[发明专利]基于WEPP的露天煤矿排土场边坡近自然重塑方法

摘要

本发明公开了一种基于WEPP的露天煤矿排土场边坡近自然重塑方法，包括以下步骤：自然山体边坡地形特征提取；自然山体边坡地形特征分析；排土场边坡剖面设计；排土场边坡坡面表层的土壤组成设计；排土场边坡坡面植被体系的构建。本发明通过研究发现在坡高和曲率不变时，可通过改变边坡凸起部分在水平方向和竖直方向的占比来优化坡面轮廓的设计，从而迅速找到设置平台的关键位置，减少了平台或障碍的设置数量，进而减少了工程实际施工量，节约了项目成本。本发明从近自然重塑的理念出发，遵循景观生态学的原理，重塑的排土场边坡符合所在区域环境的流域侵蚀特征，对促进排土场区域的生态环境恢复有重要意义，且具有一定的美学价值。

主权项

1.一种基于WEPP的露天煤矿排土场边坡近自然重塑方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、自然山体边坡地形特征提取与分析

S1‑1、自然山体边坡地形特征提取：在邻近待修复的排土场区域内选取不同坡向、不同坡高的自然山体边坡样本，利用ArcGIS运行平台对采集的自然边坡的特征参数进行统计，分析得出待修复的排土场周边自然山体边坡的类型，根据不同形式边坡的不同特征，分别提取其特征参数；

S1‑2、自然山体边坡地形特征分析：先对步骤S1‑1分类的不同类型的边坡的坡高分布进行统计，将坡高与待修复的排土场边坡的坡高最接近，且出现频率最多的S形边坡，确定为排土场边坡进行重塑的边坡形式；再利用SPSS Statistics22计算地形因子及地形特征之间的皮尔逊相关系数，初步确定排土场边坡设计的学习模板；

运用WEPP模型对自然山体边坡样本中各S形边坡进行水土侵蚀情况模拟，模拟时植被覆盖率为待修复的排土场区缓坡平均覆盖率，分析S形边坡坡面地形因子与侵蚀评价因子之间的相关性，确定影响侵蚀的关键地形因子，当坡高和曲率不变时，通过调整边坡凸起部分在水平方向和竖直方向的占比对坡面轮廓进行优化，且凸起部分在水平方向和竖直方向的占比满足：

SP＝0.465^***×lnSZ+0.897^***        式1，

式中SP表示凸起部分的水平占比，SZ表示凸起部分竖直占比，***表示在P<0.01的显著性水平下显著；

确定排土场边坡设计的最优学习模板；

S2、排土场边坡剖面设计

根据S1‑2确定的最优学习模板提供的地形特征参数对排土场边坡坡形进行近自然设计，并运用WEPP模型进行水土侵蚀情况模拟，根据侵蚀模拟结果，再依据式1调整坡面凸起下凹部分的水平竖直比，对设计的坡形进行逐步优化；

参照现有坡面泥沙沉积多发生在平台处的特点，并结合S形边坡的土壤侵蚀的空间分布特点，通过在S形坡面的关键位置上增加水平平台对坡面进行改进，确定最优的剖面设计方案；

S3、排土场边坡坡面设计

S3‑1、坡面表层的土壤组成设计：对改进坡面上平台部分的坡面土壤机械构成进行调整，根据现有土壤机械组成设计至少三套土壤组成方案，运用WEPP模型模拟不同土壤组成的水土侵蚀情况，确定最优的坡面表层的土壤组成方案；

S3‑2、坡面植被体系的构建：

以当地的植被覆盖率为恢复目标，参照待修复的排土场区自然植被情况和典型植物的特征，确定相应的植物种类，结合边坡的条件进行植被体系的构建，运用WEPP模型对不同的植被搭配进行侵蚀模拟，确定最优的植被构建方案。

2.根据权利要求1所述的基于WEPP的露天煤矿排土场边坡近自然重塑方法，其特征在于，步骤S1‑1中不同类型边坡对应的不同特征参数有：直线形边坡特征参数包括：坡高、坡长、斜率、坡向；凸形边坡特征参数包括：坡高、坡长、斜率、曲率；S形边坡特征参数包括：坡高、坡长、斜率、坡向、凸起曲率、下凹曲率、凸起水平占比、凸起竖直占比；凹形边坡特征参数包括：坡高、坡长、斜率、曲率、坡向。

3.根据权利要求1所述的基于WEPP的露天煤矿排土场边坡近自然重塑方法，其特征在于，所述侵蚀评价因子为泥沙流失量、泥沙沉积量、泥沙净流失量、径流量。