新街臺(tái)格廟礦區(qū)開發(fā)初期土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測

趙鵬

(神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京 100085)

0 引言

監(jiān)測礦區(qū)開發(fā)過程中發(fā)生的土地利用變化是十分必要的，能為礦產(chǎn)資源的合理開發(fā)和土地資源的集約利用提供技術(shù)支撐［1－4］。運(yùn)用遙感技術(shù)對礦區(qū)的土地利用情況開展監(jiān)測已經(jīng)成為必然趨勢［5－6］。礦區(qū)開發(fā)過程可以劃分為資源勘探、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)和報(bào)廢等5個(gè)階段［7］。目前，大多數(shù)礦區(qū)監(jiān)測工作主要集中在生產(chǎn)和報(bào)廢階段，很少關(guān)注礦區(qū)開發(fā)初期(資源勘探、設(shè)計(jì)和建設(shè)階段)所導(dǎo)致的土地利用變化情況。對此，本文以新街臺(tái)格廟礦區(qū)為例，結(jié)合其開發(fā)初期的4個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，選用2007—2013年遙感數(shù)據(jù)，探討了在礦區(qū)開發(fā)初期開展土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用效果，并實(shí)時(shí)掌握其轉(zhuǎn)化情況，為后續(xù)建設(shè)開發(fā)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

新街臺(tái)格廟礦區(qū)位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗和烏審旗。礦區(qū)呈不規(guī)則六邊形，總面積約737.78 km2，煤炭質(zhì)量及賦存條件都較優(yōu)良，是神東礦區(qū)周邊唯一還未開發(fā)的大型整裝煤田［8］。

截至2014年，新街臺(tái)格廟礦區(qū)的開發(fā)主要經(jīng)歷了4個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn):①2008年5月，神華集團(tuán)與鄂爾多斯市政府簽訂了合作開發(fā)新街臺(tái)格廟礦區(qū)的框架協(xié)議;與此同時(shí)，礦區(qū)煤炭資源詳查工作正式啟動(dòng)，并于2011年初提交報(bào)告;②2011年1月，國務(wù)院同意將新街臺(tái)格廟礦區(qū)開發(fā)列為國家重點(diǎn)項(xiàng)目，整裝配置給神華集團(tuán)進(jìn)行勘查開發(fā);③2012年10月，神華集團(tuán)與內(nèi)蒙古自治區(qū)政府簽署新街臺(tái)格廟礦區(qū)煤炭資源配置協(xié)議;④2013年2月，國土資源部復(fù)函內(nèi)蒙古自治區(qū)政府，同意以協(xié)議的方式有償出讓新街臺(tái)格廟礦區(qū)探礦權(quán)給神華新街能源公司［9］，礦區(qū)的水文地質(zhì)調(diào)查及礦井設(shè)計(jì)工作已全面展開。隨著新街臺(tái)格廟礦區(qū)開發(fā)的穩(wěn)步推進(jìn)，礦區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，對礦區(qū)后續(xù)的開發(fā)及土地規(guī)劃管理都有一定程度的影響。

2 遙感數(shù)據(jù)源

在確保遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，兼顧新街臺(tái)格廟礦區(qū)開發(fā)的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，本次研究選用2007年6月SPOT5數(shù)據(jù)(土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測基準(zhǔn))、2011年2月ALOS數(shù)據(jù)、2012年5月WorldView數(shù)據(jù)(輔以QuickBird數(shù)據(jù))、2013年8月QuickBird數(shù)據(jù)(輔以WorldView數(shù)據(jù))進(jìn)行土地利用變化信息的提取。

遙感數(shù)據(jù)的投影方式全部采用高斯－克呂格投影，3°分帶;利用ERDAS IMAGINE軟件，以覆蓋礦區(qū)范圍的1∶2 000比例尺地形圖數(shù)據(jù)和1 m采樣間隔的DEM數(shù)據(jù)作為控制資料，完成影像正射糾正工作;經(jīng)融合、調(diào)色、鑲嵌及裁切等處理后，最終生產(chǎn)出滿足本次研究的數(shù)字正射影像圖。其中，數(shù)字正射影像圖按0.5的整數(shù)倍就近進(jìn)行重采樣，SPOT5和ALOS數(shù)據(jù)重采樣間隔為2.5 m，WorldView和QuickBird數(shù)據(jù)重采樣間隔為0.5 m。

