[發(fā)明專利]一種效仿自然地貌的內排土場全生命周期地形重塑方法

有效

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• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110820766B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 雷少剛;宮傳剛;李恒;卞正富;陳航;黃赳;程偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: E02D17/18
• 分類號: E02D17/18;E03F1/00;G06T17/05
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 胡定華

一種效仿自然地貌的內排土場全生命周期地形重塑方法，獲取礦區(qū)及周邊自然地貌精細數字高程模型，提取并學習自然地貌整體水系及邊坡細節(jié)特征參數，內排土場重塑區(qū)進行近自然地貌整體設計，利用自然地貌整體水系參數，在剝離土方的堆存過程中進行整體配置規(guī)劃，利用自然地貌邊坡細節(jié)參數，在邊坡堆存過程中對坡體進行細節(jié)形態(tài)塑造。本發(fā)明基于河流地貌學原理、內排土場下沉系數、可用土方量動態(tài)變化、周邊自然地貌景觀融合度及自然水系銜接度等限制條件，在不改變現有排土工藝的前提下進行土方堆存最優(yōu)配置，將重塑區(qū)盡可能恢復到采礦前地貌狀態(tài)，形成全生命周期的內排場近自然重塑地貌參選方案，為排土場生態(tài)系統(tǒng)的恢復與演替提供一個穩(wěn)定的基礎。

技術領域

本發(fā)明涉及生態(tài)恢復技術領域，具體涉及一種效仿自然地貌的內排土場全生命周期地形重塑方法，應用于干旱、半干旱草原區(qū)大型露天煤礦。

背景技術

采礦活動會對生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞，主要體現在改變了礦區(qū)原有地表形態(tài)和自然景觀，從而引發(fā)一系列的土地與環(huán)境問題，因此將受采礦擾動的區(qū)域一定程度地恢復到擾動前的生態(tài)服務功能，使之能與周圍的自然環(huán)境相協(xié)調是十分重要的。

露天煤礦傳統(tǒng)土方剝離與堆存過程很少考慮到重塑地貌在整體布局上貼合原有地貌起伏狀況，同時在生產過程中也未能充分考慮單位推進距離剝離土方量的動態(tài)變化。使得排土場往往被重塑為簡單的階梯式地形，未能與當地自然環(huán)境相融合，不僅養(yǎng)護成本較高，且缺乏長期穩(wěn)定性，從而產生較為嚴重的水土流失和景觀破碎現象。

發(fā)明內容

針對現有技術進行排土場堆存中存在的問題，本發(fā)明基于河流地貌學原理、內排土場下沉系數、可用土方量的動態(tài)變化、周邊自然地貌景觀的融合度以及自然水系銜接度等限制條件，提供一種效仿自然地貌的內排土場全生命周期地形重塑方法。

一種效仿自然地貌的內排土場全生命周期地形重塑方法，包括如下步驟：

步驟1：獲取礦區(qū)及周邊自然地貌精細數字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)；

步驟2：提取并學習自然地貌整體水系及邊坡細節(jié)特征參數；

步驟3：內排土場重塑區(qū)進行近自然地貌整體設計；

步驟4：利用自然地貌整體水系特征參數，在剝離土方的堆存過程中進行整體配置規(guī)劃；

步驟5：利用自然地貌邊坡細節(jié)特征參數，在邊坡堆存過程中對坡體進行細節(jié)形態(tài)塑造。

進一步地，步驟1中，獲取礦區(qū)及周邊自然地貌精細數字高程模型，模型的數據采集采用無人機航空攝影測量或三維激光掃描方式獲取。

進一步地，步驟2中，自然地貌整體水系特征參數提取方法如下：

以步驟1中獲取的DEM的數據為基礎，應用D8算法，經水文分析計算，提取一定面積區(qū)間內不同匯流累積面積下的水系分布，統(tǒng)計礦區(qū)水系密度隨匯流累積面積的變化規(guī)律，應用均值變點法提取非線性擬合結果中的變點，以此作為該礦區(qū)水系提取的累積匯流面積閾值；基于該結果提取研究區(qū)范圍內溝道的寬深比、長度及曲率，根據水系分類體系，將上述參數分為溝道比降大于4％和溝道比降小于4％兩部分；此外通過遙感影像與實地勘測統(tǒng)計礦區(qū)出水口坡度、溝道起點到分水嶺距離以及河灣跨度。

進一步地，步驟2中，自然地貌邊坡細節(jié)特征參數提取方法如下：

在GIS軟件中對步驟1中獲取的DEM的數據進行空間分析，提取自然邊坡的坡高，坡度，坡長，凸面曲率，凹面曲率，凸面水平占比，凹面水平占比，凸面豎直占比，凹面豎直占比9個然地貌邊坡特征參數，分析參數之間的相關性并得出相關參數之間的擬合公式，對沒有相關性的參數統(tǒng)計其均值作為參考值，分別得出緩坡部分和陡坡部分的邊坡模型，如下式所示：

l＝e^3.782+0.103d (1)