內(nèi)蒙古煤礦礦山環(huán)境恢復(fù)治理遙感監(jiān)測(cè)

王書青，鄧錕

（1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局航測(cè)遙感局，陜西 西安 710199）

內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦資源儲(chǔ)量豐富，全區(qū)煤炭保有資源量占全國(guó)的26.87%，居全國(guó)第一位[1]，主要分布在鄂爾多斯、烏海、錫林郭勒、阿拉善和通遼等地。內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦資源開采歷史悠久，因長(zhǎng)期過(guò)度開發(fā)形成了大量露天采坑、矸石堆棄場(chǎng)、采空塌陷坑等，草原森林破壞、礦山地質(zhì)災(zāi)害、水土流失等礦山環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重[2]。2018年中央第二環(huán)保督察組對(duì)內(nèi)蒙古草原生態(tài)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行專項(xiàng)督察時(shí)指出，草原生態(tài)系統(tǒng)仍脆弱，礦山開采破壞草原嚴(yán)重[3]。礦山環(huán)境恢復(fù)治理可有效防止水土流失，減輕土地?fù)p毀，改變礦山生態(tài)環(huán)境。利用遙感技術(shù)手段可有效監(jiān)測(cè)礦山環(huán)境恢復(fù)治理狀況，汪潔[4]等利用遙感與GIS相結(jié)合的方法對(duì)浙江省礦山地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，彭鵬[5]等利用遙感技術(shù)手段開展了遼寧省新增礦山環(huán)境恢復(fù)治理面積調(diào)查，王耿明[6]等利用國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星對(duì)廣東省地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理狀況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，王心源[7]等利用遙感技術(shù)對(duì)額濟(jì)納旗生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，均取得了良好效果。本文利用國(guó)產(chǎn)高分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)內(nèi)蒙古煤礦礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，旨在分析監(jiān)測(cè)年度內(nèi)蒙古煤礦新增恢復(fù)治理變化情況和分布特點(diǎn)。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于我國(guó)北部，地理坐標(biāo)為97°～126°E、37°～53°N，由北東向南西斜伸，呈狹長(zhǎng)形，橫跨東北、華北、西北三大區(qū)，總面積為118.3萬(wàn)km2。區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)為干旱、半干旱溫帶大陸性季風(fēng)氣候；降水量少而不均，主要集中在夏季，全年總降水量為35～550 mm，沿東北向西南方向遞減；地形復(fù)雜，主要由山地、高原和丘陵組成，平均海拔為900～1 300 m；地處內(nèi)蒙—興安成礦構(gòu)造部位，地層發(fā)育較齊全，巖漿活動(dòng)頻繁，變質(zhì)變形復(fù)雜，煤、石油、鐵、金、銀、銅、鉛、鋅、鉻、錳、鉬、鎢、錫、鍺、稀土、螢石等礦產(chǎn)資源豐富，截至2018年底，保有資源儲(chǔ)量居全國(guó)之首的有20種、居全國(guó)前三位的有45種、居全國(guó)前十位的有95種[1]。

2 研究方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)選取

本文采用的數(shù)據(jù)為2018年和2019年的土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型包括BJ-2、GF-1、GF-2、ZY-3、02C和GF-6等國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，空間分辨率優(yōu)于2.5 m。采用的遙感數(shù)據(jù)色調(diào)均勻、紋理清晰、反差適中，色彩接近自然真彩色，各波段間配準(zhǔn)準(zhǔn)確，融合無(wú)錯(cuò)位現(xiàn)象，無(wú)明顯的信息損失，不同地物區(qū)分度高；且礦山開采區(qū)域無(wú)云雪覆蓋，能較準(zhǔn)確地反映礦業(yè)活動(dòng)特征，可清晰判別礦山各類地物。

