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第四章土地复垦规划设计技术第一节概述第二节土地复垦的适宜性评价第三节复垦土地利用结构规划第四节塌陷积水区土地复垦规划与利用第五节矿区生态工程复垦规划设计第六节露天煤矿土地复垦规划设计第七节土地复垦高程规划设计第八节矿区土地复垦规划报告的编制第九节土地复垦规划的实施管理第一节概述一、土地复垦规划设计意义1）避免土地复垦工程的盲目性2）保证土地利用结构和矿区生态系统结构更合理3）保证土地管理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二、土地复垦规划设计的原则（1）先总体规划，再进行土地复垦工程设计；（2）土地复垦要因地制宜，综合治理；（3）土地复垦要将近期效益与长远效益结合；（4）经济效益、生态环境效益与社会效益相结合。三、土地复垦规划设计的基本程序土地复垦规划是一项系统工程，制定土地复垦规划设计的基本程序如下图所示。图：矿区土地复垦规划设计的一般程序四、土地复垦规划对象的分类（一）土地复垦规划的分类根据开采方式、开采时间、空间位置、地理位置、地貌条件、潜水位等进行分类。（二）土地复垦对象的模糊聚类分类1．基本原理聚类分类是多元统计方法中的一种数学分类方法，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研究对象之间的相似性，最后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，距离越小，两者的相似性越大。2．模糊聚类法分类的计算步骤①原始数据标准化②标定③求取模糊等价关系④聚类第二节土地复垦的适宜性评价一、适宜性评价的概念土地复垦适宜性评价是对受破坏土地针对待定复垦方向的适宜程度作出的判断分析。这些待定复垦方向包括农作物种植、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。适宜性评价的一般步骤是：⑴确定具体的土地复垦方向；⑵选择影响因子，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；⑶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。二、土地复垦适宜性评价的特点1．土地破坏程度制约土地复垦利用方向2．非现状、非评价对象本身因素起较大的制约作用3．经济、环境、社会效益有机结合4．区位原则具有特定含义三、待复垦土地的适宜性评价方法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。第三节复垦土地利用结构规划一、用地结构优化的线形规划模型二、约束条件的类型1．总量约束⑴资金约束⑵资源约束⑶劳动力约束2．绝对量约束⑴需求约束⑵政策约束3．配置量约束4．非负约束三、用地结构化步骤⑴系统分析；⑵确定决策变量和参数；⑶建立目标函数和约束条件；⑷解算线性规划模型，获得几个优化方案；⑸方案比较与评价；⑹决策。第四节塌陷积水区土地复垦规划与利用矿山开采塌陷积水是开采沉陷后土地破坏的一个重要特征，在我国东部沿海高潜水位矿区，开采沉陷积水率在30%以上，华北地区在20%~30%之间。在这种情况下，无论采取何种复垦措施，都不可能排除塌陷坑积水使矿区水面率控制在原有水平。因此，对塌陷积水区域进行合理规划与开发利用具有十分重要的意义。一、塌陷积水区域形态与水质特征1．塌陷积水区域形态塌陷积水区域一般是封闭的水体，其中部深、四周浅，类似于天然湖泊，水面面积从几亩到数千亩不等，积水深度与煤层开采厚度、潜水位标高、外河水位等因素有关。