基于gis开采损害评价系统刘立民.ppt

基于GIS的地表塌陷损害可视化评价系统及其应用 山 东 科 技 大 学 河 海 大 学 兖州煤业股份有限公司 枣庄矿业集团有限公司 刘立民 项 目 概 况 目前我国95％的一次能源和80％的原材料，要靠开发矿产资源提供。全国国有矿山一万多座，集体、个体矿山28万多个，年矿石采掘量60多亿吨，矿产开发总规模已居世界第三位。在矿产资源大规模开发利用同时，大大改变了矿山生态系统的物质循环和能量流动方式，产生了严重的生态破坏和环境污染。据估算，全国矿山破坏土地面积157万公顷，而目前的土地复垦率仅为4％左右。 在各类矿产采掘中，煤炭的采掘量最大，采掘范围最广（全国除上海市外其它省市自治区均有煤矿分布），煤矿区的塌陷损害最为严重。1996年我国原煤产量达13.97亿吨，在21世纪煤炭作为我国主导能源的地位将不会改变。经有关部门测算，全国平均每采万吨煤就塌陷土地3亩，高者可达3.85亩，据此估算全国每年因采煤塌地70km2。因此，煤炭的采掘过程造成的塌陷损害将是普遍的和长期的。 我国各类矿产齐全，现已发现矿产163种，其中149种已探明储量。20多种矿产的探明储量居世界前列，如煤、锡、稀土、萤石、硼、滑石、高岭土等，130多种矿产已开发利用。矿产资源采掘业已成为我国国民经济发展的重要基础工业，矿产资源的采掘在为国民经济和科学技术发展做出贡献的同时，也带来一些负面影响，其中以矿产资源采掘过程产生的塌陷损害最为突出。 以塌陷情况最为严重的山东济宁矿区为例，目前的土地塌陷面积每年仍以近２万亩的速度增加，预计到2050年将有近400万亩的土地塌陷，将占到济宁市土地总面积的1/3，占耕地面积的50％。届时，大量的村庄、企业将要搬迁，大范围的交通、通讯设施将会受到破坏，大片沃土将会变成一片汪洋。 我国地下水开发利用十分广泛，地下水已经成为城市和工农业用水的主要供水水源。全国约有2/3的城市以地下水作为主要供水水源、约有1/4的农田灌溉用水靠地下水源。地下水开采总量超过1000亿立方米/年，约占全国用水总量的15％－20％。 目前全国共有上海、江苏、浙江、天津、河北、陕西等16个省(区、市)的46个城市(地段)因地下水开采明显产生地面沉降问题。其中明显沉降的城市有上海、苏州、无锡、常州、扬州、嘉兴、湖州、北京、天津、沧州、衡水、任丘、河间、坝州、沈阳、哈尔滨、锦州、大庆、西安、太原、福州、阜阳、湛江、宁波、台北等，较为严重的城市有上海、天津、西安、无锡等。 因此，采用目前数字信息技术的手段和方法，进行地表塌陷损害的评价与治理的新技术、新方法的探索与研究，是地下资源可持续开发利用与生态环境保护必不可少的内容。 项目的主要研究内容 针对GIS应用于地表塌陷损害评价的需求和技术现状，研究提出了用于地表采空塌陷计算的有限层与有限棱柱耦合方法，该计算方法用于地表的三维采空塌陷计算，具有计算速度快、便于与GIS集成等显著优点。 据地表塌陷观测数据，提出了用于地下水汲取引起的地表沉降三维计算的参数识别方法，该方法将地下沉降层抽象为“等价变形层”，基于有限层法对其变形模量进行识别，以用于区域地下水汲取引起地表沉降损害的评价与计算，通过工程实例验证了该方法的有效性。 建立了建筑物塌陷损坏评价的模糊综合评判模型和建筑物损坏等级评判的物元模型，同时，还研究建立了计算机中地理对象的颜色值与塌陷值的对应关系，建立了评价结果的可视化表达方法，使评价结果获得了良好的视觉效果。 建立了土地塌陷损害评价和塌陷地资源优化配置的物元评价方法和物元模型，给出了地表塌陷面积、塌陷体积、积水区面积、积水量的可视化动态计算模型，并实现评价计算结果的可视化动态表达，为土地塌陷评价提供了一种有效的方法。 整个系统实现了数据的内部有效传递、动态交换和数据的可视化动态表达。 基于GIS的地表塌陷损害可视化评价系统”，对采空塌陷和地下水汲取引起的地表沉降的计算方法、评价模型、数据集成和可视化方法进行了系统、全面地研究，并通过工程实例验证了系统的有效性和可行性，为矿产资源和水资源的合理开发利用及其评价管理提供了一套科学的手段和方法，该课题是地下资源可持续开发利用和区域生态环境评价与保护领域的重要内容。其中地表建筑物塌陷损害评价的物元模型、塌陷地资源优化配置的可拓学方法、土地塌陷损害评价物元分析方法、评价与计算数据的可视化动态表达、地表三维塌陷计算的有限层与有限棱柱的耦合方法、地下水资源开采地表沉降计算的等价层变形模量识别方法等为本课题主要创新点。 项目的应用领域 地表塌陷管理、塌陷计算、塌陷损害与塌陷损害评价 地表塌陷引起的各类地理对象（点对象、线对象和面对象）损害评价和量化计算 “三下”压煤的开采规划与设计 地表塌陷区的综合治理与规划 塌陷地资源的优化配