异被发现之间的预测值和测量值。例如,从2016年3月到2016年6月,测量的盆地的面积大于预测价值,近似差20000²。水从周围的农田灌溉收敛到水域受到地形和渗透率的影响,和新水供应增加。因此,测量值大于模型预测值。

总之,三维空间信息动态预测方法预测水域的演变,和水范围的动态预测模型预测的高潜水采煤下沉区位置与测量结果是一致的。时期,当积水并不成立,模型的预报值与测量值基本上是一致的,模型的预报值之间的误差,测量值在同步增长周期和剩余增长周期约为10%。由于地下水的经验数据交换和积水泄漏都是在这项研究中,使用地下水动态变化的深度和水洼泄漏并不认为,造成一些难以消除系统误差模型。此外,仍有一些不可避免的错误的方法,因为缺少研究数据。在相对稳定的时期,模型的预测结果的变化趋势是一致的水洼测量范围。因此,模型精度较高,可用于预测水的动态演化高潜水开采沉陷区域。

6。结论

(1)针对解决水的问题堆积在地表沉陷盆地,一个积水区域的动态预测模型相结合,构造了采煤下沉区高水位的动态预测煤矿开采沉陷地区基于Knothe时间函数的概率积分法和水平衡的原则在水采煤沉陷区。动态预测的深度,面积,体积,最大存储容量,盆地范围成为可能的进步工作面和时间的流逝。预测结果有一定的时效性,可以有效地避免失败的实时跟踪管理或重复沉陷盆地的综合治疗,因为缺乏数据的及时性。(2)以吴钩煤矿1031工作面为例,水的动态预测模型的适用性聚集区采煤下沉区高水位的验证。之间的误差模型的预测值和测量值为10%左右。这个新开发的模型显示精度高,因此可用于预测的动态演化水在高潜水开采沉陷地区范围。(3)的动态预测煤矿开采沉陷的三维空间信息水域,后天水力采煤塌陷水域盆地中的信息可以提供一个参考的综合管理煤矿沉陷区,也可以协助保护周围生态和地理。环境和采矿沉陷动态预测结果可以作为指导矿区复垦。预测水范围和深度可以提供数据建立湖泊和湿地生态系统在煤矿沉陷区。水储存项目可以建立使用沉降盆地体积。一种广泛适用的动态预测模型,建立了地表沉陷与高渗透水平矿区范围内,提供可靠的技术支持的土地复垦和生态规划类似的矿区。(4)的动态预测模型在高水位煤矿沉陷积水区区域需要进一步改善。积水区域沉降地区high-water-water矿业成立于本研究只考虑平面上,只有一个工作面开采的影响。补给水量的计算,这些补给条件之间的相互转换和排泄方面没有深入分析。此外,影响因素,如人类活动和周围的水系统,在模型中不考虑。因此,这个模型还需要进一步完善,会计对许多影响因素在高水位准确预测地表水范围采煤沉陷区面积较大,起伏的地形,和复杂的水文地质条件。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者承认金融支持从国家自然科学基金资助项目(CN)(52174156),国家自然科学基金资助项目(CN)(51874005),和安徽大学协同创新项目基金资助项目(gxxt - 2020 - 055)。