3 土地利用類型劃分與變化信息提取

3.1 土地利用類型的劃分

為了直觀地反映新街臺(tái)格廟礦區(qū)開發(fā)初期的土地利用變化情況，在《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010－2007)基礎(chǔ)上，結(jié)合野外實(shí)地調(diào)研，將土地利用類型進(jìn)行重新分類，劃分為耕地、林地、草地、居民點(diǎn)、工礦用地、交通用地、水域、設(shè)施農(nóng)用地和荒地等9種類型，并對各地類情況進(jìn)行歸納(表1)。

表1 新街臺(tái)格廟礦區(qū)各土地利用類型基本情況Tab.1 Basic situation of land use types in Xinjie Taigem iao m ining area

3.2 變化信息的提取

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)土地類型情況和影像特征，結(jié)合野外調(diào)研收集的資料，基于ArcGIS軟件完成3期變化信息的自動(dòng)提取，并通過目視完成對矢量信息的修正;參照近期伊金霍洛旗和烏審旗的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，完成變化信息前地類、后地類屬性的填充，生成新街臺(tái)格廟礦區(qū)2007—2011年、2011—2012年和2012—2013年的土地利用變化圖(圖1)。

圖1 新街臺(tái)格廟礦區(qū)土地利用變化圖Fig.1 Maps of land use change in Xinjie Taigem iao m ining area

4 土地利用變化分析

基于提取的土地利用變化矢量信息，利用Excel軟件統(tǒng)計(jì)得出2007—2011年、2011—2012年以及2012—2013年3個(gè)監(jiān)測時(shí)段中各土地利用類型相互之間的轉(zhuǎn)化情況，得到新街臺(tái)格廟礦區(qū)土地利用變化矩陣，如表2—4所示。

表2 2007—2011年土地利用變化矩陣Tab.2 Land use changematrix from 2007 to 2011 ﹙ hm2﹚

表3 2011—2012年土地利用變化矩陣Tab.3 Land use changematrix from 2011 to 2012 (hm2)

表4 2012—2013年土地利用變化矩陣Tab.4 Land use changematrix from 2012 to 2013 ﹙ hm2﹚

從表2—4可以看到，2007—2011年土地利用變化總面積為3 931.50 hm2，2011—2012年土地利用變化總面積為1 266.16 hm2，2012—2013年土地利用變化總面積為846.71 hm2。進(jìn)一步計(jì)算土地利用變化量，如表5所示。

1)耕地。在3個(gè)監(jiān)測時(shí)段內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)的耕地呈現(xiàn)高速增加的趨勢，凈增加速度達(dá)28.22 hm2/月。耕地變化有3個(gè)特點(diǎn):①耕地凈變化量在總變化量中所占比例大，其分別占總變化量的89.76%，98.55%和95.83%;②耕地的凈增加量是各地類中最大的，并主要分布于村莊、道路及河流周邊的平坦地區(qū)，說明礦區(qū)開發(fā)中因征地而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償對居民的墾荒活動(dòng)產(chǎn)生巨大的驅(qū)動(dòng)作用;③新增耕地主要由草地和林地轉(zhuǎn)化而來，分別占各監(jiān)測時(shí)段增加量的99.81%，95.86%和 81.88%，僅少量由荒地等轉(zhuǎn)化而來。此外，也有小部分耕地轉(zhuǎn)化為其他地類，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于新增耕地的面積。

表5 2007—2013年土地利用變化量Tab.5 Amount of land use change from 2007 to 2013 ﹙ hm2﹚

2)林地。2007—2011年間，林地面積持續(xù)增加，凈增加量達(dá)920.66 hm2，僅次于耕地和荒地，主要由沙地周邊的低覆蓋度天然牧草地轉(zhuǎn)化而來，說明由政府推行的治沙造林工作取得了較好的效果，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境也得到一定程度的改善;在2011—2012年和2012—2013年間，林地的主導(dǎo)變化為交換變化，交換變化量分別占總變化量的78.30%和97.26%，說明林地變化主要表現(xiàn)為地理位置的轉(zhuǎn)移，在由草地、荒地轉(zhuǎn)化而來的同時(shí)，也在與耕地、工礦用地及設(shè)施農(nóng)用地等土地類型進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

