河南礦山環(huán)境恢復(fù)治理遙感調(diào)查與分析

金玉玲， 耿麗艷， 齊慶超

河南省地礦局測繪地理信息院/河南省天空地遙感智能監(jiān)測工程技術(shù)研究中心/河南省自然資源天空地遙感智能監(jiān)測研究科技創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450006

引 言

近年來，礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理工作被提到了前所未有的高度。政府在礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理上投入了大量資金，取得了一定成效，礦山恢復(fù)治理有了明顯提高，但依舊存在治理經(jīng)費(fèi)不足，礦山資料掌握不足等問題。如何解決礦山環(huán)境問題，是目前迫切需要解決的課題。而遙感技術(shù)具有快速、動態(tài)獲取大量礦山資源環(huán)境信息的優(yōu)勢，將不同時(shí)相、不同傳感器獲取的數(shù)據(jù)綜合分析，能得到海量動態(tài)信息，降低資金成本、減少人力，實(shí)時(shí)提供礦山恢復(fù)治理數(shù)據(jù)。

隨著遙感技術(shù)的日益發(fā)展，中國地質(zhì)調(diào)查局部署的礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)遙感調(diào)查與監(jiān)測、礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)遙感監(jiān)測、全國礦產(chǎn)衛(wèi)片遙感解譯、礦山遙感調(diào)查與監(jiān)測、全國礦產(chǎn)資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測[1-2]；河南省自然資源廳先后部署開展的河南省礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目(2018年度)、河南省礦山地質(zhì)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目(2019年度)、2020年度礦業(yè)權(quán)人勘查開采公示信息實(shí)地核查工作遙感解譯專項(xiàng)等項(xiàng)目，礦山環(huán)境恢復(fù)治理的遙感調(diào)查方法日趨成熟。前人魚磊等[3]、楊漢水等[4]、王昊等[5]、王海慶等[6-8]、陳玲等[9]從不同角度介紹了礦山遙感監(jiān)測的技術(shù)方法或調(diào)查成果。

這些論文為本文的調(diào)查工作提供了參考資料，本文綜合利用以上論文的先進(jìn)技術(shù)方法，結(jié)合所承擔(dān)項(xiàng)目的實(shí)際工作情況，對河南省礦山恢復(fù)治理進(jìn)行遙感調(diào)查研究，不同角度分析了河南省礦山恢復(fù)治理情況，并通過數(shù)據(jù)分析處理統(tǒng)計(jì)了各地市礦山疑似違法開采情況，為河南省礦山恢復(fù)治理工作及礦政管理工作提供數(shù)據(jù)。

1 河南省礦產(chǎn)資源概況

河南省是全國重要的礦產(chǎn)資源大省和礦業(yè)大省，礦業(yè)產(chǎn)值連續(xù)多年位于全國前5位。2014年，河南省已發(fā)現(xiàn)的礦種為142種，開發(fā)利用的礦種有93種。優(yōu)勢礦產(chǎn)主要為煤、石油、天然氣等能源礦產(chǎn)，鉬、金、鋁、銀金屬礦產(chǎn)，以及天然堿、鹽礦、耐火黏土、藍(lán)石棉、珍珠巖、水泥灰?guī)r、石英砂巖等非金屬礦產(chǎn)。截至2017年末，河南境內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的礦種有144種，已經(jīng)查明礦產(chǎn)儲量的礦種有110種，已經(jīng)開發(fā)利用的礦種有93種。全年新發(fā)現(xiàn)大中型礦產(chǎn)地11處。河南省礦業(yè)經(jīng)濟(jì)迅猛推進(jìn)，但由于礦山企業(yè)管理粗放、技術(shù)落后等原因，礦山開采也給生態(tài)環(huán)境帶來了較大損害。近年來，河南省礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作通過建立制度取得了不錯(cuò)的成效。

2 調(diào)查方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)獲取及處理

(1)遙感數(shù)據(jù)獲取

項(xiàng)目所需高分影像數(shù)據(jù)：主要采用國家衛(wèi)星應(yīng)用中心河南地礦節(jié)點(diǎn)提供的“高分二號”“高分一號”等衛(wèi)星遙感影像。根據(jù)工作區(qū)范圍，對2018年4月份和2019年11月份影像進(jìn)行了篩選，獲取了覆蓋工作區(qū)的“高分一號”“高分二號”“資源三號”等滿足工作需要的衛(wèi)星遙感影像，實(shí)現(xiàn)了年度全覆蓋。優(yōu)先選擇霧氣較少、云量較少的“高分二號”衛(wèi)星遙感影像，在“高分二號”遙感影像不清晰或未覆蓋的區(qū)域，采用同時(shí)相的“高分一號”遙感影像，或者采用與“高分一號”分辨率接近的“高分2米/8米星座”和“資源三號”衛(wèi)星遙感影像。獲取的遙感數(shù)據(jù)基本覆蓋了河南省全境。

