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巨野特大型煤田生态地质环境综合评价研究

作　者: 滕德宾
导　师: 王清
学　校: 吉林大学
专　业: 地质工程
关键词: 巨野特大型煤田生态地质环境综合评价粗糙集理论模糊集理论可拓学理论属性约简权重系数层次分析法
分类号: X826
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

巨野特大型煤田位于山东省菏泽市和济宁市境内,包括巨野煤田和梁宝寺煤田两部分,共划分为郓城、郭屯、赵楼、龙固、万福、梁宝寺和彭庄7个井田。该煤田发现于20世纪60年代,90年代进行大规模勘探,含煤面积1210km~2,探明煤炭总储量55.71亿t,扣除暂不能利用的储量后,现阶段规划总储量30.96亿t。由于该煤田范围大,矿区及周边区域人口密集,矿区的生态地质环境问题对该区域社会、经济等各方面都有着巨大的影响,因此开展巨野特大型煤田生态地质环境综合评价,对该区域乃至全省的经济可持续发展有着重要的现实意义。论文通过对调查区的社会经济、自然地理、区域地质、水文地质条件、工程地质条件、土壤环境特征、土地资源与植被等各方面进行了详实的调查,得到了大量准确宝贵的基础数据。经过分析总结,对煤田开采可能造成的生态地质环境破坏问题及其效应进行了详细的论述和总结。针对该区域生态地质环境的多方面问题,分别采用了不同的评价方法,尤其是运用了非线性相关理论的评价方法,有效避免了传统经验评价方法中由于主观因素过重导致的偏差问题。论文通过运用模糊集相关理论,对该区域的地下水生态地质环境进行了综合评价;运用可拓学的物元理论,对矿区土壤生态地质环境质量做出了综合评价;运用基于粗糙集理论的评价方法,对矿区采空区地面塌陷问题进行了综合评价。研究表明:多种评价手段特别是基于模糊集、可拓学和粗糙集方法的评价方法是可行的、有效的,相比普通的经验评价更为可靠,预测结果可为巨野特大型煤田的综合开发及当地经济可持续发展提供科学依据。最后论文在大量评价研究的基础上,运用层次分析法,对该区域整体的生态地质环境进行了现状评价和预测评价。论文通过深入系统的研究,得出了如下结论:1、本文从地壳稳定性、地面变形和地基稳定性三个方面分别作出了评价,在此基础上再分别对单项评价指标叠加,进行工程地质环境质量综合评价,将调查区划分为基本稳定(Ⅱ)和较不稳定(Ⅲ)两个工程地质环境质量区,较全面地反映出区内的工程地质环境质量状况。2、地下水脆弱性DRASTIC评价方法由美国环境保护署(EPA)于1987年提出的,本文运用此方法对调查区的地下水脆弱性评价进行了评价,同时,采用传统的评价方法分别对地下水资源量、地下水环境质量进行了评价。在地下水生态地质环境评价的过程中,把地下水生态地质环境要素简洁归结为地下水资源量、地下水环境质量、地下水脆弱性三个关键方面,采用了模糊集的相关理论将三者统一考虑,建立了多指标多参数的非线性的评价体系,对地下水生态地质环境质量进行了综合的评价。由地下水生态地质环境质量分区图可以看出,该区域的地下水生态地质环境问题比较严峻,地下水生态地质环境质量较差区面积居多,约占72.5%,主要分布在中部及南半部地区;较好区面积约占19.0%,主要在中北部呈带状分布;良好区域面积约占8.5%,零星分布在郓城县城周边、郓城武安以西、巨野县太平集以西和嘉祥县梁宝寺附近。3、本论文首先采用单项指标达标率法、综合指数法等传统方法对土壤环境质量作出了评价,然后采用可拓学理论中的物元分析方法,对土壤的生态地质环境质量问题进行预测研究。根据可拓学理论,建立了土壤生态地质环境评价的多指标参数评价模型,同时,在权重的处理上采用了客观权重与主观权重综合考虑的方式,组合赋值形成了最终的综合权重,提高了评价结果的可信度。最终以定量的数值表示评定结果,与传统的经验计算法所预测的结果相比,能更加完整的反映实际土壤生态环境质量的综合水平,更接近于客观实际。综合评价显示:区内大部分土壤未受到污染,清洁区约占11.3%,尚清洁区占50%,轻度污染区占38.7%。4、通过对巨野特大型煤田的调查分析,本文认为矿区采空区地面塌陷问题是一个对该区域生态地质环境有着严重影响的重要因素,也是本次工作的难点和重点工作之一。而矿区采空区地面塌陷评价问题是一个高度非线性的问题,且由多种因素共同作用产生,传统的经验评价方法由于主观因素过重,导致评价结果与实际情况有时偏差较大,故本文运用粗糙集理论的相关知识,在研究过程中综合采用多种非线性方法,对获得更为客观合理的评价结果起到了很大的作用。