3)草地。2007—2013年間，草地是礦區(qū)唯一凈減少的地類，呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，總凈減少量達(dá)4 979.65 hm2。其中，2007—2011 年間的草地面積減少量最大，主要轉(zhuǎn)化為林地、耕地和荒地，轉(zhuǎn)化面積占減少量的83.88%，說明大部分草地被治沙造林、墾荒及土地平整開發(fā)所侵占;在2011—2012年和2012—2013年間，草地主要轉(zhuǎn)化為耕地(分別占各監(jiān)測時(shí)段減少量的58.37%和50.20%)，其次轉(zhuǎn)化為荒地和林地，說明由于礦區(qū)開發(fā)而引致的造林、墾荒及土地平整開發(fā)等活動(dòng)仍在持續(xù)。

4)居民點(diǎn)。在3個(gè)監(jiān)測時(shí)段內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)居民點(diǎn)呈現(xiàn)了有增無減的趨勢，總凈增加量為56.81 hm2，主要分布在原有村莊的周邊。其中，2007—2011年和2011—2012年間居民點(diǎn)主要由草地轉(zhuǎn)化而來(分別占增加量的56.27%和70.52%)，2012—2013年間居民點(diǎn)主要由荒地、林地和草地轉(zhuǎn)化而來(占增加量的90.96%)，說明居民點(diǎn)的增加主要侵占了原有村莊周邊相對平坦的草地、喬木林地及裸地。經(jīng)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)內(nèi)新增居民點(diǎn)除了少數(shù)用于改善居住條件外，大部分出租給外來的資源調(diào)查工作人員，表明居民點(diǎn)的凈增加與礦區(qū)開發(fā)息息相關(guān)。

5)工礦用地。在凈變化的主導(dǎo)下，工礦用地2007—2013年間呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢。其中，在2007—2011年間，工礦用地主要由草地轉(zhuǎn)化而來(占增加量的83.36%)，大部分源于烏審旗圖克工業(yè)園區(qū)初期建設(shè);在2011—2012年間，工礦用地的凈增加量最大(占總凈增加量的52.81%)，主要由荒地和草地轉(zhuǎn)化而來，除了圖克工業(yè)園區(qū)后續(xù)建設(shè)以外，天然氣開采用地的大量增加也是一個(gè)重要原因;在2012—2013年間，工礦用地的凈增加量也較大，同樣主要由荒地和草地轉(zhuǎn)化而來，緣于內(nèi)蒙古特弘生物有限責(zé)任公司園區(qū)后續(xù)建設(shè)、內(nèi)蒙古海峽能源有限責(zé)任公司園區(qū)建設(shè)和天然氣加速開采的共同作用。

6)交通用地。2007—2013年間，礦區(qū)交通設(shè)施的建設(shè)較快，交通用地呈現(xiàn)有增無減的趨勢。其中，在2007—2011年間，交通用地的凈增加量最大(占總凈增加量的97.77%)，大部分由草地轉(zhuǎn)化而來，主要是新恩鐵路的修建和蘭嘎一級公路在臺(tái)格蘇木附近的改道侵占;而在2011—2012年和2012—2013年間交通用地的凈增加量較小，主要是這2個(gè)監(jiān)測時(shí)段里無新建的鐵路和公路，只對蘭嘎一級公路的附屬設(shè)施加以完善，如修建收費(fèi)站和加油站等。

7)水域。2007—2013年間，水域呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢。其中，在2007—2011年間，水域的主導(dǎo)變化為凈變化，凈增加量是3個(gè)監(jiān)測時(shí)段中最大的(占總凈增加量的76.43%)，主要由草地轉(zhuǎn)化而來，新增水域除2個(gè)小型水庫外，其余主要為坑塘水面，這是由于礦區(qū)開發(fā)中因征地而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償所驅(qū)動(dòng)的;在2011—2012年間，水域變化與2007—2011年間基本相同，只是凈增加量較小些;而在2012—2013年間，水域的主導(dǎo)變化為交換變化，在草地和林地等轉(zhuǎn)化為坑塘水面的同時(shí)，河流水面也向工礦用地和林地等進(jìn)行了轉(zhuǎn)化，而這2種轉(zhuǎn)化都與礦區(qū)開發(fā)存在正相關(guān)的關(guān)系。

