采煤沉陷區(qū)地理國情監(jiān)測(cè)中地表覆蓋分類體系探索研究

王麗男

(遼寧省自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 130034)

1 引言

煤炭資源作為我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有非常重要的戰(zhàn)略地位，然而煤炭資源開發(fā)本身就是一柄“雙刃劍”，在推動(dòng)社會(huì)發(fā)展為國民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造財(cái)富的同時(shí)，也引發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害、土地資源破壞、礦山環(huán)境污染等一系列問題，其中地表塌陷問題最具代表性。黨的“十八大”以來，圍繞著生態(tài)文明體系建設(shè)的需求，資源枯竭型城市轉(zhuǎn)型升級(jí)的強(qiáng)烈倡導(dǎo)，礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)已成為學(xué)者的研究重點(diǎn)，而構(gòu)建地表覆蓋分類體系是實(shí)現(xiàn)礦區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)和依據(jù)。隨著地理國情監(jiān)測(cè)常態(tài)化的推進(jìn)，圍繞生態(tài)文明體系建設(shè)的需求，將地理國情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用于礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)無疑是未來重要的發(fā)展方向。

目前，研究礦區(qū)地表覆蓋變化問題所采用的分類體系，我國尚無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，大多參考已有的土地利用/土地，但此類分類體系在應(yīng)用于采煤沉陷區(qū)地表覆蓋變化研究時(shí)均有一定的局限性[1，2]，主要表現(xiàn)在一是監(jiān)測(cè)內(nèi)容上過于單一片面，或側(cè)重土地利用，或側(cè)重自然屬性，規(guī)避了二者的雙重表達(dá)；二是監(jiān)測(cè)區(qū)域上多為全域型，要素提取指標(biāo)比較寬泛，針對(duì)小范圍沉陷區(qū)內(nèi)的要素進(jìn)行了綜合取舍或歸并處理，導(dǎo)致分類結(jié)果的精度大大降低。鑒于此，本文以撫順露天礦采煤沉陷區(qū)為研究區(qū)，基于地理國情監(jiān)測(cè)分類體系構(gòu)建了一套采煤沉陷區(qū)地表覆蓋變化遙感監(jiān)測(cè)的內(nèi)容與指標(biāo)體系，利用多時(shí)相高分辨率遙感影像提取地表覆蓋信息，并對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析和驗(yàn)證，為同類型小面積采煤沉陷區(qū)地表覆蓋變化監(jiān)測(cè)積累經(jīng)驗(yàn)(圖1)。

圖1 采煤沉陷區(qū)地表覆蓋變化監(jiān)測(cè)技術(shù)流程

2 研究區(qū)概況

撫順市，位于遼寧省東部，有“煤都”之稱。東與吉林省接壤，西距沈陽45 km，北鄰鐵嶺，南與本溪相望。由龍鳳礦和老虎臺(tái)礦井工開采形成的地表沉降，總面積18.41 km2。沉陷區(qū)域內(nèi)居民住宅、大中型企業(yè)遭到巨大破壞，被迫遷出沉陷區(qū)；部分土地被淹沒在水中，無法恢復(fù)利用。隨著井下采區(qū)的進(jìn)一步擴(kuò)大，地表破壞還將繼續(xù)加重。采煤沉陷區(qū)搬遷治理工程、西露天礦滑移區(qū)搬遷治理工程、環(huán)境治理和生態(tài)恢復(fù)工程、災(zāi)害影響區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施恢復(fù)工程是撫順市政府確立的礦山環(huán)境治理四大工程。

3 資料收集

收集資料包括：①2010年、2013年、2015年3期航空影像資料，其中2010年、2013年為數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)，分辨率0.2 m，2015年為傾斜攝影正射影像數(shù)據(jù)，分辨率為0.08 m。②該區(qū)域地理國情普查地表覆蓋矢量成果、遙感解譯樣本成果等各類信息。③采煤沉陷區(qū)沉降監(jiān)測(cè)成果、綜合治理情況、土地復(fù)墾情況。

