[发明专利]一种煤矸石堆积区地貌重塑方法

说明书

技术领域

本发明一种煤矸石堆积区地貌重塑方法，属于生态恢复技术领域。

背景技术

煤矸石占用大量土地、引发自燃，是众所周知的治理难题。目前煤矸石堆积区采取的植被恢复措施仍是常规的造林技术规程，特点是“台阶式错胎平整，园林绿化”的设计方法，压占大量土地，绿化植物与周围景观不协调，土壤稳定性差，水土流失严重。目前普遍采用直趋排水的洪峰流量模型设计：

上述公式中，Q是指流量，Kp是模比系数，m³是指体积，s为时间。

近年来矿区废弃地植被恢复的研究得到了重视，技术研究逐渐增多，例如夏汉平总结出一套采矿地人工恢复的一般步骤(夏汉平，蔡锡安.采矿地的生态恢复技术.应用生态学报.2002，13(11)：1471～1477)，吴少儒采用的喷射护坡绿化技术(吴少儒，许文年，王路根，等.喷射护坡绿化技术的物种选择[J].中国水土保持，2006(6)：41-43.)，王霖琳介绍了煤矿区生态修复规划的程序(王霖琳，胡振琪，等.中国煤矿区生态修复规划的方法与实例[J].金属矿山，2007(5)：17-19.)，安永兴对煤矸石治理过程中的装备及综合治理技术模式进行了研究和实践(安永兴，王晓军等，自燃煤矸石山综合治理技术与装备的研究进展，林业机械与木工设备2016(6)：15-20；煤矸石山综合治理技术模式与实践[J].安永兴,梁明武,赵平.中国水土保持科学.2012(01)：26-30)。

应该指出，上述煤矸石堆积区采取的治理规划侧重于经验规划、景观规划方法，偏离了生态恢复的技术理念和内涵，从而形成了园林绿化技术或者常规造林技术，人工迹象显著，坡面不稳定，后期维护费用高。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种煤矸石堆积区地貌重塑方法，运用流域地貌学理论和河流地貌形态数学模型模拟自然地形设计合理，项目实施后，土壤坡面结构稳定，景观性好，水土保持效果佳，可经受住50年一遇的降水，适用于煤矸石堆积区、土地复垦、水土保持等涉及地形整理、地形重塑的领域。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤矸石堆积区地貌重塑方法，该方法包括如下具体步骤：

(a)运用流域地貌学理论和河流地貌形态数学模型模拟自然地形；

在ArcGIS运行平台下，运用流域地貌学理论和Rosgen的“Z”型河流地貌形态数学模型来模拟自然地形，流域结构采用Shreve单根树枝状模式，在对研究区沟道和子流域分析和规划基础上，依据邻近未干扰小流域DEM计算的地貌形态参数以及实际测量的沟道形态细部数据，通过ArcGIS重建地貌，坡面和沟道遵从河流水文地貌形成过程，地貌相对稳定，根据现有土壤与植被的景观状况和未来土地利用的规划，通过子流域的规划设计以及沟道蜿蜒化处理，沟道逐渐演变成一个相对稳定的蜿蜒自然模式，同时减缓了水流速度，增加沟道稳定性，最大程度上达到自然状态，这些输入参数是由研究区域附近的未扰动地貌的水文和气候属性确定的，通常从测量照片与野外调查地形数据获得；

关键的输入参数如下：

1)最大降雨量：2-yr,1-hr降雨量，50-yr,6-hr降雨量，即2年一遇1h和50年一遇6h的最大降水量；

2)沟道密度：河谷长度与延伸区域的比例；

3)分水岭到河道顶端距离：山脊至稳定河道的最短距离；

4)河湾跨度：Rosgen分类法中A型河道蜿蜒跨度的1/4；

5)蜿蜒系数：基于河谷坡度的河道蜿蜒特征；

(b)采用SEDCAD洪峰流模型对重塑地形进行补充设计；

将一系列山脊和沟谷合到一起，河谷和山脊之间的距离保持在60m以下以最小化推土机使用距离来节约建设经费，流域边界和河道位置最优化已到达挖填平衡在各个独立的子流域，坡长缩短到300m至30m的范围以最小化泥沙颗粒分散，最终流域结构产生一个多样化的地表地貌以利于植被恢复；

(c)由设计模型数据进行Carlson软件开发土木建设设计模块；

在施工之前，由设计模型数据输出创建一个数字不规则三角网TIN，用于Carlson软件开发的土木建设设计模块，用迭代法来确保每个子流域中每个的削减和充填平衡，使施工效率最大化，推土距离限制在60m以内；

(d)煤矸石堆积区地貌重塑的河道保护工程；