图片1文字内容：
煤矿开采活动诱发形成了大量的采动裂隙，并产生了大范围的采煤沉陷区，改变了地表水一地下水的交互过程。然而，采煤沉陷区条件下地表水一地下水的交互作用规律和互馈机制尚未完全探明，传统的水文模型难以实现对采煤沉陷区地表水一地下水交互系统演变过程的准确模拟。针对以上问题，本书开展采煤沉陷区空间特征识别及地表水一地下水交互机制研究，以期为气候变异、人类活动共同影响下富煤流域地表水一地下水交互过程的精确模拟和洪水的预测预报提供技术支撑。围绕研究目标，全书取得的主要研究成果如下。
(1)动态监测分析了窟野河流域地表形变空间分布特征，识别提取了采煤沉陷区914处，总面积345.76km2。
采用SBAS-InSAR技术对窟野河流域的252景Sentinel-1A雷达图像数据进行了处理，包括基线解算、差分干涉、相干性计算、相位解缠等，有效降低了斑点噪声的干扰，提高了数据的信噪比，并通过提取高相干点，
图片2文字内容：
识别了20172020年窟野河流域地表形变的空间分布和动态演变特征。识别结果显示，煤炭开采导致窟野河流域地表经历了快速沉陷的形变过程，最大沉陷速率达139.71mm/a，累计最大沉陷量达607.88mm；通过时序监测点的地表形变动态监测分析和沉陷区与煤炭开采区范围的对比分析，验证了煤炭开采形成采空区并引发工作面顶部自然垮落是大规模地表沉陷的主要原因；通过设置累计沉陷量50mm阈值，提取了窟野河流域采煤沉陷区914处，累计面积345.76km2，最大采煤沉陷区面积可达10.01km2。
（2）分析了窟野河流域地表径流时空演变特征，构建了采煤沉陷区地表水文模型。
系统地分析了窟野河流域历史气象要素、地表径流的动态演变规律，结果显示在水文干旱和大规模煤炭开采的影响下，窟野河流域地表径流演变呈现明显的时空差异性，下游干流的多年平均地表径流量约为7.85m3/s，而上游流量较小且呈现季节性断流特征。基于SWAT构建了采煤沉陷区地表水文模型，模型验证期的实测径流和模拟径流平均值分别为9.53m3/s和9.29m3/s，NSE和R2均为0.73（>0.65），PBIAS为2.5%（<5%），模型较好地模拟了采煤沉陷区条件下地表径流的动态演变过程；采煤沉陷区发育造成了地表水地下水水力贯通和河道渗漏，导致地表径流变化敏感性最高的参数是TRNSRCH（河道传输损耗）。
（3）提出了采煤沉陷区地表水采空区地下水耦合概念框架，构建了采煤沉陷区地表水地下水耦合模拟模型。
考虑采空区发育对地表水地下水交互方式、强度和规律的影响，提出了采煤沉陷区地表水采空区地下水耦合概念框架；收集了窟野河流域48个钻孔数据和101个水文观测孔数据，基于SWAT-FEFLOW精
图片3文字内容：
细化构建了采煤沉陷区含水层+煤层多层交互和河流+采空区联合分割影响下的地表水一地下水耦合模拟模型，并通过对水文地质参数的分区赋值和采空区的分层识别，实现了对采煤沉陷区条件下地表水一地下水交互过程的定量化表达。模型的识别和检验结果显示，模拟与实际的地下水流场基本吻合，地下水流向基本一致，地下水动态过程基本相似，均方根误差RMS为0.748m，模型性能良好；窟野河流域地下水处于负均衡状态，年均地下水补给量与排泄量差值为 -11.55\times10^{8}m^{3}/a ，煤炭开采造成的矿井排水量占地下水总排泄量的比例高达61.72%。
（4）开展了多要素变化和多情景集合的采煤沉陷区地表水一地下水交互过程模拟预测，揭示了采煤沉陷区条件下地下水一地表水交互作用机制。
综合考虑气候、下垫面和煤炭开采活动对地表水一地下水交互过程的影响，制定了未来窟野河流域的煤矿阶段性关闭路径，结合GCM未来气候变化情景和GA-PLUS下垫面预测情景，开展了煤炭逐步退出（PCM）、煤炭停止开采（NCM）、煤炭持续开采（ACM）三种情景对比下的采煤沉陷区地表水一地下水交互过程模拟预测。研究结果显示，煤炭开采是流域地表水一地下水交互方式和转换过程变化的主要驱动力：①气候变化和煤炭开采共同主导了地表径流的动态变化过程，未来多年平均地表径流量为PCM（2.46m³/s）＞ACM（2.28m³/s）＞NCM（1.99m³/s），平均年际径流量波动变化趋势为PCM（0.0394m³/s）＞NCM（0.0175m³/s）＞ACM（-0.014m³/s）；②煤炭开采主导了地下水流场的动态变化过程，矿井涌（突）水、采空区疏排水对地下水位具有明显消减作用，未来地下水储量为NCM（5099.310 ^{8}m^{3} ）＞PCM（4955.710 ^{8}m^{3} ）＞ACM（4949.610 ^{8}m^{3} ），地下水补排差为NCM（3.6810 ^{8}m^{3}/a ）＜PCM（7.3210 ^{8}m^{3}/a ）＜ACM