按积水情况，塌陷积水区域分为长年积水深度大于3m的深水区；长年积水深度在1~3m得浅水区，因盐渍和水涝而荒芜的荒滩区。常见的塌陷积水区域形态如下图所示。图：塌陷积水区域形态示例2．塌陷积水区域水质塌陷区积水主要来源于地下水的渗入、天然降水、灌溉退水、矿井水与生活用水的排入。据对部分矿区的调查，塌陷积水区域水质一般呈中营养类型，理化性状良好。由于积水区大多是原来常年耕种的农田，积水后土壤中的营养盐类、N、P、K都逐渐溶于水中，形成较肥沃的水层，有利于水生生物的生长。根据生物监测和理化检测，大多数矿区塌陷积水区域水质的项目都在国家渔业水质标准的地面水二级标准之内。二、塌陷积水区域的开发利用规划1．农灌用水规划2．水产发展规划水产发展规划包括确定养殖品种、放养方式、开发措施以及开发的时间顺序。3．提高水域生产能力的规划水域生产力，是指在一定时期内单位水域动植物的生产量。提高水域生产力的措施通常有：（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。用于水产养殖的水面应满足以下要求：①有足够的光照；②鱼类生长季节的水温保持在20~30C，水层不能过浅；③保持较大的水面，使水体流动，从而保证足够的溶氧含量；④使水体呈现中至弱碱性，PH值在6.5~8.5之间；⑤水中有丰富的饵料（包括微生物、浮游植物、浮游动物、底栖生物、人工水草等）。（2）精细管理精细管理措施包括水域中水的质量、防治鱼病、完善排灌系统、建立水质动态监测制度等。（3）采用科学的养殖方式科学的养殖方式包括选用良种良苗、立体混养、流水密养、轮捕轮放等，实践证明这样既能获得高产，又经济易行。三、塌陷积水区域的充分利用1．荒滩区开发利用2．浅水区开发利用3．深水区开发利用总之，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。除此之外，对缺水地区，可将深水区改造成水库或蓄水池；对城镇郊区或居民较多的工矿区，可将塌陷积水区改造成水上公园；距电厂较近时，可利用塌陷积水区与作为贮灰场，必要时采取保护水体不受污染的措施。第五节矿区生态工程复垦规划设计一、生态工程与生态复垦工程概述1．生态位原理图：三维生态位示意图2．食物链原理3．养分循环原理自然生态系统中，有强大的自我调节和自我维持的“自肥能力”，是基于几乎闭合的养分循环机制和生物固氮而产生的氮素平衡机制。见下图。4．生物和环境协同进化原理图：养分N循环示意图二、矿山生态工程复垦规划设计的内容和步骤矿山生态工程复垦规划的内容有系统结构规划和工艺规划。结构规划又包括营养结构、平面结构、垂直结构和时间结构规划等，其中营养结构是规划的基础。生态工程复垦规划设计的主要步骤为：⑴根据矿区土地破坏特点及矿区生态变化规律，吸取本矿区及外地生态农业经验，找出符合本矿区生产发展的营养结构模式；⑵营养结构模式优化；⑶对优化的营养结构模型进行评价⑷根据优化的营养结构模型进行平面结构、垂直结构和时间结构的设计⑸对整个结构设计进行总体评价⑹进行工艺规划和设计。三、生态复垦规划的结构设计1．营养结构设计图：矿山生态复垦系统营养结构的一般模式图：加长食物链示例2．平面结构设计生态系统的平面结构是指生态系统的生物成员在平面上的分布情况，平面结构设计是在对塌陷区实施工程复垦措施后，依据生态位原理，将营养结构中的各营养单元，即生物成员配置在一定的平面位置上。图：平面结构设计示例3．垂直结构设计生态系统的垂直结构设计是指生态系统各营养单元在垂直面上的分布情况。矿区复垦后生态系统在竖直面内具有不同的生态条件，适合于不同的生物物种生存，垂直结构设计就是依据生态位原理，兼顾种植养殖方便，将生物成员配置在适当的竖直位置上。图：垂直结构设计示例4．