(2)遙感數(shù)據(jù)處理

由于工作區(qū)域范圍比較大，遙感影像數(shù)據(jù)量巨大，為提高處理效率本次工作高分影像數(shù)據(jù)主要采用集群式處理方法，利用遙感數(shù)據(jù)集群式處理軟硬件系統(tǒng)，完成高分遙感影像處理工作[10]。數(shù)據(jù)處理流程主要包括：工程建立、匹配轉(zhuǎn)點(diǎn)、平差定向、正射糾正、影像融合、影像勻光、鑲嵌成圖等步驟[11]。

2.2 遙感解譯方法

前人對于遙感解譯方法的報(bào)道很多，遙感解譯過程中恢復(fù)治理工程和廢棄荒地易混淆，本文主要介紹一下區(qū)分方法，詳見表1。

表1 易混淆圖斑處理方法Table 1 Confused spot treatment method

2.3 野外核查驗(yàn)證

野外實(shí)地核查是驗(yàn)證遙感解譯成果正確性的必要措施，目的是通過現(xiàn)場核查驗(yàn)證，檢驗(yàn)內(nèi)業(yè)解譯的正確率，修改補(bǔ)充遙感解譯標(biāo)志及解譯成果，提高遙感解譯成果的正確率。主要驗(yàn)證解譯圖斑類型、利用狀態(tài)、解譯圖斑邊界的正確性，以及是否有遺漏[12-14]。野外驗(yàn)證后修改完善室內(nèi)解譯成果，包括修改解譯錯(cuò)誤的圖斑，調(diào)整不合理的圖斑解譯邊界，補(bǔ)充漏譯圖斑，屬性完善信息提取工作。

本次共驗(yàn)證1 230個(gè)圖斑，涵蓋全部圖斑類型，其中恢復(fù)治理圖斑350個(gè)。野外驗(yàn)證結(jié)果與室內(nèi)判定結(jié)果一致的圖斑有1 070，正確率達(dá)到87%；野外驗(yàn)證結(jié)果與室內(nèi)判定結(jié)果不一致的有160個(gè)，占13%。造成不一致的主要原因?yàn)椴糠值貐^(qū)的影像質(zhì)量不太好，對解譯工作造成了一定的干擾。

3 遙感解譯調(diào)查結(jié)果

3.1 各類正在利用礦山地物面積

根據(jù)獲取的影像，2019年礦山開采遙感解譯面積約8 000 km2，涉及省部、省、市及縣(市、區(qū))發(fā)證采礦許可證礦山，已經(jīng)閉坑及責(zé)任人滅失礦山等。共解譯圖斑10 624處，其中占地面積從大到小依次為露天采場4 678處、工業(yè)廣場2 527處、廢石渣堆1 603處、矸石山291處、排土場231處、尾礦庫346處、選礦廠912處、冶煉廠36處(見表2)。

表2 各類正在利用礦山地物面積統(tǒng)計(jì)Table 2 Various types of mining surface area is being used statistical

3.2 環(huán)境恢復(fù)治理情況

2019年河南省礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程解譯2 205處，面積12 175.57 hm2(見表3)。其中治理面積較多的有三門峽市、洛陽市、平頂山市、鄭州市、焦作市、新鄉(xiāng)市?；謴?fù)前土地類型主要為露天采場，占總面積的80%，其它從大到小分別為工業(yè)廣場、廢石渣堆、尾礦庫等?；謴?fù)后土地類型主要為耕地區(qū)、種草區(qū)、種樹區(qū)、自然恢復(fù)等(見表4)。河南省的恢復(fù)治理措施主要為采坑回填后先進(jìn)行平整修復(fù)，其中土質(zhì)較好、土層較厚、水源充足的開采廢棄地，恢復(fù)為耕地;對于覆土較薄、礦渣含量大的開采廢棄地，則宜種植松柏、刺槐、榆樹等耐旱、耐瘠薄、易成活樹種或種草以防水土流失，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

表3 礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程統(tǒng)計(jì) /hm2Table 3 Mine geological environment interpretation and management project statistics

表4 恢復(fù)后各土地類型面積統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of area of various land types after restoration /hm2

3.3 礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理監(jiān)測

通過遙感調(diào)查成果，判定是否進(jìn)行了礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理，露天礦山是否采用臺階式采礦。礦山的粗放無序開采，對礦山“開膛破肚”不分層垂直剝離，一些開采面垂直落差甚至達(dá)上百米，造成山體嚴(yán)重受損，生態(tài)破壞嚴(yán)重，復(fù)墾難度極大，安全隱患和地質(zhì)災(zāi)害隱患突出，礦山環(huán)境的監(jiān)測尤為重要。根據(jù)遙感解譯成果有個(gè)別礦山存在隨意亂挖、改變開采方式等現(xiàn)象。表5為洛陽市2019年第四季度礦山遙感解譯問題統(tǒng)計(jì)，洛陽市289個(gè)礦山(79個(gè)露天開采礦山，210個(gè)地下開采礦山)其中未見礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的礦山29個(gè)，未見明顯臺階式開采礦山19個(gè)。