2.2 專題信息提取

在充分掌握內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景和煤礦礦山開發(fā)分布的基礎(chǔ)上，本文利用ArcGIS軟件提取2018—2019年煤礦恢復(fù)治理指標(biāo)，包括恢復(fù)治理前礦山地物類型、礦山開采方式、恢復(fù)治理措施和恢復(fù)治理后土地類型等，其中恢復(fù)治理前礦山地物類型包括采場(chǎng)、堆煤場(chǎng)、洗煤場(chǎng)、煤矸石堆、排土場(chǎng)、礦山建筑、采空塌陷等；礦山開采方式包括露天開采、地下開采和聯(lián)合開采；恢復(fù)治理措施包括人工恢復(fù)和自然恢復(fù)；恢復(fù)治理后土地類型包括耕地、園地、林地、草地、工業(yè)用地、水域與水利設(shè)施用地、其他土地等。

2.3 野外驗(yàn)證

本文對(duì)提取的煤礦恢復(fù)治理信息進(jìn)行野外調(diào)查驗(yàn)證，主要驗(yàn)證提取圖斑的正確性、治理后恢復(fù)的土地類型、原礦山開采方式等。本文共驗(yàn)證圖斑56處，解譯正確率為94.64%，解譯錯(cuò)誤的3處圖斑主要為治理后恢復(fù)的土地類型判斷有誤。

3 研究結(jié)果分析

3.1 各市恢復(fù)治理情況

2018—2019年內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦環(huán)境恢復(fù)治理土地面積為5 914.13 hm2，分布于鄂爾多斯市、烏海市、包頭市、赤峰市、通遼市和錫林郭勒盟6個(gè)地區(qū)，在鄂爾多斯市、錫林郭勒盟、通遼市和烏海市的分布面積較大，4個(gè)地區(qū)恢復(fù)治理面積約占全區(qū)恢復(fù)治理面積的99.23%（表1）。2018—2019年鄂爾多斯市煤礦礦山恢復(fù)治理面積為3 532.22 hm2，占全區(qū)煤礦恢復(fù)治理總面積的59.73%。由于鄂爾多斯市煤礦資源豐富，礦山分布密集，尤其露天開采的礦山較多，因煤礦開采產(chǎn)生的占損土地面積比其他地區(qū)大很多，同時(shí)市政府對(duì)礦山恢復(fù)治理投入較大，使得該區(qū)域恢復(fù)治理面積分布較大。

表1 2018—2019年內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦礦山環(huán)境恢復(fù)治理面積統(tǒng)計(jì)/hm2

3.2 各礦山地物類型恢復(fù)治理情況

2018—2019年煤礦恢復(fù)治理前礦山地物類型主要為露天采場(chǎng)、堆煤場(chǎng)、排土場(chǎng)、煤矸石堆和采空塌陷等，其中排土場(chǎng)恢復(fù)治理面積最大，占總恢復(fù)治理面積的62.78%，主要分布于鄂爾多斯市、通遼市和錫林郭勒盟；其次為露天采場(chǎng)，其面積占比為30.95%，主要分布于鄂爾多斯市、錫林郭勒盟和包頭市；其他礦山地物恢復(fù)治理面積占比僅為6.27%，多分布于錫林郭勒盟、烏海市和鄂爾多斯市等。

3.3 不同礦山開采方式恢復(fù)治理情況

內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦開采方式包括露天開采、地下開采以及二者兼有的聯(lián)合開采方式。其中，露天開采的礦山環(huán)境恢復(fù)治理面積最大，為4 486.66 hm2，占全區(qū)恢復(fù)治理面積的75.86%，各地區(qū)均有分布；其次為聯(lián)合開采的礦山，恢復(fù)治理面積為1 167.69 hm2，占比為19.74%，僅分布于鄂爾多斯市、烏海市和錫林郭勒盟；地下開采礦山的恢復(fù)治理面積較小，為259.78 hm2，占比僅為4.40%，分布于鄂爾多斯市和通遼市。由于露天礦山開采造成的土地壓占、損毀面積比地下開采礦山大，因此這兩年露天開采礦山的恢復(fù)治理面積較大。

