基于遙感技術(shù)礦山環(huán)境恢復(fù)治理方案研究—以揚(yáng)子地臺(tái)西部地區(qū)為例

吳蔚 董雙發(fā)

一、引言

近年來我國礦業(yè)開發(fā)過程中，部分礦山長期高強(qiáng)度大規(guī)模無節(jié)制地開采和無序私挖濫采導(dǎo)致礦山環(huán)境不斷惡化，土地?fù)p毀、地質(zhì)災(zāi)害、水土流失、生態(tài)平衡失調(diào)等問題日益突出，礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理工作已受到高度重視。遙感技術(shù)作為一種新興便捷的信息獲取技術(shù)，其具有的多種類、多平臺(tái)、多時(shí)段、多波段特色及信息豐富、周期短、實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等優(yōu)勢,無疑是獲取礦山環(huán)境恢復(fù)治理相關(guān)信息最快速、有效的先進(jìn)手段之一[1]。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，商業(yè)化的資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的空間分辨率和光譜分辨率越來越高，利用遙感技術(shù)對(duì)礦山環(huán)境治理現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測是必然趨勢[2]。

二、研究區(qū)概述

研究區(qū)位于我國西南貴州省、重慶市，跨及云南省東部、四川省東部、廣西壯族自治區(qū)西部和湖南省西部，地理坐標(biāo)東經(jīng)10242至11133，北緯21 35至3257之間，面積約67.22萬平方公里。區(qū)內(nèi)以中高山地貌為主，地形復(fù)雜；氣候溫暖，雨水充沛，日照適中；自然景觀多樣，生物種類豐富，生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)。

研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，以能源、黑色金屬、有色金屬和非金屬礦產(chǎn)為主，優(yōu)勢礦產(chǎn)主要為煤、鐵、錳、鋁土、金、銅、鉛鋅等。煤礦主要集中分布在四川盆地成礦帶中部、上揚(yáng)子中東部成礦帶中部；鐵礦主要集中分布在上揚(yáng)子中東部成礦帶；鋁土礦以桂西—黔西南—滇東南北部成礦區(qū)南部最為豐富；江南隆起西段成礦帶則為錳、金、銅、鉛鋅密集區(qū)。

2015年度研究區(qū)內(nèi)存在礦山開發(fā)圖斑35849處，其中正在開采10300處，關(guān)閉或廢棄25549處；礦業(yè)活動(dòng)占地面積167649.3公頃，約占研究區(qū)總面積的0.25%，已恢復(fù)治理面積4967.6公頃，恢復(fù)治理率2.96%。

三、遙感影像處理與信息提取

遙感影像處理是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)遙感影像進(jìn)行加工處理，影像處理的好壞會(huì)直接影響目標(biāo)信息的提取、解譯效果及各種專題制圖的精度[3]。

研究區(qū)采用的遙感數(shù)據(jù)源為多源遙感影像，以TH1、ZY3、SPOT6為主，其次包括GF1、02C、YG24、P1等，時(shí)相為2014年和2015年。

遙感影像數(shù)據(jù)在幾何校正、圖像融合、圖像鑲嵌與裁剪、大氣校正等預(yù)處理的基礎(chǔ)上，需要針對(duì)部分存在高亮、黑暗、紋理信息損失等現(xiàn)象的礦山開發(fā)圖斑區(qū)域做增強(qiáng)處理，可采用線性、非線性反差增強(qiáng)法，最終目的是壓縮干擾信息，提高礦山目標(biāo)識(shí)別效果[4]。

3.1 建立解譯標(biāo)志

根據(jù)影像色彩、幾何形狀、結(jié)構(gòu)影紋等特征，建立人工植被綠化、土地復(fù)墾、土地平整、邊坡治理植被綠化、自然恢復(fù)等不同治理方式的礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理解譯標(biāo)志。

信息提取以遙感影像為基礎(chǔ)信息源，基于ARCGIS平臺(tái)，采用RS-GIS一體化的采集方式對(duì)揚(yáng)子地臺(tái)西部地區(qū)礦山環(huán)境恢復(fù)治理信息進(jìn)行提取。通過對(duì)比2014年與2015年影像，結(jié)合影像上的地物特征，根據(jù)幾何形態(tài)、色調(diào)、結(jié)構(gòu)紋理等進(jìn)行室內(nèi)解譯；對(duì)于室內(nèi)無法準(zhǔn)確直接解譯的地物，參照其他相關(guān)專業(yè)資料和圖件，結(jié)合實(shí)地調(diào)查綜合分析以提高解譯精度[5]。

