礦山廢棄地生態(tài)修復中3S技術的應用

季科敏，趙 陽

（江蘇綠巖生態(tài)技術股份有限公司，江蘇 蘇州 215600）

結(jié)合以往的礦山發(fā)展情況來看，我國在開展地質(zhì)環(huán)境調(diào)查中更重視人為操作，在利用人為地質(zhì)環(huán)境調(diào)查方式中，主要是利用人為獲取區(qū)域內(nèi)大部分野外離散點，隨后對應不同的地質(zhì)環(huán)境和平面信息情況，可以將真實的地質(zhì)環(huán)境呈現(xiàn)出來，隨后通過軟件繪制成圖。但是在以上的人為地質(zhì)環(huán)境調(diào)查過程中，為了更加準確的完成調(diào)查工作，不但會耗費大量的人力和材料，而且調(diào)查周期較長，作業(yè)難度較大，無法實現(xiàn)以點概面，也容易引發(fā)信息采集環(huán)節(jié)中的遺漏問題。為此，通過3S技術的引入，可以對整個礦山廢棄地的生態(tài)發(fā)展情況進行系統(tǒng)化分析，并且制定科學的修復方案，提高礦山廢棄地生態(tài)修復效果。

1 礦山廢棄地發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 廢棄礦山的危害

（1）直接環(huán)境污染。礦山的原礦物質(zhì)自身攜帶放射性物質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境造成污染；礦山開采的選礦環(huán)節(jié)中，化學物質(zhì)和廢棄物成分進行化學反應，進而引發(fā)環(huán)境污染；在堆放區(qū)域內(nèi)，受到長期風化的影響，導致物質(zhì)改變，從原本無污染的成分轉(zhuǎn)化成污染成分。當完成礦山的開采工作后，廢棄的礦山會進行閉礦，同時在很長一段時間沒有人對廢棄礦山進行看守，而其中殘留大量的重金屬礦物質(zhì)元素也會造成水環(huán)境污染。在礦山開采完成后，尾礦庫中還會殘留大量礦粉層以及碎石，在受到雨水的沖刷與滲透過程中會出現(xiàn)流通現(xiàn)象，導致礦物質(zhì)大面積擴散，從而對水環(huán)境污染范圍更廣。對于礦山的探測采樣過程中，礦井中水的毒性比較大，在礦井周圍10km范圍內(nèi)，水中礦物質(zhì)中含有大量超過人們正常上限的有害物質(zhì)，人們?nèi)绻L期接觸這種污染的水源，會對人們的身體健康造成危害，甚至引發(fā)死亡。

（2）安全隱患：廢氣礦山的廢物對房企業(yè)經(jīng)常會出現(xiàn)嚴重的崩塌與滑坡現(xiàn)象，由于廢棄礦山一般都具有較高的海拔，同時臨空面也比較陡峭，在長時間的內(nèi)污水浸潤以及雨水沖刷過程中礦山的表面土層，巖石碎塊等都會發(fā)生松動，從而在一定程度上發(fā)生滑坡或者崩塌等現(xiàn)象。由于礦山的高度不同，還會引發(fā)滑坡等較大的危險。倘若廢棄礦山比較陡峭，那么出現(xiàn)滑坡或者崩塌后，便會對周圍的農(nóng)田、村落等造成嚴重的而危害，甚至危及人們的生命財產(chǎn)安全。

1.2 國內(nèi)礦山廢棄地的處理現(xiàn)狀

隨著我國礦產(chǎn)資源的大范圍開采，我國現(xiàn)階段礦山資源也逐漸面臨枯竭狀態(tài)，而常見的廢棄礦山修復方式是將這些廢棄礦山改造成礦山公園，而這種方式也成為當今國內(nèi)廢棄礦山最常見的生態(tài)修復以及景觀重建方式，通過開發(fā)礦山廢棄區(qū)域，實現(xiàn)其價值的發(fā)揮，通過第三產(chǎn)業(yè)來取代原本第一產(chǎn)業(yè)所創(chuàng)造的經(jīng)濟價值。所以，以下針對我國當前成果的幾個廢棄礦山改造公園薪資進行分析，了解礦山公園的生態(tài)修復模式、現(xiàn)狀以及景觀布局等具體情況為礦山廢棄地生態(tài)修復提供指導。