3.4 恢復(fù)治理后土地類型與分布

2018—2019年恢復(fù)治理后土地類型主要為草地和林地，面積分別為4 380.11 hm2和1 023.48 hm2（表2），占比分別為74.06%和17.31%，主要分布于鄂爾多斯市、通遼市和錫林郭勒盟；恢復(fù)為工業(yè)用地的面積占比為3.63%，僅分布于烏海市；恢復(fù)為水域與水利設(shè)施用地的面積占比為2.09%，僅分布于錫林郭勒盟；恢復(fù)為其他土地的面積占比為2.91%，僅分布于鄂爾多斯市。礦山環(huán)境恢復(fù)治理主要根據(jù)礦山區(qū)位、破壞程度、降雨情況等因素選擇合適的治理方式，區(qū)內(nèi)主要以土地復(fù)墾成草地、林地為主，恢復(fù)其原地類的生態(tài)功能。

表2 2018—2019年內(nèi)蒙古自治區(qū)恢復(fù)治理后土地類型統(tǒng)計(jì)/hm2

3.5 典型恢復(fù)治理模式

鄂爾多斯市地處我國(guó)農(nóng)牧交錯(cuò)帶、半干旱過(guò)渡帶、溫帶草原與荒漠的過(guò)渡地帶，生態(tài)系統(tǒng)脆弱性程度高[8]，煤礦礦山的不合理開發(fā)加劇了其生態(tài)環(huán)境的惡化，而有效的礦山修復(fù)與治理可緩解礦山開發(fā)帶來(lái)的環(huán)境壓力。選擇適宜的草種、樹種對(duì)礦區(qū)進(jìn)行植被恢復(fù)，不僅可提高礦區(qū)的植被覆蓋度、恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，還可改善礦區(qū)水土保持和水源涵養(yǎng)功能，使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到大幅提高。

鄂爾多斯市某煤礦治理工程，利用露天開采產(chǎn)生的土石方回填采坑、平整并覆土，形成有力植被恢復(fù)的地表?xiàng)l件；土坡上修建儲(chǔ)水設(shè)施、排水溝和“田字格圩埂”，打造“外排內(nèi)蓄”的大氣降水管理系統(tǒng)；恢復(fù)植被選擇適合礦區(qū)貧瘠、干旱地質(zhì)條件的沙棘、檸條和沙打旺等，實(shí)施灌、草立體式植物栽植，形成自然演替、能抵御高寒地區(qū)惡劣氣候侵襲的群落結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)“自維持、免維護(hù)”的生態(tài)修復(fù)指標(biāo)（圖1）。

圖1 鄂爾多斯市某煤礦治理工程

4 結(jié)語(yǔ)

1）煤礦礦山環(huán)境恢復(fù)治理力度大。2018—2019年內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦礦山環(huán)境恢復(fù)治理面積共計(jì)5 914.13 hm2，以人工治理為主，主要集中在鄂爾多斯市、錫林郭勒盟、通遼市和烏海市。

2）排土場(chǎng)與露天采場(chǎng)是礦山恢復(fù)治理的主要地物類型。2018—2019年排土場(chǎng)和露天采場(chǎng)的恢復(fù)治理面積占全區(qū)恢復(fù)治理面積的93.73%，其他礦山地物恢復(fù)治理面積僅占6.27%。

3）露天開采礦山恢復(fù)治理面積明顯大于地下開采礦山和聯(lián)合開采礦山。露天開采礦山恢復(fù)治理面積占全區(qū)恢復(fù)治理面積的75.86%，其他開采礦山恢復(fù)治理面積僅占24.14%。

4）恢復(fù)治理后的土地類型主要為草地和林地。根據(jù)礦山區(qū)位、破壞程度、降雨情況等因素，選擇合適的治理方式，以恢復(fù)其原地類的生態(tài)功能。

5）鄂爾多斯市已形成典型的農(nóng)牧交錯(cuò)帶露天礦山恢復(fù)治理模式。采用采坑回填，種植適宜的草種、樹種，形成灌、草結(jié)合的植被群落的方式，不僅可以提高礦區(qū)植被覆蓋度，改善水土保持和水源涵養(yǎng)功能，還可以大幅提高礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。