8)設(shè)施農(nóng)用地。2007—2013年間，礦區(qū)內(nèi)設(shè)施農(nóng)用地的變化由凈變化所主導(dǎo)，呈現(xiàn)有增無減的趨勢。其中，在2007—2011年間，設(shè)施農(nóng)用地的凈增加量最大(占總凈增加量的72.93%)，主要由草地轉(zhuǎn)化而來，這緣于臺(tái)格嘎查農(nóng)田水利示范工程、榮騰農(nóng)牧業(yè)開發(fā)有限公司及標(biāo)準(zhǔn)示范菜園等一系列大型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施的開工建設(shè);在2011—2012年和2012—2013年間，設(shè)施農(nóng)用地的凈增加量明顯小于前一時(shí)段，主要也由草地轉(zhuǎn)化而來。礦區(qū)內(nèi)設(shè)施農(nóng)用地的增加不僅是居民提高收益的選擇，還是征地補(bǔ)償預(yù)期直接驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。

9)荒地。2007—2011年間，荒地的主導(dǎo)變化為凈變化，凈增加量僅次于耕地，大部分由草地轉(zhuǎn)化而來(占增加量的87.95%)，主要是圖克工業(yè)園區(qū)(2008年動(dòng)工)、內(nèi)蒙古特弘生物有限責(zé)任公司園區(qū)及設(shè)施農(nóng)用地建設(shè)時(shí)土地平整所侵占的;2011—2013年間，荒地的主導(dǎo)變化為交換變化，在草地和林地等平整后轉(zhuǎn)化為荒地的同時(shí)，2007—2011年間增加的荒地也逐漸轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和耕地等土地利用類型，說明荒地的變化更多是草地向建設(shè)用地、設(shè)施農(nóng)用地及耕地等土地類型轉(zhuǎn)化的中間過程。

綜上所述，耕地在2007—2013年間呈現(xiàn)持續(xù)高速增加的趨勢，這種大面積墾荒活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力主要來自于當(dāng)?shù)鼐用駥ΦV區(qū)開發(fā)過程中將進(jìn)行征地補(bǔ)償?shù)念A(yù)期，居民點(diǎn)、水域和設(shè)施農(nóng)用地面積的持續(xù)增加也是這一驅(qū)動(dòng)力的直接體現(xiàn);林地和交通用地在2007—2011年間的凈增加量最大，前者緣于政府推行的治沙造林，后者緣于新恩鐵路的修建和蘭嘎一級公路的改道;工礦用地在監(jiān)測時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，主要是工業(yè)園區(qū)建設(shè)和天然氣資源加速開采的結(jié)果，隨著新街臺(tái)格廟礦區(qū)開發(fā)進(jìn)入建設(shè)階段，工礦用地仍將保持增長的態(tài)勢;草地作為礦區(qū)內(nèi)唯一凈減少的土地類型，其大面積被侵占是經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使而導(dǎo)致的;荒地的變化更多地體現(xiàn)草地轉(zhuǎn)化為其他土地利用類型的中間過程。

5 結(jié)論

1)新街臺(tái)格廟礦區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)在近6 a間發(fā)生了較大的變化，除草地面積持續(xù)減少外，其余土地利用類型的面積都有不同幅度的增加，其中耕地、林地、荒地、工礦用地和設(shè)施農(nóng)用地的凈增加量相對較高。

2)2007—2013年間，耕地、居民點(diǎn)、水域(坑塘水面)和設(shè)施農(nóng)用地呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，其驅(qū)動(dòng)力來自于居民對礦區(qū)開發(fā)過程中征地補(bǔ)償?shù)念A(yù)期;并且隨著新街臺(tái)格廟礦區(qū)的開發(fā)逐漸進(jìn)入礦區(qū)建設(shè)階段，這一驅(qū)動(dòng)力必然會(huì)繼續(xù)發(fā)揮作用。

3)草地作為礦區(qū)內(nèi)唯一凈減少的土地利用類型，其大面積被侵占是礦區(qū)內(nèi)相關(guān)利益體在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使下而導(dǎo)致的。如工礦企業(yè)希望能夠以較低的征地補(bǔ)償成本進(jìn)行工業(yè)園區(qū)的建設(shè)，當(dāng)?shù)鼐用裣Ｍ軌蛟谡鞯剡^程中取得更高的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)取?/p>

