基于AE的稀土尾砂堆積場土地復(fù)墾評價(jià)方法初探

楊一洋

（江西理工大學(xué) 建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

中國擁有較為豐富的稀土資源，儲量約占世界總儲量的23%，承擔(dān)了世界90%以上的市場供應(yīng)。近些年，由于行業(yè)管理不夠嚴(yán)格，稀土開采無序、無計(jì)劃或超計(jì)劃現(xiàn)象嚴(yán)重，資源利用率低，廢渣、尾礦長期擱置占用農(nóng)用地，導(dǎo)致尾礦場變沙塵源，不僅對周圍空氣和土壤造成了很大的污染，還嚴(yán)重影響到礦區(qū)居民生活條件，不利于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。開展稀土尾礦土地復(fù)墾利用，是提高稀土資源利用率、促進(jìn)耕地保護(hù)、拓展建設(shè)用地空間的有效途徑。土地評價(jià)是復(fù)墾工作的核心部分，它決定土地復(fù)墾的最終方向；而傳統(tǒng)的復(fù)墾評價(jià)方法，或是在沒有充分了解土地復(fù)墾評價(jià)對象和評價(jià)過程特殊性的情況下，套用一般土地適宜性評價(jià)的步驟與方法，最終導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果不夠準(zhǔn)確；或僅利用相關(guān)地理信息軟件進(jìn)行簡單的疊加分析，并沒有將相似或相關(guān)的方法集成起來，實(shí)現(xiàn)多個方法的交叉使用，也沒有對海量空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。結(jié)合ArcEngine技術(shù)構(gòu)建復(fù)墾評價(jià)方法，可以管理并充分利用已有的礦產(chǎn)空間屬性數(shù)據(jù)，進(jìn)行定性和定量綜合分析，實(shí)現(xiàn)土地復(fù)墾評價(jià)的系統(tǒng)化和自動化，提高土地評價(jià)效率及準(zhǔn)確性。

1 研究技術(shù)

基于ArcEngine的稀土尾砂堆積場土地復(fù)墾評價(jià)方法設(shè)計(jì)主要是依靠相關(guān)軟件工程學(xué)，并參考稀土尾砂堆積場理化性質(zhì)和土地復(fù)墾適宜性評價(jià)科學(xué)理論來進(jìn)行。界面與功能設(shè)計(jì)擬采用ArcGIS Engine 10.0+Microsoft Visual C#2010。ArcGIS Engine可以結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的要求，使用ArcObjects的可視化控件開發(fā)獨(dú)立界面的GIS應(yīng)用系統(tǒng)，支持Windows平臺及跨平臺開發(fā)，具有很高的靈活性和擴(kuò)展性能；在Visual Studio平臺中，可以使用ESRI公司提供的ArcGIS控件，將稀土尾礦復(fù)墾評價(jià)方法程序化、模塊化，并集成為獨(dú)立的功能系統(tǒng)；而功能模塊及可用性方面以土地適宜性評價(jià)步驟及原則（步驟如圖1所示）為基礎(chǔ)，根據(jù)稀土尾礦理化特征與評價(jià)過程的特殊性，可采用C#語言結(jié)合相關(guān)的模型和算法來實(shí)現(xiàn)。

圖1 土地適宜性評價(jià)步驟

2 稀土尾砂堆積場土地復(fù)墾評價(jià)方法模塊設(shè)計(jì)

建立該方法的主要目的是為了滿足稀土尾砂堆積場的土地整理、土地?fù)p毀程度分析、土地復(fù)墾適宜性評價(jià)及復(fù)墾技術(shù)方法等需求，為后續(xù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。根據(jù)工礦廢棄土地復(fù)墾評價(jià)要求，可將整個功能分為地圖操作模塊、地表變形分析模塊、土壤污染分析模塊、土地復(fù)墾適宜性評價(jià)模塊、土地復(fù)墾技術(shù)方法模塊、復(fù)墾效益分析模塊等（功能結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2所示）。

圖2 功能結(jié)構(gòu)關(guān)系

2.1 地圖操作模塊

借助ArcObjects的可視化控件，不僅可以直接實(shí)現(xiàn)對地圖文檔數(shù)據(jù)的打開、保存、退出等管理，還能對圖層進(jìn)行放大、縮小、平移、查詢、依比例縮放等基本操作。為了增強(qiáng)功能的實(shí)用性和數(shù)據(jù)互操作性，在該模塊中，實(shí)現(xiàn)了Shapefile對象的新建與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能；添加了對象符號化功能，以提升工作界面的可視化效果，滿足稀土尾砂堆積場土地復(fù)墾的模擬顯示、圖形標(biāo)注、符號統(tǒng)一管理等需求。

2.2 地表變形分析模塊

在地下開采過程中，引起圍巖位移變形，加上尾礦堆積，占用大面積土地，易造成地表下沉、變形和塌陷。對待復(fù)墾區(qū)進(jìn)行地表變形預(yù)測分析，能夠提高土地集約利用，避免返工失誤，減少生態(tài)經(jīng)濟(jì)損失。構(gòu)建地表變形數(shù)據(jù)庫，采集研究范圍內(nèi)影響地表變形因素的參數(shù)值，比如塌陷角度、塌陷深度、堆積坡度、堆積厚度、土壤疏松度、理化性質(zhì)、開采方法及強(qiáng)度、開采位置、尾礦堆積位置等，采用趨勢面分析模型，根據(jù)引起地表變形因素值，擬合曲面，用以預(yù)測地形變化趨勢，并將結(jié)果以專題圖的形式表現(xiàn)出來。