时间结构设计生态系统的时间结构是指生态系统的生物成员在一年内四季的更替情况。水陆共生生态系统中，陆地生产的时间结构主要考虑一年四季适生的作物品种，水域生产时间结构主要确定不同季节水产上市品种与轮捕轮放方式。通过合理设计复垦系统的时间结构，可提供土地利用率和光能转化率、水资源利用率等。生态系统的时间结构往往是在是生产实践过程中逐步调整、总结经验的基础上建立起来的。第六节露天煤矿土地复垦规划设计一、规划设计的原始资料1．矿区范围工程地质与水文地质勘测资料2．土壤资料3．地形地域资料4．地表水体状况5．气象资料6．区域生态环境特征7．矿区开发规划与开采计划二、规划设计原则⑴遵循《土地复垦规定》中有关土地复垦规定的条款；⑵符合地方环境保护规划及国家有关的环境保护法规；⑶复垦设备尽量与矿山采运排设备合用，以便减少投资，提高设备利用率。三、规划设计内容1．矿山土地破坏预测2．覆土来源与土壤改良计划设计3．复垦设备类型及数量计算4．复垦后土地利用类型与作物品种的选择5．复垦区域道路与排灌系统布置6．复垦与监测管理设计7．费用效益分析第七节土地复垦高程规划设计一、田面高程设计无论是充填复垦还是非充填复垦，复垦为耕地的土地高程均有一定要求，田面高程设计应因地制宜，与农田水利工程设计相结合，既能确保农田旱涝保收，又能使填、挖土方量最小。田面最低高程可按下式计算：式中：H——田面最低高程，m；Hd——承泄区常年水位或强排区主排水沟经常水位，m；li——各级排水沟道长度，m；ii——各级排水沟道坡降；hk——作物保持正常生长的地下水位临界深度，m。表：各种作物要求的地下水埋深二、土地平整规划设计土地平整工程一般包括土地平整工程类型确定、耕作田块规划、土地平整施工和地力保持措施等。土地平整类型根据地形地貌特点一般分为条田和梯田，平原地区耕作田块为条田，丘陵地区耕作田块一般为梯田。（一）耕作田块规划耕作田块规划总体上应遵循以下几点原则。1．因地制宜原则2．系统协调原则3．远近结合原则4．综合效益原则5．权属完整性原则（二）土地平整工程标准（三）土地平整高程设计方法1．方格网法2．小块田并大块田法三、梯田复垦规划设计田面宽、田坎高和田块侧坡是梯田断面的三要素。图：梯田断面要素式中θ——原地面坡度(°)；α——埂坎坡度（°）；H——埂坎高度，m；Bn——田面净宽，m；B1——原坡面斜宽，m；Bm——田面毛宽，m；a——田埂宽度，m；h——地埂高，m。第八节矿区土地复垦规划报告的编制一、编制土地复垦规划报告的依据⑴国务院颁发的《土地复垦规定》及当地土地复垦等有关规定、政策和实施细则；⑵与土地利用有关的法律、法规，包括《中华人民共和国土地管理法》、《中华人民共和国城市规划法》、《中华人民共和国矿产资源法》和《中华人民共和国环境保护法》；⑶有关行业的技术设计规程；⑷当地国民经济和社会发展规划、计划以及矿山企业的生产计划；⑸国民经济统计资料；⑹土地复垦资源现状调查资料、图件与统计表；⑺为编制土地复垦规划而设置的专项研究成果等；⑻地质勘探报告以及补充地质调查报告；⑼开采设计或已开采区域的开采情况。二、矿山企业设计时的土地复垦规划报告的编制⑴前言。⑵社会环境与自然环境概况。⑶地质与矿藏埋藏条件。⑷煤层开采计划与土地破坏预测。⑸土地复垦规划设计。⑹复垦效益和技术经济指标。⑺附图。三、矿山废弃地复垦规划报告的编制⑴前言。⑵总论。⑶废弃地复垦的可行性分析。⑷复垦工程设计。⑸分期实施规划。⑹复垦工程概预算与复垦资金来源、偿还计划。⑺复垦规划的实施步骤和实施计划。第九节土地复垦规划的实施管理1．抓好资金落实2．实行复垦工程立项管理办法3．其他措施⑴加强组织管理，建立专门的复垦队伍⑵推行多种复垦经营形式⑶加强复垦后的土地利用和保护工作⑷先试验后推广，分阶段实施复垦规划