第五章矿区土地复垦规划与设计

117-1第五章矿区土地复垦规划与设计117-2第一节概述第二节矿区复垦土地利用结构的规划第三节塌陷积水区域的规划与利用第四节矿区生态工程复垦规划设计第六节矿区土地复垦规划报告的编制第五节露天煤矿土地复垦设计第七节矿山土地复垦规划的实施与管理第八节遥感技术在矿山复垦规划资料获取中的应用主要内容117-3第一节概述一、矿区土地复垦规划与设计的意义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，是土地复垦工程实施的依据。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．保证土地复垦项目时空分布的合理性117-4二、矿区土地复垦规划设计应遵循的原则土地复垦条例的原则土地复垦应当坚持科学规划、因地制宜、综合治理、经济可行、合理利用的原则。复垦的土地应当优先用于农业。实际工作中，应遵循以下原则：土地复垦规划应当与土地利用总体规划相协调土地复垦应当与生产建设统一规划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先作总体规划，再作复垦工程设计因地制宜，综合治理经济效益、生态效益与社会效益相结合117-5三、矿区土地复垦规划设计的基本程序117-61．勘测、调查与分析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。包括：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(土地、土壤、水资源、气候等)5）环境污染现状调查与环境质量评价6）地形勘测三、矿区土地复垦规划设计的基本程序117-72．总体规划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；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；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。三、矿区土地复垦规划设计的基本程序117-83．复垦工程设计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。包括：1）明确复垦工程设计的对象（位置、范围、特征等）；2）设计达到总体规划目标的复垦工艺流程、工艺措施、机械设备选择、材料耗损、劳动用工等；3）实施计划的安排（如所需物料的来源、资金来源、水源等）；4）施工起止日期安排，工程投入与年经营费用、收益额的详细预算。复垦工程设计的最基本要求是具有可操作性，即施工部门能按设计图纸和设计说明书进行施工。三、矿区土地复垦规划设计的基本程序117-94．审批实施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。三、矿区土地复垦规划设计的基本程序117-10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；工程投入与年经营费、年收益的详细预算供施工单位施工117-11开采方式地下开采复垦规划和露天开采复垦规划；复垦时间采前规划、采中规划和采后规划；规划期长短长期、中期、近期复垦规划；复垦范围某塌陷区、某矿、某矿区或全国土地复垦规划矿区所处地理位置“城郊－矿区”型与“农村－矿区”型规划地貌条件山区矿区和平原矿区土地复垦规划；矿区地下潜水位高、中、低潜水位土地复垦规划采前规划是指新矿区开发或老矿井改扩建时，在采矿设计阶段就作的复垦规划；采后规划是指矿产资源已经开采，因以前对复垦工作没有重视，现在需要复垦而作的规划。1、矿区土地复垦规划的分类四、土地复垦规划对象的分类117-12制定矿区土地复垦规划时，可根据上述分类明确复垦方向、复垦重点。例如：地下开采复垦规划应重点考虑解决地表沉陷后积水、土地沼泽化、土壤次生盐渍化问题；露天开采复垦规划则应重点考虑土壤结构的重建、土地重新植被等问题。“城郊－矿区”型规划应优先考虑娱乐场所用地、蔬菜基地或作园林化复垦；“农村－矿区”型则优先考虑种植业、养殖业用地。1、矿区土地复垦规划的分类四、土地复垦规划对象的分类117-13采前规划需预测破坏程度；采后规划则需实地勘测破坏程度，根据实际破坏程度进行相应规划。一般中长期复垦规划的规划期应与国民经济发展规划以及矿山企业发展规划的规划期一致；近期复垦规划应着重在年度计划上。不同地貌条件的矿区土地复垦方向与重点也不同，如黄淮海平原、华北平原等重要粮棉基地的矿区，恢复为可耕地是复垦的重点；位于丘陵山区的矿区，复垦时加强水土保持措施、防止水土流失是土地复垦的重点。