3.2 信息提取成果

通過遙感監(jiān)測與實(shí)地勘查，2014年揚(yáng)子地臺(tái)西部地區(qū)正在利用的礦山總面積為69291.1公頃，廢棄礦山總面積為81680.4公頃，已恢復(fù)治理礦山1058個(gè)，總面積3865.4公頃，占全區(qū)礦山用地的2.56%。2015年正在利用的礦山總面積為79360.8公頃，廢棄礦山總面積為88288.5公頃，已恢復(fù)治理礦山1393個(gè)，總面積4967.6公頃，占全區(qū)礦山用地的2.96%。

比較2014年和2015年信息提取成果：礦山環(huán)境恢復(fù)治理面積由3865.4公頃增加至4967.6公頃，新增1102.2公頃，增加了28.51%；礦山環(huán)境恢復(fù)治理率由2.56%增加至2.96%，增加了0.4個(gè)百分點(diǎn)。

研究區(qū)2015年度礦山環(huán)境恢復(fù)治理方式以普通植被恢復(fù)數(shù)量最多，共762處；其次為礦山復(fù)墾260處，土地平整188處，邊坡治理97處，自然恢復(fù)86處。廢棄礦山的占地類型以采場面積（58732.6公頃）最大，其次為中轉(zhuǎn)場地（20859.1公頃），另外還有固體廢棄物（7749.9公頃）以及礦山建筑（946.9公頃）等?？梢姀U棄礦山面積仍為已治理礦山面積的近18倍，全區(qū)礦山環(huán)境恢復(fù)治理面積依舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，廢棄礦山的治理力度還有待加強(qiáng)。

四、典型恢復(fù)治理圖斑及治理方案剖析

通過遙感解譯與野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，揚(yáng)子地臺(tái)西部地區(qū)不同區(qū)域、不同礦種及不同開采方式等的礦山環(huán)境恢復(fù)治理方案各不相同，各個(gè)礦山根據(jù)自身的特點(diǎn)制定了礦山環(huán)境恢復(fù)治理方案，典型的治理方案主要有以下幾種：

(1)普通植被恢復(fù)，轉(zhuǎn)為林業(yè)用地

普通植被恢復(fù)是礦山環(huán)境恢復(fù)治理中最為常見的治理方案，揚(yáng)子地臺(tái)西部地區(qū)多數(shù)礦山在停采后進(jìn)行砌坡、填土石、復(fù)土，植被恢復(fù)。如貴州省清鎮(zhèn)市麥格鄉(xiāng)××鋁土礦環(huán)境恢復(fù)治理，根據(jù)2014年的SPOT6遙感影像數(shù)據(jù)較難分辨該礦山是否進(jìn)行了恢復(fù)治理；但在2015年的YG24影像數(shù)據(jù)中該礦山部分區(qū)域明顯有了淺綠色階梯狀紋理，說明該礦山進(jìn)行了環(huán)境恢復(fù)治理（見圖1）。經(jīng)野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)礦山開采面已進(jìn)行降坡處理，做成多層臺(tái)階，臺(tái)階上復(fù)土種植樹苗，植被生長茂盛，礦山環(huán)境恢復(fù)治理效果良好（見圖2）。

(2)礦山復(fù)墾，轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)用地

礦山復(fù)墾是礦山環(huán)境恢復(fù)治理較為常見的一種治理方式，通過復(fù)墾不僅改善了礦山生態(tài)環(huán)境，而且改善了土地質(zhì)量，還能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，充分實(shí)現(xiàn)了土地資源的再利用，研究區(qū)一些地表剝離較淺的礦山和大型礦山排土場選擇復(fù)墾進(jìn)行恢復(fù)治理。如貴州省福泉市××磷礦排土場，根據(jù)2014年的SPOT6遙感影像排土場已被平整，較大區(qū)域被綠色植被覆蓋，可判斷2014年該礦山已經(jīng)進(jìn)行了環(huán)境恢復(fù)治理工作；2015年為GF1遙感影像，該排土場除被密集的綠色植被覆蓋外，邊坡的紋理較為平整規(guī)則，與普通植被恢復(fù)治理有所不同（見圖3）。經(jīng)野外調(diào)查，該礦山排土場修建了擋土墻及排洪溝，部分區(qū)域種植玉米恢復(fù)為耕地，進(jìn)行了土地復(fù)墾，治理面積較大，恢復(fù)程度較高（如圖4所示）。