（1）黃石礦山公園：黃石礦山公園是我國早期比較成功的廢棄礦山改造工程，黃石礦山公園是我國湖北省較大的廢棄鐵礦區(qū)改造而成，該礦區(qū)總面積23平方公里，興建于2007年，并且也成為我國最早的一座國家級礦山改造公園，從黃石礦山的生態(tài)修復技術中，采用了換土技術以及坑植與填充技術進行改造，并且通過抗旱耐貧瘠的植被品種選擇，提高黃石礦山公園的綠化效果，同時也將雨水用作露天采坑收集中，通過過濾、暴曬以及修復景觀水體，達到良好的生態(tài)修復效果。黃石礦山公園的生態(tài)環(huán)境修復更注重于景觀美化工作，其間引入了大量的人工造景來取代綠植、山石和水體等自然環(huán)境因素，對生態(tài)環(huán)境修復場所產(chǎn)生負面影響，甚至也會對引發(fā)二次破壞。而園林道路的布局在改造中也缺乏生態(tài)環(huán)境保護意識，存在干擾廊道的現(xiàn)象，而且景觀設計人工創(chuàng)造感強烈，過于華麗的都市風缺少了自然生態(tài)風光，因此該礦山廢棄地的生態(tài)環(huán)境修復狀態(tài)并不理想。

（2）開灤礦山公園：開灤康山公園是唐山地區(qū)的主要廢棄礦山改造工程，該工程整體規(guī)劃面積達到了30平方公里，也是我國早期興建的礦山廢棄地改造公園，而這座礦山廢棄地生態(tài)修復主要采取生態(tài)養(yǎng)殖場改造、塌陷區(qū)植被改造、矸石填充及建設以及生態(tài)園林綠化等修復模式。開灤礦山公園在生態(tài)修復中，由于植被層次小隊單一，主要是以喬一草結(jié)構為主，缺乏一定的層次感，而且道路的規(guī)劃也不合理，導致使用率下降，并且沒有充分考慮景觀生態(tài)廊道的形成，景觀設計也不重視歷史文化。

2 礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境改造中3S技術應用現(xiàn)狀

2.1 地質(zhì)環(huán)境信息技術方法

隨著我國3S技術的全面推廣與應用，在地質(zhì)環(huán)境勘察中也得到了廣泛應用。其中以GIS技術為例，在通過GIS地理信息技術應用中，也逐漸從原來的認為調(diào)查手段轉(zhuǎn)向信息技術提取方式，而在3S技術引入初期，首先利用二維GIS技術開展地質(zhì)環(huán)境信息調(diào)查，但是起初這種二維的GIS技術應用也存在一定的局限性，并不能展現(xiàn)出良好的應用效果。隨著三維GIS技術的引入，主要是以原本的二維GIS為基礎，通過該技術與高程軸向的有效融合，構建全新的連續(xù)空間內(nèi)容，從整體應用來看，三維GIS技術的應用，可以更加直觀的呈現(xiàn)出地理環(huán)境的空間特征，也使調(diào)查數(shù)據(jù)更加準確。

為了進一步開展研究，也推進GIS技術的全面應用，對礦山廢棄地的三維生態(tài)環(huán)境景觀進行呈現(xiàn)，同時也可以利用GIS技術獲取地質(zhì)環(huán)境的相關數(shù)據(jù)，構建DEM的礦山3D立體表面圖形，為后續(xù)的生態(tài)環(huán)境修復提供可靠支持。

2.2 地質(zhì)災害的提取

對于礦山廢棄地的開發(fā)和生態(tài)修復工作中，也包含了地質(zhì)災害、人為干擾以及自然環(huán)境等諸多因素的影響。通常情況下，對于礦山資源開發(fā)環(huán)節(jié)中，經(jīng)常會受到自然地質(zhì)以及人為工程所產(chǎn)生的共同影響，而最終給礦山帶來不可逆的地質(zhì)災害影響。

從整體來看，礦山資源開發(fā)中包括豐富的活動內(nèi)容，同時也會引發(fā)各類災害，其中的影響因素和防治都十分復雜。所以，在開展3S技術應用研究中，主要是以調(diào)查時間為主導，對未經(jīng)治理的礦山廢棄地進行深入調(diào)查，結(jié)合實際地質(zhì)環(huán)境的變化情況，呈現(xiàn)出完整的地質(zhì)災害信息。為后續(xù)的生態(tài)環(huán)境修復提供可靠支持。

3 礦山廢棄地生態(tài)修復中利用3S技術的設計方法

3.1 確定礦山廢棄地生態(tài)修復指數(shù)

