[发明专利]融合ArcGIS与熵权法的地面沉陷程度测算方法

说明书

本发明属于地面沉陷程度测算技术领域，特别是涉及一种融合ArcGIS与熵权法的地面沉陷程度测算方法,该方法包括将开采前、后地面高程数据导入ArcGIS软件，插值处理获得地面高程完整数据；选择开采前、后地面高程区域生成面文件，并将面文件转换为要素图层输出；计算开采后开采面某时段各测试点的熵权；利用ArcGIS软件生成熵权向量地面高程等高线图；利用ArcGIS软件中的面积查询工具对已生成等高线图中的相邻等高线依次进行面积查询，获得每一条等高线以上的区域面积，得到煤矿开采后某时段内开采面沉陷程度的空间变化特征。本发明从一定程度上减少了不确定性因素对地面沉陷测算结果的影响，提高了测算结果的科学性和准确性。

技术领域

本发明属于地面沉陷程度测算技术领域，特别是涉及一种融合ArcGIS与熵权法的地面沉陷程度测算方法。

背景技术

煤层开采前，煤层与周围岩体、上覆含水层处于三向应力条件下的平衡状态。煤层开采后，采动破坏了煤层与围岩的原始平衡关系，引起了原岩应力的重新分布，形成的新结构与构造形态使得自身趋于稳定，与周围地质体形成新的平衡。因而，煤层开采会造成地层变动，地面的表现形式为沉陷区。沉陷区原有的水平向径流转变为水平向、垂向径流过程，变动地层垂向渗透系数(K_z)的变化，影响了补给时间。地层的变动、地形的变化直接影响到水循环路径、时间及交换过程。

对地表沉陷区来说，煤层开采后，潜水位下降，包气带厚度增加，降雨下渗首先补充增加包气带厚度蓄水量，达到饱和后继续下渗，形成地下水径流，延缓地表水对地下水补给时间。如下降后潜水位高于沉陷区高程，形成积水盆地，陆面蒸发转换为水面蒸发，蒸发量增加，盆地积水下渗到地下含水层，汇入下游，补充河川径流，当沉陷盆地充满时，通过地表径流汇入下游，补充河川径流；如下降后潜水位低于沉陷区高程，转变为包气带潜水蒸发。整体来看，地表沉陷区的形成延缓了地表水、地下水对河川径流补给时间、补给量。

因此，通过以地面沉陷随时间的动态变化过程和沉陷程度的空间变化为特征的预测方法，从度量信息源的复杂性、不确定性、无序化角度量化地面沉陷的动态变化过程，一定程度上减少了不确定性因素对地面沉陷测算结果的影响，提高了测算结果的科学性和准确性。

国内外学者对地面沉陷预测方法做出了大量深入细致的研究，提出了许多实用有效的理论和方法。DM(n，h)模型预测方法预测精度高；指数平滑法在拟合方面精度较高，但预测精度一般；利用三次指数平滑法对开采沉陷参数进行预测的方法易掌握，可利用预测误差校正新的预测值，但没考虑影响地面变形的诸多因素；时间序列分析方法利用概率积分法预计参数，建立动态预计模型，对传统地面下沉的相对预计误差提高到4％；Knothe时间函数结合概率积分法可预计地表动态下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形值，但该方法的一阶导数、二阶导数在开采的初始时空并不等于零，表明Knothe时间函数本身不完全与地表移动的实际工程吻合，具有应用的局限性。上述常用的计算方法集中于有限单元法、离散单元法、边界元法、拉格朗日法等，应用于开采沉陷动态过程研究中，促进了由于煤炭开采引发地表移动及变形机理有了更准确的认识。由于煤炭上覆含、隔水层结构本身的复杂性和特殊性，隔水层结构的控制作用及强度结构对岩体力学性质的影响，使得煤炭开采引发地面沉陷受到多因素影响，预测值与实际值难免会出现一定的误差，当开采面发生变化，引发不确定性因素影响结果更加难以确定。

发明内容

本发明的目的是提供一种融合ArcGIS与熵权法的地面沉陷程度测算方法，旨在对煤矿开采引发地面沉陷程度进行测算，判断地面沉陷随时间的动态变化过程和沉陷程度的空间变化。该测算方法从度量信息源的复杂性、不确定性、无序化角度量化地面沉陷的动态变化过程，从一定程度上减少了不确定性因素对地面沉陷测算结果的影响，提高了测算结果的科学性和准确性。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种融合ArcGIS与熵权法的地面沉陷程度测算方法，包含以下步骤：

步骤1，获取煤矿开采前、后开采区范围内的地面高程数据；