表5 礦山衛(wèi)星遙感影像解譯問題統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistical table of satellite remote sensing imageinter pretation of mines

4 解譯結(jié)果分析

4.1 礦山正在生產(chǎn)用地情況分析

2019年度礦山生產(chǎn)用地從多到少依次為露天采場、工業(yè)廣場、廢石渣堆、選礦廠、尾礦庫、矸石山、排土場、冶煉廠，其中露天采場最多，占總面積的55%，露天采場對地表土壤的剝離和自然植被造成的破壞十分嚴(yán)重。礦山開采產(chǎn)生的固體廢棄堆放物帶來的地質(zhì)環(huán)境問題也不容小覷，礦山開采產(chǎn)生的排土場、廢石渣堆、矸石山及尾礦庫面積占總面積的12.55%。大量的排土場、廢石渣堆、矸石山和尾礦庫造成植被的破壞，影響生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量，同時(shí)部分固體廢棄物邊坡失穩(wěn)或成為泥石流的固體物質(zhì)補(bǔ)給源，形成滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害隱患，威脅當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活及生命財(cái)產(chǎn)安全[15]。

4.2 礦山恢復(fù)治理情況分析

河南省的恢復(fù)治理已經(jīng)取得了很大的效果， 2019年全省恢復(fù)治理面積比2018年增加2 235 hm2。礦山分布較集中的地區(qū)礦山恢復(fù)治理較好，礦區(qū)分布零散的地區(qū)礦山恢復(fù)治理工作較差。大型礦山的環(huán)境恢復(fù)治理工作比較好，小型礦山環(huán)境恢復(fù)治理工作較差。新增礦山恢復(fù)治理中，生產(chǎn)礦山恢復(fù)治理比廢棄、關(guān)閉礦山恢復(fù)治理面積小。廢棄的露天采場治理面積大，治理效果較好，而矸石山、排土場、尾礦庫治理面積較小。依然有個(gè)別圖斑2018年衛(wèi)星影像已經(jīng)恢復(fù)治理，但2019年從影像上看又出現(xiàn)了礦山開采活動。

4.3 礦山復(fù)治理監(jiān)測情況分析

通過對工作區(qū)內(nèi)2018年和2019年遙感影像分析對比，部分礦山未進(jìn)行恢復(fù)治理工作，存在斷崖式無序開采，隨意亂挖、隨意布局，與開發(fā)利用方案中設(shè)計(jì)的臺階式開發(fā)存在很大的差距，礦山開采方式執(zhí)行狀況較差等情況。個(gè)別地下開采礦山范圍內(nèi)有較大規(guī)模的露天開采現(xiàn)象。根據(jù)遙感解譯情況結(jié)合實(shí)地調(diào)查，可以動態(tài)監(jiān)測礦山疑似違法開采情況。做到責(zé)任到人，加強(qiáng)礦業(yè)權(quán)人礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理的責(zé)任意識。對于新建、改建礦山必須提交礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾方案，做到邊生產(chǎn)，邊保護(hù)，邊治理；加快地方歷史遺留礦山地質(zhì)環(huán)境破壞的治理力度，減少存量，推進(jìn)礦山地質(zhì)環(huán)境問題的恢復(fù)治理。

5 結(jié)論

(1)本文分析了河南省各類正在利用礦山地物面積，礦產(chǎn)開發(fā)占地面積最大的為露天采場，其次分別為工業(yè)廣場、廢石渣堆、選礦廠、尾礦庫、矸石山、排土場、冶煉廠。

(2)近年來河南省礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作通過建立各項(xiàng)制度取得了很大的效果，河南省的恢復(fù)治理已經(jīng)取得了很大的效果，2019年恢復(fù)治理面積比2018年增加14.6%，改變了原先礦山無序?yàn)E采的現(xiàn)象，改善了礦山生態(tài)環(huán)境。露天采場治理效果較好，而矸石山、排土場、尾礦庫治理有待提高。

(3)通過多時(shí)相的遙感調(diào)查成果，建立全省礦山恢復(fù)治理監(jiān)測體系，充分利用大數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感等新技術(shù)，建設(shè)省級礦山生態(tài)修復(fù)大數(shù)據(jù)平臺，探索更有效的恢復(fù)治理措施，實(shí)現(xiàn)政府實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，做到責(zé)任到人，加強(qiáng)礦山生態(tài)恢復(fù)治理監(jiān)督，推進(jìn)礦山恢復(fù)治理工作。

(4)本文探討的礦山恢復(fù)治理監(jiān)測遙感解譯數(shù)據(jù)的挖掘、分析和應(yīng)用較為粗淺，有待后續(xù)繼續(xù)深入探究。