5、论文在分析了矿区采空区地面塌陷影响因素的基础上,运用了粗糙集相关理论,对影响采空区地面塌陷的相关因素进行了属性约简及权重计算。结果表明:在经过属性约简后,地面塌陷的主控影响因素可缩减为5个属性,既全面地反映了巨野特大型煤田采空区地面塌陷的具体情况,又为数据的采集工作节省了大量的人力物力资源,并为后续的地质生态环境非线性评价工作提供了评判指标集。6、粗糙集理论中初始决策表的构建对最后的分析结果至关重要,而决策表的构建完全依赖于初始样本集合数据的获取情况。本文在确定地面塌陷影响因素的前提下,采用现场工程实地调查获取的数据,构建了地面塌陷危险性评价决策表。由于所获得的样本来自不同的井田且样本的分布具有“均匀分散,齐整可比”的特点,最大程度上保证了样本包含完整的样本集信息,并能够完全反映整个矿区的实际情况。理论计算形成的采空区地面塌陷预测图,与利用粗糙集理论综合权重进行的地面塌陷危险性分区图总体上趋于一致,说明此次采用的采空区地面塌陷预测方法是正确的。预测采空区塌陷性危险性绝大部分为较危险及以上等级,其中梁宝寺、郓城、郭屯、赵楼、龙固、万福矿区中部塌陷危险性系数最高,为严重危险;主采区塌陷区平均沉陷量约为4.66m,以理论沉陷值10mm点为影响的边界点,塌陷面积约570.6km~2,全煤田塌陷严重区--积水区(按枯水季节地下水埋深5.00m考虑)面积将达到182.6km~2。7、论文运用层次分析法,对巨野特大型煤田的生态地质环境问题进行了综合性的评价。给出了综合评价的数学平台(AHP),建立了生态地质环境评价的数学模型,并计算出了该地区生态地质环境质量综合指数和生态地质环境脆弱性指数,对调查区生态地质环境现状和将来状况做出了评价。形成了各种因素影响下的该区域的生态地质环境评价成果:生态地质环境质量现状绝大部分区域处于较好程度,处于程度好的区域呈零星分布;预测本区的生态地质环境质量属于较好～较差程度,较好区面积比较差区稍大一些。生态地质环境脆弱性程度为中等,指出煤炭资源开发不合理将使本地区生态地质环境质量由较好为主转为较差为主。8、论文采用的基于粗糙集理论、模糊集理论和可拓学理论的非线性生态地质环境评价方法,综合考虑影响生态地质环境的各方面因素和各因素之间的关系,有效避免了人为主观因素导致的权重问题。建立了相关的评价模型,并给出了评价结果,为今后生态地质环境评价工作提供了一个可行的新思路。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-19
第1章绪论  19-37
  1.1 生态地质环境研究的意义  19-20
  1.2 生态地质环境基本概念  20-22
    1.2.1 环境、环境质量与环境评价  20
    1.2.2 地质环境、地质环境质量与评价  20-21
    1.2.3 生态地质环境、生态地质环境质量与评价  21-22
  1.3 生态地质环境研究现状  22-28
    1.3.1 国外研究现状  22-25
    1.3.2 国内研究现状  25-28
  1.4 研究内容、技术方法、技术路线及创新点  28-37
    1.4.1 主要研究内容  28-29
    1.4.2 研究技术方法  29
    1.4.3 研究的技术路线  29-32
    1.4.4 本次研究的创新点  32-37
第2章研究区环境概况  37-73
  2.1 煤田概况  37
  2.2 社会经济  37-40
    2.2.1 菏泽市社会经济  37-39
    2.2.2 济宁市社会经济  39-40
  2.3 自然地理  40-43
    2.3.1 位置交通  40-41
    2.3.2 地形地貌  41
    2.3.3 气象、水文  41-43
  2.4 区域地质  43-54
    2.4.1 地层岩性  43-44
    2.4.2 地质构造  44-48
    2.4.3 煤田地质概况  48-54
  2.5 水文地质条件  54-68
    2.5.1 含水岩组划分及地下水赋存特征  54-59
    2.5.2 地下水的补给、径流、排泄条件  59-61
    2.5.3 地下水水位动态特征  61-64
    2.5.4 地下水水化学特征  64-66
    2.5.5 孔隙淡水分布规律及富水地段  66-68
  2.6 土壤环境特征  68-70
    2.6.1 土壤特征  68
    2.6.2 土壤环境指标背景  68-69
    2.6.3 土壤环境容量  69-70
  2.7 土地资源与植被  70-72
    2.7.1 土地资源  70
    2.7.2 植被  70-72