1、矿区土地复垦规划的分类四、土地复垦规划对象的分类117-14对于某一特定的矿区，其范围较大，各个小区域土地受破坏的程度以及破坏特点存在差别，例如将采矿某沉陷区分为8个沉陷地，其具体特征如下表所示：12345678塌陷深度/m2.471.191.123.403.246.304.463.29塌陷面积/亩1591291181919193360864430395积水深度/m0.470.410.11.41.244.302.641.29万吨塌陷率亩/万吨5.35.85.05.05.04.04.04.0土壤等级ⅣⅣⅢⅣⅢⅡⅣⅡ分类对象因素2、矿区土地复垦对象的模糊聚类分析四、土地复垦规划对象的分类117-151）聚类分析法聚类分类是把所有研究对象看作空间的一个点，然后按其性质上亲疏远近的程度或相似性，把关系密切的点归为一类。两个数据点在m维空间的相似性可以用欧几里德距离来度量，即：xki与xkj两点间的距离d越小，其相似性越大。mkkjkiijxxd12)(（1）模糊聚类法基本原理四、土地复垦规划对象的分类117-16A在普通集合的定义中，元素u与集合A的关系是基于二值逻辑的，即：要么u属于集合A，记作u∈A，这时集合A的特征函数χA取值为1；要么u不属于集合A，记作u∈，集合A的特征函数χA取值为0。故普通集合A完全由其特征函数χA：U→{0，1}刻划，它描述了“非此即彼”的清晰概念。自然世界中除了要识别“非此即彼”的清晰对象外，由于某些对象的特征在不同程度上存在“亦此亦被”的模糊现象，例如年轻、很大、暖和等，从而要求将普通集合拓广为模糊集合，由此诞生了“模糊数学”这一新的学科。2）模糊数学（1）模糊聚类法基本原理四、土地复垦规划对象的分类117-173）模糊聚类法模糊集合指具有某个模糊概念所描述的属性的对象的全体。对象的属性转化为从0到1不同程度的相对判定。模糊集合是没有确定边界的，只能在某个λ＝(0≤λ≤1)水平下，认为u属于模糊集合。隶属函数为了将普通集合与模糊集合加以区别，把模糊集合的特征函数称为隶属函数，其值在[0，1]之间。（1）模糊聚类法基本原理四、土地复垦规划对象的分类117-18如果将考试成绩分为四个等级：优85～100；良75～84；中60～74；差60以下8位同学：x1；x2；x3；x4；x5；x6；x7；x8学生成绩：100；92；35；68；82；74；80；55隶属度为：1;0.92;……则可以确定成绩为优、良、中、及格的模糊子集，方法即比较隶属度与模糊子集域值λ的大小。也可以确定某一子集的隶属函数，如优（λ≥0.85）1001008585011585)(0)(xxxxxfxA优四、土地复垦规划对象的分类117-194）模糊相似矩阵若一个矩阵元素取值为[0,1]区间内，则称该矩阵为模糊矩阵设集合Ｕ是需要被分类对象的全体，建立Ｕ上的相似系数R，Ｒ(i,j)表示i与j之间的相似程度。当Ｕ为有限集时，R是一个矩阵，称为相似系数矩阵R。建立起来的相似关系R，一般只满足反射性和对称性，不满足传递性，因而还不是模糊等价关系。为此，需要将R改造成模糊相似矩阵R*后，在适当的阈值λ（分类水平）上进行截取子集，便可得到所需要的分类。将R改造成R*，可用求传递闭包的方法。常用R自乘法R→R2→R4→R8→…→R2k加速收敛，如此继续下去，直到某一步出现R2k=Rk=R*。此时R*满足了传递性,于是模糊相似矩阵(R)就被改造成了一个模糊等价关系矩阵(R*)。（1）模糊聚类法基本原理四、土地复垦规划对象的分类117-201)原始数据标准化在解决实际问题时，供分类用的数据往往比较复杂，数据点原始数据常常由于量纲不同，大小悬殊，影响距离的计算。原始数据标准化是将分类指标数值压缩或放大成[0，1]闭合区间里的数。常用标准化方法：极差标准化：标准差标准化：minmaxmin''kkkkikixxxxx''kikikixxx（2）模糊聚类分析法分类的计算步骤四、土地复垦规划对象的分类117-212)标定数据标准化后，为了构造模糊相似关系矩阵，就要根据各分类对象的各不同元素的标准化数据，算出分类对象间的相似程度rij，这就是标定，其方法很多，如欧几里德距离法。模糊聚类法在不同的分类水平λ（0≤λ≤1），取模糊集合的λ截集使其成为普通集合，然后再进行聚类。3)聚类（2）模糊聚类分析法分类的计算步骤四、土地复垦规划对象的分类117-22在不同的阈值λ水平上将n个评价单元进行聚类。规定对于集合中任意两个元素xi、xj，若rij≥λ，则xi、xj属于同一类，否则xi、xj不同类。一般说来，分类结果与λ的取值大小有关。λ取值越大，分类就越细，即类数越多;λ取值越小、类容量就越大，相应类数就越少。当λ值小到一定程度时，所有样本就归为一类了。通常根据实际问题的需要选择一适当的λ值而获得与实际情况较一致的分类。四、土地复垦规划对象的分类117-23（3）塌陷土地的模糊聚类分析实例某矿八片塌陷区域的分类基础数据如表所示，此分类对象个数为8，即n=8。分类对象属性即因素个数为5，m=5。四、土地复垦规划对象的分类117-24按照上述分类步骤，取不同的值，得到该矿区8片塌陷地模糊聚类谱系图如下：由上图知：当分类=0.62时，8片塌陷地分为（1,2,4,5）、（3）、（6,7,8）三类，于是土地复垦规划可按这三种类型分别给出规划设计方案。四、土地复垦规划对象的分类117-25第二节矿区复垦土地利用结构规划合理的用地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。117-26线性规划是一种优化资源配置的有效方法，是一种确定的