(3)引進(jìn)企業(yè)項(xiàng)目，轉(zhuǎn)為工業(yè)用地

在距離市區(qū)較近的礦區(qū)，充分利用地理位置上的優(yōu)勢，將廢棄礦山進(jìn)行土地平整，引進(jìn)企業(yè)項(xiàng)目，將礦業(yè)用地轉(zhuǎn)為工業(yè)用地，不僅能使礦山占損土地得到充分利用，還能為當(dāng)?shù)貛砹艘欢ǖ慕?jīng)濟(jì)效益。如貴州省××水泥有限公司石灰石礦山，根據(jù)兩年影像對(duì)比，2015年礦山恢復(fù)治理區(qū)域比2014年明顯增大且紋理平整（見圖5）。經(jīng)野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該礦山場地已鋪碎石進(jìn)行平整，平整完成后的土地將入駐企業(yè)項(xiàng)目（見圖6）。

(4)修建服務(wù)設(shè)施，轉(zhuǎn)為公共服務(wù)用地

露天開采的礦產(chǎn)開發(fā)集中區(qū)占用了大量的土地資源，結(jié)合其地表剝離較淺、占地面積大的特點(diǎn)，地方政府將一些距離居民區(qū)較近的礦產(chǎn)開發(fā)集中區(qū)修建成公共服務(wù)用地供居民使用。如重慶市大足縣××煤礦，由于長年累月無序開采，造成大面積植被破壞、水土流失，同時(shí)誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害及隱患?？紤]到該礦區(qū)占地面積大、影響范圍廣，縣政府決定對(duì)其進(jìn)行大范圍高標(biāo)準(zhǔn)治理，把礦區(qū)治理成生態(tài)陵園。對(duì)比2015年與2014年影像，2015年高分辨率P1遙感影像中該礦區(qū)有明顯的降坡與復(fù)綠治理措施，降坡后影像上具有階梯狀紋理，復(fù)綠后影像上具有綠色植被紋理（見圖7）。通過對(duì)遙感影像進(jìn)行解譯，圈定出該礦區(qū)環(huán)境恢復(fù)治理面積約1.72公頃。經(jīng)野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)治理措施包括對(duì)原礦區(qū)進(jìn)行客土、覆土平整，控制水土流失，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，解決山體滑坡安全隱患等?，F(xiàn)該礦區(qū)實(shí)施道路硬化、種植草木、配套硬件設(shè)施等項(xiàng)目，變礦區(qū)為生態(tài)陵園（見圖8）。

(5)自然恢復(fù)，轉(zhuǎn)為其他用地

揚(yáng)子地臺(tái)西部地區(qū)兼具低緯氣候、季風(fēng)氣候、高原氣候的特點(diǎn)，全區(qū)大部分地方氣候溫暖，雨水充足，植被容易生長。一些礦山由于開采地形險(xiǎn)要，停采后未及時(shí)治理，經(jīng)較長一段時(shí)間后，礦區(qū)內(nèi)雜草生長，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了自然恢復(fù)。如貴州省松桃苗族自治縣蓼皋鎮(zhèn)××采石場礦山環(huán)境恢復(fù)治理，對(duì)比2014年的多光譜SPOT6遙感影像和2015年的TH1遙感影像沒有明顯變化，較難分辨出該礦山是否進(jìn)行了環(huán)境恢復(fù)治理，均為石料開采而裸露的地表（見圖9）。經(jīng)野外調(diào)查，該礦山開采礦種為建筑用白云巖，礦山開采面為堅(jiān)硬的巖壁，較難進(jìn)行恢復(fù)治理，因此礦山在停采后未及時(shí)進(jìn)行環(huán)境恢復(fù)治理。但目前該礦山開采面已經(jīng)自然風(fēng)化，整個(gè)礦區(qū)自然生長雜草且長勢茂盛，當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門已不再打算治理該礦山，若再進(jìn)行治理反而破壞目前的恢復(fù)狀況（見圖10）。

五、結(jié)論

1）本文利用遙感技術(shù)對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理和增強(qiáng)處理操作，使其達(dá)到容易被判讀的要求后，應(yīng)用于礦山環(huán)境監(jiān)測工作，能夠快速全面獲取土地?fù)p毀、地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境恢復(fù)治理等信息，效果十分顯著。

2）通過對(duì)比兩期遙感影像，觀察礦山環(huán)境變化情況，研究其變化趨勢，采用RS-GIS一體化的采集方式提取揚(yáng)子地臺(tái)西部礦山環(huán)境恢復(fù)治理信息，結(jié)合野外查證，能夠快速有效總結(jié)出常用的礦山環(huán)境恢復(fù)治理方案類型。

3）部分方案不僅達(dá)到了礦山環(huán)境恢復(fù)治理的目的，還能帶來一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)廢棄礦山的治理具有一定借鑒作用，對(duì)促進(jìn)礦山生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要研究意義。

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