  2.8 小结  72-73
第3章研究区主要生态地质环境问题  73-87
  3.1 水环境问题  73-77
    3.1.1 水资源量问题  73-74
    3.1.2 水体水质问题  74-77
  3.2 地面塌陷与沉降问题  77-81
    3.2.1 矿区地面塌陷问题  78
    3.2.2 地面沉降问题  78-81
  3.3 工程地质环境问题  81
  3.4 煤矿开采引起的其他环境问题  81-85
    3.4.1 土壤盐渍化问题  81-82
    3.4.2 土地占用与植被破坏问题  82-84
    3.4.3 大气污染问题  84
    3.4.4 重金属污染问题  84-85
  3.5 小结  85-87
第4章工程地质环境质量评价  87-97
  4.1 地壳稳定性评价  87-89
    4.1.1 活动断裂  88
    4.1.2 地震与地震效应  88-89
  4.2 地面变形评价  89-91
  4.3 地基稳定性评价  91-94
  4.4 工程地质环境质量评价  94-96
  4.5 小结  96-97
第5章地下水生态地质环境综合评价  97-125
  5.1 地下水资源评价  97-102
    5.1.1 地下水开发利用现状  97-98
    5.1.2 地下水资源量评价  98-102
  5.2 地下水环境质量评价  102-107
    5.2.1 浅层孔隙淡水环境质量评价  102-105
    5.2.2 深层孔隙淡水环境质量评价  105-107
  5.3 地下水脆弱性评价  107-114
    5.3.1 DRASTIC 法地下水脆弱性指标评价体系  109-111
    5.3.2 地下水脆弱性的DRASTIC 评价  111-114
  5.4 基于模糊理论的地下水生态地质环境综合评价  114-124
    5.4.1 地下水生态地质环境综合评价指标体系的建立  116
    5.4.2 地下水生态地质环境质量综合评价过程  116-124
  5.5 本章小结  124-125
第6章土壤生态地质环境综合评价  125-141
  6.1 土壤环境质量标准  125
  6.2 基于传统方法的土壤环境质量评价  125-129
    6.2.1 单项指标达标率评价  125-126
    6.2.2 综合指数法评价  126-129
  6.3 基于可拓学方法的土壤生态地质环境质量评价  129-139
    6.3.1 可拓学的基本理论  131
    6.3.2 评判过程  131-137
    6.3.3 土壤生态地质环境质量综合评价结果讨论  137-139
  6.4 小结  139-141
第7章矿区采空区地面塌陷危险性评价  141-161
  7.1 基于粗糙集理论的矿区采空区地面塌陷危险性评价  142-155
    7.1.1 粗糙集理论介绍  142-143
    7.1.2 权重系数的确定  143-144
    7.1.3 矿区采空区地面塌陷主控影响因素分析  144-150
    7.1.4 基于粗糙集的组合权重计算  150-152
    7.1.5 利用综合权重进行采空区塌陷危险性评价  152-155
  7.2 基于理论计算法的采空区进行地面塌陷程度预测  155-159
    7.2.1 地面塌陷预测范围与预测结果  155-157
    7.2.2 采空区地面塌陷预测评价  157-159
  7.3 小结  159-161
第8章生态地质环境综合评价  161-175
  8.1 层次分析法的基本理论  161-165
    8.1.1 层次分析法概念  161
    8.1.2 层次分析法（AHP）步骤  161-165
    8.1.3 层次分析法特点  165
  8.2 基于层次分析法的生态地质环境综合评价  165-174
    8.2.1 建立评价指标体系  165-169
    8.2.2 建立判断矩阵、检验及权重排序  169-170
    8.2.3 生态地质环境综合评价  170-174
  8.3 小结  174-175
第9章结论与建议  175-179
  9.1 结论  175-177
  9.2 建议  177-179
参考文献  179-187
作者简介及科研成果  187-188
致谢  188

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