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（7.5710 {^8} m {^3} /a），地下水位为NCM＞PCM＞ACM，与基准期2020年相比大部分地区的地下水位均有所降低。地下水流场和水位动态演变特征显示，PCM和ACM情景下，采煤沉陷区条件下区域性地下水漏斗发育特征明显；NCM情景下，煤炭开采停止且采空区得到有效治理，区域性地下水漏斗消失，地下水位逐渐回升。
基于以上研究结果，本书最后提出富煤流域未来的水资源规划和管理建议：①开展总量控制，坚持以水定煤；②加强政策约束，完善水资源管理制度；③提高水资源利用效率，推进矿井水等非常规水资源的资源化利用。
1 绪论·····1
1.1 研究背景与意义·····1
1.2 国内外研究进展及存在的问题·····4
1.3 拟解决的关键科学问题·····13
1.4 研究内容与技术路线·····14
1.5 创新点·····17
2 研究区概况·····19
2.1 自然地理概况·····19
2.2 社会经济概况·····24
2.3 地质与水文地质概况·····25
2.4 煤炭资源开采现状·····27
2.5 水资源开发利用现状·····29
2.6 本章小结·····31
3 研究技术方法 ·····32
3.1 采煤沉陷区空间特征识别方法 ·····32
3.2 地表水-地下水耦合模拟模型 ·····34
3.3 地表水-地下水交互过程预测方法 ·····40
3.4 本章小结 ·····50
4 采煤沉陷区空间特征遥感识别 ·····51
4.1 数据收集 ·····51
4.2 基于SBAS-InSAR技术的数据处理 ·····55
4.3 煤炭开采影响下地表形变演变特征分析 ·····64
4.4 采煤沉陷区空间特征识别与提取 ·····71
4.5 本章小结 ·····73
5 采煤沉陷区地表水文模型构建 ·····75
5.1 数据收集和数据库构建 ·····75
5.2 地表水文过程影响要素演变特征分析 ·····81
5.3 地表水文模型构建 ·····94
5.4 地表水文模型模拟结果分析 ·····97
5.5 本章小结 ·····100
6 采煤沉陷区地表水-地下水耦合模型构建 ·····103
6.1 地表水-地下水交互过程概念框架 ·····103
6.2 地下水系统概念模型构建 ·····104
6.3 地下水系统数值模型构建 ·····107
6.4 地表水地下水耦合模型构建·····121
6.5 模型的识别和检验·····122
6.6 流域水均衡分析·····125
6.7 本章小结·····126
7 未来地表水地下水交互过程多情景模拟预测·····129
7.1 情景设计·····129
7.2 未来气象要素演变特征分析·····133
7.3 未来下垫面时空演变特征模拟预测·····137
7.4 未来地表径流模拟预测·····141
7.5 未来地下水流场模拟预测·····146
7.6 采煤沉陷区地表水地下水交互机制总结·····156
7.7 未来水资源规划和管理建议·····158
7.8 本章小结·····160
8 结论与展望·····163
8.1 主要研究结果·····163
8.2 研究不足与展望·····167
参考文献·····169
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