通過3S技術在礦山廢棄地生態(tài)修復中的運用，可以先利用3S的數(shù)字化模型優(yōu)勢，對待修復的礦山廢棄地現(xiàn)場開展遙感測量，并且對生態(tài)環(huán)境指數(shù)建立3D模型，同時也結(jié)合該礦山廢棄地的環(huán)境溫度、濕度綠度以及熱度進行全方位分析，在這幾個維度的數(shù)據(jù)模型構建中，能夠準確地判斷出礦山廢棄地區(qū)域的生態(tài)環(huán)境污染程度。為了便于準確地判斷礦山廢棄地生態(tài)優(yōu)劣情況，需要通過以上維度提取最具代表的參數(shù)，其中包括裸土指數(shù)、濕度指數(shù)、地面溫度以及植被覆蓋情況等量化參數(shù)。然后通過遙感技術構建的生態(tài)環(huán)境模型，呈現(xiàn)出礦山廢棄地的生態(tài)景象全貌，從圖像中獲取數(shù)據(jù)信息，具體計算公式如下：

從上述公式中來看，wet為礦山廢棄地的土壤環(huán)境濕度；anpn為生態(tài)指數(shù)模型內(nèi)各波段的反應率；NDSI為礦山廢棄地中裸土參與，其中SI與BI也分別為礦山廢棄地的干度和建筑等參數(shù)。T為礦山廢棄地的地表溫度，gain為礦山廢棄地的增益參數(shù)；DN為礦山廢棄地的灰度指數(shù)，bias則為礦山廢棄地的偏置參數(shù)；NDVI代表礦山廢棄地植被覆蓋率；px為遙感生態(tài)指數(shù)；pr為紅外波段反射率?？偟膩砜?，通過公式對礦山廢棄生態(tài)修復指標進行計算，將礦山廢棄地生態(tài)修復指數(shù)設為K，那么k的數(shù)值為上述所有指標總和。結(jié)合礦山廢棄地生態(tài)修復指數(shù)的計算，為后續(xù)礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境修復和治理提供可靠依據(jù)。

3.2 礦山廢棄地生態(tài)治理中3S技術的治理方案

結(jié)合當前礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境的實際問題來看，通過3S技術的全面運用，利用ArcGIS軟件，實現(xiàn)礦山廢棄地實地環(huán)境的數(shù)據(jù)采集，并通過軟件將數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化處理，實現(xiàn)圖幅打印功能。

在完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化處理后，還需要利用MapXtremeJava軟件對地理信息通過平臺進行發(fā)布，同時也構建B/S結(jié)構的微生物復墾檢測與評價體系，在完成后也要對礦山廢棄地的所有微生物復墾信息進行科學管理和統(tǒng)計，最后把結(jié)果公布出去。在開展礦山廢棄地環(huán)境恢復研究的方案中，還可利用地理現(xiàn)代計算機技術、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等進行廢棄地的環(huán)境設計優(yōu)化科學研究，首先建立了礦山廢棄地環(huán)境恢復的信息管理系統(tǒng)，并在此基礎上利用DTM模型軟件，對采礦廢棄地的現(xiàn)場環(huán)境進行了可視化模擬構建，同時還要利用土壤特性數(shù)據(jù)分析，最后建立在虛擬環(huán)境下的采礦廢棄地恢復模型。利用GIS技術的數(shù)字模式與遙感技術影響的結(jié)合，通過將其運用于采礦廢棄地環(huán)境的測量和3D仿真技術中心，并把排土場作為最主要的監(jiān)測目標，根據(jù)景觀環(huán)境理論進行了采礦廢棄地環(huán)境恢復研究，在進行恢復時，還要根據(jù)礦山廢棄地的植被覆蓋率與地理特征進行修復，對于建立的數(shù)字化模型中的板塊進行有效對比，并且找出模型中存在的缺陷區(qū)域和實際問題，以此為依據(jù)對礦山廢棄地生態(tài)問題進行修復，從而達到精準修復的作用。

3.3 建立礦山廢棄地生態(tài)修復補償機制

結(jié)合礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境綜合治理情況，構建礦山廢棄地的修復補償制度，針對上述開展的修復指數(shù)測量為依據(jù)，按照綜合治理方案進行修復，獲得修復后的廢棄生態(tài)修復指數(shù)，對修復指數(shù)進行對比，如果數(shù)值為正，那么表示修復方法有效，而修復方案也可以對礦山廢棄地生態(tài)修復起到良好的效果，但是如果修復數(shù)值為負數(shù)，那么表示修復方案并不理想，需要對礦山廢棄地生態(tài)修復方案進一步優(yōu)化。通過虛擬環(huán)境下的治理方案模擬，可以避免過多的消耗修復成本，提高礦山廢棄地生態(tài)修復的合理性，并構建可行性的生態(tài)環(huán)境修復方案，將生態(tài)修復技術運用到實際工作中，可以起到良好的修復作用，也能夠選擇出最佳的礦山廢棄地生態(tài)修復方案，避免盲目修復而造成的資金浪費。

