[发明专利]一种煤矸石堆积区地貌重塑方法

摘要

本发明公开了一种煤矸石堆积区地貌重塑方法，包括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；采用SEDCAD洪峰修正流模型对重塑地形进行补充设计；由设计模型数据进行Carlson软件开发土木建设设计模块；煤矸石堆积区地貌重塑的河道保护工程；重塑地貌侵蚀潜力评价。本发明将流域地貌学理论和地貌形态数学模型引入煤矸石堆积区地貌设计，减少机械方法带来的失误；同时，利用土木建设设计模块进行施工指导，利用消减和充填的平衡，降低了工作量和成本；遵循植被自然演替规律，提高了植被稳定性，为矿区修复模式提供定量参考。

主权项

一种煤矸石堆积区地貌重塑方法，其特征在于，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；该设计方法中18％‑20％有坡的河道采用工程加固措施以限制径流的冲刷损坏，确定加固设施尺寸，由ArcGIS计算在每个子流域出口的流量使用SEDCAD河道应用的PADER方法建模，SEDCAD中设定的限制流速为1.5m/s，通常粘性摩擦应力设置为2.5kg/m，如果径流速度和粘性摩擦应力超过这个限制，需要沿着通道长度直至与较大的接收河道连接处筑基；(e)重塑地貌侵蚀潜力评价；采用RUSLE侵蚀模型分析用以评估恢复区侵蚀潜力和确定必要的额外的处理措施，参考现有复垦规范采用0.5kg/m2地膜覆盖恢复区域，RUSLE计算方程用于量化植被，地面覆盖和生根率，土壤分离率的分析是基于假设恢复后7年或7年以上，地被覆盖层为30％植被盖度。