4 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與分類指標(biāo)體系建立

地表覆蓋是自然地物和人造地物的要素統(tǒng)稱，具有一定的空間性和時(shí)間性。礦區(qū)的地表覆蓋則主要反映的是區(qū)域內(nèi)的植被、地形地貌、水域以及裸露地表等要素信息，并能夠真實(shí)地描述這些信息所屬地物類別、范圍、面積大小以及地理位置等等。根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)和研究目的，基于地理國情監(jiān)測(cè)地表覆蓋分類體系，本文采用多級(jí)方式將采煤沉陷區(qū)地表覆蓋監(jiān)測(cè)內(nèi)容確定為2級(jí)，共7個(gè)類別。根據(jù)采煤沉陷區(qū)影像數(shù)據(jù)源的情況，結(jié)合監(jiān)測(cè)目的與需求，初步建立了撫順采煤沉陷區(qū)地表覆蓋監(jiān)測(cè)內(nèi)容與分類指標(biāo)體系，見表1。

5 地表覆蓋變化信息提取

(1)影像數(shù)據(jù)處理。分別對(duì)2010年、2013年、2015年的航空正射影像數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、影像拼接、裁切等處理。

表1 采煤沉陷區(qū)地表覆蓋分類指標(biāo)體系

(2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)。采用人工解譯編輯的分類方法，按照所建立的采煤沉陷區(qū)地表覆蓋分類指標(biāo)體系分別提取了2010年、2013年、2015年地表覆蓋信息。

(3)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編輯與整理?；诟叻直媛蕯?shù)字正射影像數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)地表覆蓋的范圍、位置及類別進(jìn)行采集、編輯，以保證其拓?fù)潢P(guān)系和空間位置關(guān)系的準(zhǔn)確性(圖2)。

6 結(jié)果分析驗(yàn)證

圖3顯示：①種植土地面積和林草覆蓋面積均呈線性下降。種植土地面積占比由2010年的19.49%下降至2015年的17.5%，林草覆蓋面積占比由2010年的26.89%下降至2015年的21.96%。除監(jiān)測(cè)周期影像實(shí)相和種植情況略有不同，整體上與期間城鎮(zhèn)發(fā)展、采煤沉陷等對(duì)耕地占用這一趨勢(shì)相符。②水域面積明顯增加。由2010年的4.72%增加至2015年的5.37%，研究區(qū)面積不大，除季節(jié)性河流變化影響外，增加部分均來自坑塘，正是采煤沉陷區(qū)內(nèi)的積水所導(dǎo)致。③房屋建筑區(qū)、道路、人工堆掘地等人工建設(shè)用地面積占比顯著上升。這與城鎮(zhèn)發(fā)展、開采工作持續(xù)進(jìn)行這一情況基本吻合。

圖2 采煤沉陷區(qū)地表覆蓋分類(2010～2015年)

圖3 采煤沉陷區(qū)地表覆蓋類別面積占比示意

7 結(jié)語

本文以撫順露天礦采煤沉陷區(qū)為研究實(shí)例，在地理國情監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)地情況，構(gòu)建了地表覆蓋分類指標(biāo)體系，利用2010年、2013年和2015年遙感影像數(shù)據(jù)，采集制作了多時(shí)相監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過對(duì)比分析，驗(yàn)證了指標(biāo)體系的合理性與適用性。該分類指標(biāo)體系包括自然生態(tài)地表和人工建設(shè)用地兩大類，在后續(xù)專項(xiàng)研究時(shí)，可以根據(jù)需要進(jìn)一步細(xì)化，如可以結(jié)合專題資料或外野調(diào)查，明確水域中坑塘的類型，區(qū)分天然形成的坑塘和沉陷導(dǎo)致的坑塘。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合，對(duì)開展同類型小面積礦區(qū)地表覆蓋監(jiān)測(cè)具有一定的參考價(jià)值。下一步可進(jìn)一步收集不同時(shí)期的影像數(shù)據(jù)，結(jié)合采煤沉陷區(qū)規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境、治理效果等方面的專題資料，開展地表覆蓋變化監(jiān)測(cè)結(jié)果分析研究。