4)隨著礦區(qū)開發(fā)的穩(wěn)步推進(jìn)，礦區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)也將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。為了確保礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，有必要開展后續(xù)的土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作，尤其應(yīng)關(guān)注大面積墾荒活動(dòng)而造成的植被破壞和水土流失的現(xiàn)象。

［1］ 聶洪峰，楊金中，王曉紅，等.礦產(chǎn)資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術(shù)問題與對策研究［J］.國土資源遙感，2007，19(4):11－13.doi:10.6046/gtzyyg.2007.04.03.Nie H F，Yang JZ，Wang X H，et al.The problems in the remote sensing monitoring technology for the exploration of mineral resources and the countermeasures［J］.Remote Sensing for Land and Resources，2007，19(4):11－ 13.doi:10.6046/gtzyyg.2007.04.03.

［2］ 漆小英，晏明星.多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)在礦山擴(kuò)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.國土資源遙感，2007，19(3):85－ 88.doi:10.6046/gtzyyg.2007.03.20.Qi X Y，Yan M X.Dynamic monitoring ofmining area expansion based onmultitemporal remote sensing images［J］.Remote Sensing for Land and Resources，2007，19(3):85－ 88.doi:10.6046/gtzyyg.2007.03.20.

［3］ 張 磊，吳炳方.關(guān)于土地覆被遙感監(jiān)測的幾點(diǎn)思考［J］.國土資源遙感，2011，23(1):15－20.doi:10.6046/gtzyyg.2011.01.03.Zhang L，Wu B F.A discussion on land covermapping［J］.Remote Sensing for Land and Resources，2011，23(1):15－ 20.doi:10.6046/gtzyyg.2011.01.03.

［4］ 王欽軍，陳 玉，藺啟忠.礦山地面塌陷的高分辨率遙感識(shí)別與邊界提?。跩］.國土資源遙感，2011，23(3):113－116.doi:10.6046/gtzyyg.2011.03.20.Wang Q J，Chen Y，Lin Q Z.Surface collapse identification and its boundary extraction using high resolution remote sensing［J］.Remote Sensing for Land and Resources，2011，23(3):113－ 116.doi:10.6046/gtzyyg.2011.03.20.

［5］ 曹子劍，吳學(xué)瑜，高振宇，等.基于發(fā)展壓力狀態(tài)的土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測區(qū)域劃分方法——以天津市津南區(qū)為例［J］.國土資源遙感，2013，25(3):124－129.doi:10.6046/gtzyyg.2013.03.21.Cao Z J，Wu X Y，Gao ZY，etal.Land use dynamic remote sensing monitoring region partitioning method based on the development pressure state:A case study of Jinnan District，Tianjin City［J］.Remote Sensing for Land and Resources，2013，25(3):124－ 129.doi:10.6046/gtzyyg.2013.03.21.

［6］ 尚 慧，倪萬魁.石嘴山礦區(qū)地表環(huán)境動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測［J］.國土資源遙感，2013，25(2):113－ 120.doi:10.6046/gtzyyg.2013.02.20.Shang H，NiW K.Remote sensingmonitoring of dynamic changes of surface environment in Shizuishanmining area［J］.Remote Sensing for Land and Resources，2013，25(2):113－ 120.doi:10.6046/gtzyyg.2013.02.20.

［7］ 張和生，呂 強(qiáng)，霍官印.礦區(qū)開發(fā)不同階段土地復(fù)墾與生態(tài)系統(tǒng)重建［J］.煤礦環(huán)境保護(hù)，2002，16(1):15－17.Zhang H S，Lv Q，Huo G Y.Land reclamation and ecological rehabilitation of development different stage in mining areas［J］.Coal Mine Environmental Protection，2002，16(1):15－17.

［8］ 車仁浦.神華新街礦區(qū)三維數(shù)字化管理平臺(tái)的建設(shè)研究［J］.中國煤炭，2012，38(7):54－58.Che R P.Research on construction of3D digitalmanagement platform for Xinjie mining area of Shenhua Group［J］.China Coal，2012，38(7):54－58.

［9］ 車仁浦.科學(xué)規(guī)劃持續(xù)創(chuàng)新高起點(diǎn)建設(shè)神華新街礦區(qū)［J］.煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2012，32(7):25－27.Che R P.Scientific planning and sustainable innovation to construct Shenhua Xinjiemining area athigh level［J］.Coal Economic Research，2012，32(7):25－27.