2.3 土壤污染分析模塊

（1）重金屬和放射性物質(zhì)檢驗(yàn)。稀土在生產(chǎn)和排放過程中形成的尾礦和礦渣都含有一定量的汞、鉛和釷等物質(zhì)，若處理不當(dāng)，則會對人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅。在進(jìn)行土地復(fù)墾適宜性分析前，首先對照待復(fù)墾區(qū)現(xiàn)狀圖，采集尾礦樣本以及附近有植被覆蓋的壤土樣本，并作相應(yīng)標(biāo)記，建立樣本采集數(shù)據(jù)庫；然后進(jìn)行樣本分析測定，使用冷原子吸收光譜法、原子吸收光譜法、分光光度法等來測定樣本中重金屬的含量；最后將礦樣中水分去除，推算檢驗(yàn)物質(zhì)放射性，將檢驗(yàn)結(jié)果錄入樣本采集數(shù)據(jù)庫。在該模塊中，導(dǎo)入樣本數(shù)據(jù)庫中放射性數(shù)據(jù)，使用緩沖分析和聚類分析，將圖層疊加生成待復(fù)墾區(qū)重金屬放射性污染分布圖。

（2）土壤肥力狀況。損毀后的土地肥沃度直接影響到復(fù)墾技術(shù)方法和種植作物的選擇。對采集的礦樣和土壤進(jìn)行酸堿性檢測，分析二者磷、氮、質(zhì)地、顆粒、孔隙等特征，將礦樣酸堿性pH值錄入樣本采集數(shù)據(jù)庫。在該模塊中，導(dǎo)入重金屬放射性污染分布圖層，疊加樣本數(shù)據(jù)庫中各采集點(diǎn)的pH數(shù)據(jù)，宏觀分析復(fù)墾區(qū)土壤受污染程度，為復(fù)墾邊界劃分及適宜方向分析提供可靠依據(jù)。

2.4 土地復(fù)墾適宜性評價(jià)模塊

（1）選擇評價(jià)因子。評價(jià)因子是土地評價(jià)系統(tǒng)中最重要的組成部分，而參評因子的權(quán)重直接影響到最終的評價(jià)結(jié)果，因此，評價(jià)因子的選擇和權(quán)重處理成為評價(jià)的關(guān)鍵。根據(jù)尾砂堆積場土地特點(diǎn)，收集可能影響到土地復(fù)墾的所有數(shù)據(jù)，構(gòu)建與地塊編碼相對應(yīng)的評價(jià)因子數(shù)據(jù)庫，在對某一地塊進(jìn)行適宜性分析時，選擇調(diào)用所對應(yīng)的因子；再使用層次分析模型，把相關(guān)聯(lián)的因素按隸屬關(guān)系分出層次，計(jì)算每一層次全部因素的相對重要性的權(quán)數(shù)，進(jìn)行排序。

（2）聚類分析。在該功能模塊中，添加評價(jià)因子圖層，根據(jù)各評價(jià)因子的重要程度分類地塊；選定某一因子，設(shè)定值范圍，即把地面平整度、覆土厚度、土壤質(zhì)地、土壤pH值、水文條件、土壤有機(jī)質(zhì)等值相近的地塊或區(qū)域歸為一類，歸類后地塊的評價(jià)因子屬性由最大最小值或最次值來取代，從而將受損程度差異大的地塊區(qū)分開來，以便擬定區(qū)域內(nèi)有效面積的復(fù)墾方向。

（3）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析。對地塊進(jìn)行聚類分析之后，量化定性指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)化所有因子指標(biāo)值，對因子圖層數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化值通過實(shí)際值與最大值計(jì)算獲得，引用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，分別進(jìn)行宜耕、宜林、宜牧、宜漁、宜建等用地的適宜性評價(jià)。

2.5 土地復(fù)墾技術(shù)方法模塊

土地復(fù)墾技術(shù)大致以兩大類為基礎(chǔ)，一是在損毀土地上鋪覆客土，達(dá)到作物栽培標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行復(fù)墾工作；二是不鋪覆客土，對損毀土地進(jìn)行平整，種植適應(yīng)土地理化性質(zhì)的作物以恢復(fù)生態(tài)。在功能模塊中，根據(jù)覆土厚度、地面平整度等因素判定是否以鋪覆客土的方式來進(jìn)行復(fù)墾。建立土地復(fù)墾技術(shù)模式數(shù)據(jù)庫，詳細(xì)介紹在鋪覆客土和不鋪覆客土情況下，各適宜方向的復(fù)墾技術(shù)方法及作物選擇。在對地塊進(jìn)行適宜性分析之后，根據(jù)分析結(jié)果，即可查詢并顯示相對應(yīng)的復(fù)墾技術(shù)模式，以表單的形式顯示出來。

3 結(jié)語

該研究是以適用于工礦廢棄土地復(fù)墾適宜性評價(jià)過程為基礎(chǔ)進(jìn)行的。在研究中，簡單介紹了ArcEngine技術(shù)靈活、可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)，并結(jié)合土地復(fù)墾適宜性評價(jià)的步驟與稀土尾礦土地復(fù)墾工作的特殊性，構(gòu)建基于ArcEngine的稀土尾礦場土地復(fù)墾適宜性評價(jià)方法模塊，包括土地變形分析及預(yù)測、土壤污染、土地復(fù)墾適宜性評價(jià)、復(fù)墾技術(shù)方法等功能。為后續(xù)系統(tǒng)框架及功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)。

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