4 礦山廢棄地生態(tài)修復中3S技術的具體應用

4.1 生態(tài)敏感度分析

在開展礦山廢棄地生態(tài)修復工作中，利用3S技術可以達到良好的應用效果，其中最主要的就是可以實現(xiàn)礦山廢棄地生態(tài)敏感度的準確分析。

從礦山廢棄地角度來看，敏感度作為表達生態(tài)環(huán)境的主要特征，當?shù)V山廢棄地區(qū)域內(nèi)的生態(tài)敏感度越強烈，那么表示環(huán)境水平也就越差。結(jié)合實際情況來看，在針對礦山廢棄地的生態(tài)敏感度分析過程中，其核心點在于礦山廢棄地區(qū)域內(nèi)生態(tài)資源的量化評估，同時也要掌握礦山廢棄地生態(tài)單元的恢復能力。利用3S技術開展生態(tài)敏感度的精確分析，能夠?qū)ΦV山廢棄地的區(qū)域進行敏感度等級劃分，并且將礦山廢棄地生態(tài)修復工作集中在敏感度較高的區(qū)域下，對于一些生態(tài)敏感度較低的區(qū)域可以主要以開發(fā)為主，構建良好的生態(tài)景觀重建方案。此外，利用GIS技術與層次分析，相關人員要做好生態(tài)敏感度因素的合理規(guī)劃，并且利用層次分析手段，對每一個因素所占的比重進行分析，并且結(jié)合礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境的實際情況，將GIS剩余所有生態(tài)敏感因子的權重進行有效疊加，對生態(tài)敏感度進行綜合分析，在廢棄地敏感度狀態(tài)呈現(xiàn)后，工作人員也要對不同區(qū)域進行全面劃分，并且與生態(tài)修復理論和技術手段進行融合，了解實際設計需求，并且和生態(tài)修復理論技術融合起來，明確礦山廢棄地生態(tài)修復方案的實際需求，為后續(xù)的改造技術實施提供可靠支持。

4.2 改造效果預期和持續(xù)監(jiān)測

通過RS在礦山廢棄地生態(tài)治理工作的應用中，將礦山廢棄地的植被修復情況和滯后性等問題進行全面分析，為礦山廢棄地的常見工作提出有效的治理措施，確保整個礦山廢棄地的管理和維護更加合理。

在確定礦山廢棄地生態(tài)修復方案以后，作業(yè)人員也要針對實際情況，做好相關地形的修復工作，摒棄而基于DOM技術，掌握礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境的實際情況，包括植被的紋理，為構建3D立體模型提供可靠支持，從而滿足預期礦山廢棄地生態(tài)修復效果。在生態(tài)環(huán)境改造后，相關人員也可以利用RS技術，對整個礦山廢棄地的生態(tài)恢復情況進行監(jiān)測，并且制定完善的監(jiān)測周期，以自然年為主，通常情況下，自然植被中最茂盛的季節(jié)為夏季，而在這個季節(jié)中也要通過高分辨率的多普遙感影響來建立監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，并且采用不同周期獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)，構建三維立體模型，實時掌控礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境修復狀態(tài)。

4.3 常見的改造技術應用

在礦山廢棄地的土壤恢復手段應用中，要以客土技術為核心，在礦山廢棄地生態(tài)修復平臺的設計環(huán)節(jié)，要通過土壤和人工基質(zhì)為主要選擇方向，通過噴播機的有效運用，使客土操作更加精準。另外，施工人員也要對土壤書畫技術進行優(yōu)化運用，保障回填土中有機質(zhì)和水分符合環(huán)境修復要求，有效改善土壤肥力，為植被的生長提供優(yōu)越的生長環(huán)境。另外，通過綠化修復技術，可以將藤本護坡和掛網(wǎng)噴播相結(jié)合的方式有效運用，體現(xiàn)出攀援植物的綠化優(yōu)勢，并且在覆蓋巖體的綠化中達到良好的效果，在實際應用中，可以通過固網(wǎng)技術在崖壁上進行掛網(wǎng)，構建草本植物生長支架，并且在外側(cè)種植懸垂植物，達到礦山廢棄地生態(tài)環(huán)境改造效果。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國礦產(chǎn)資源開采范圍的不斷擴大，礦山廢棄地也越來越多，而礦山廢棄地往往都會受到各類因素的影響，導致生態(tài)環(huán)境嚴重受損，不利于該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展目標。

為此，人們積極探索生態(tài)環(huán)境修復技術，對礦山廢棄地的生態(tài)修復中運用3S技術，可以達到準確的環(huán)境狀態(tài)分析和后期監(jiān)測效果，為環(huán)境修復設計和方案選擇提供參數(shù)支持，從而達到良好的生態(tài)修復經(jīng)濟效益。