基于AE的稀土尾砂堆積場土地復墾評價方法初探

楊一洋

（江西理工大學 建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000）

中國擁有較為豐富的稀土資源，儲量約占世界總儲量的23%，承擔了世界90%以上的市場供應。近些年，由于行業管理不夠嚴格，稀土開采無序、無計劃或超計劃現象嚴重，資源利用率低，廢渣、尾礦長期擱置占用農用地，導致尾礦場變沙塵源，不僅對周圍空氣和土壤造成了很大的污染，還嚴重影響到礦區居民生活條件，不利于區域可持續發展。開展稀土尾礦土地復墾利用，是提高稀土資源利用率、促進耕地保護、拓展建設用地空間的有效途徑。土地評價是復墾工作的核心部分，它決定土地復墾的最終方向；而傳統的復墾評價方法，或是在沒有充分了解土地復墾評價對象和評價過程特殊性的情況下，套用一般土地適宜性評價的步驟與方法，最終導致評價結果不夠準確；或僅利用相關地理信息軟件進行簡單的疊加分析，并沒有將相似或相關的方法集成起來，實現多個方法的交叉使用，也沒有對海量空間數據和屬性數據進行統一管理。結合ArcEngine技術構建復墾評價方法，可以管理并充分利用已有的礦產空間屬性數據，進行定性和定量綜合分析，實現土地復墾評價的系統化和自動化，提高土地評價效率及準確性。

1 研究技術

基于ArcEngine的稀土尾砂堆積場土地復墾評價方法設計主要是依靠相關軟件工程學，并參考稀土尾砂堆積場理化性質和土地復墾適宜性評價科學理論來進行。界面與功能設計擬采用ArcGIS Engine 10.0+Microsoft Visual C#2010。ArcGIS Engine可以結合實際應用的要求，使用ArcObjects的可視化控件開發獨立界面的GIS應用系統，支持Windows平臺及跨平臺開發，具有很高的靈活性和擴展性能；在Visual Studio平臺中，可以使用ESRI公司提供的ArcGIS控件，將稀土尾礦復墾評價方法程序化、模塊化，并集成為獨立的功能系統；而功能模塊及可用性方面以土地適宜性評價步驟及原則（步驟如圖1所示）為基礎，根據稀土尾礦理化特征與評價過程的特殊性，可采用C#語言結合相關的模型和算法來實現。

圖1 土地適宜性評價步驟

2 稀土尾砂堆積場土地復墾評價方法模塊設計

建立該方法的主要目的是為了滿足稀土尾砂堆積場的土地整理、土地損毀程度分析、土地復墾適宜性評價及復墾技術方法等需求，為后續系統功能設計提供理論依據。根據工礦廢棄土地復墾評價要求，可將整個功能分為地圖操作模塊、地表變形分析模塊、土壤污染分析模塊、土地復墾適宜性評價模塊、土地復墾技術方法模塊、復墾效益分析模塊等（功能結構關系如圖2所示）。

圖2 功能結構關系

2.1 地圖操作模塊

借助ArcObjects的可視化控件，不僅可以直接實現對地圖文檔數據的打開、保存、退出等管理，還能對圖層進行放大、縮小、平移、查詢、依比例縮放等基本操作。為了增強功能的實用性和數據互操作性，在該模塊中，實現了Shapefile對象的新建與數據格式轉換功能；添加了對象符號化功能，以提升工作界面的可視化效果，滿足稀土尾砂堆積場土地復墾的模擬顯示、圖形標注、符號統一管理等需求。

2.2 地表變形分析模塊

在地下開采過程中，引起圍巖位移變形，加上尾礦堆積，占用大面積土地，易造成地表下沉、變形和塌陷。對待復墾區進行地表變形預測分析，能夠提高土地集約利用，避免返工失誤，減少生態經濟損失。構建地表變形數據庫，采集研究范圍內影響地表變形因素的參數值，比如塌陷角度、塌陷深度、堆積坡度、堆積厚度、土壤疏松度、理化性質、開采方法及強度、開采位置、尾礦堆積位置等，采用趨勢面分析模型，根據引起地表變形因素值，擬合曲面，用以預測地形變化趨勢，并將結果以專題圖的形式表現出來。

2.3 土壤污染分析模塊

（1）重金屬和放射性物質檢驗。稀土在生產和排放過程中形成的尾礦和礦渣都含有一定量的汞、鉛和釷等物質，若處理不當，則會對人體健康和生態環境構成威脅。在進行土地復墾適宜性分析前，首先對照待復墾區現狀圖，采集尾礦樣本以及附近有植被覆蓋的壤土樣本，并作相應標記，建立樣本采集數據庫；然后進行樣本分析測定，使用冷原子吸收光譜法、原子吸收光譜法、分光光度法等來測定樣本中重金屬的含量；最后將礦樣中水分去除，推算檢驗物質放射性，將檢驗結果錄入樣本采集數據庫。在該模塊中，導入樣本數據庫中放射性數據，使用緩沖分析和聚類分析，將圖層疊加生成待復墾區重金屬放射性污染分布圖。

（2）土壤肥力狀況。損毀后的土地肥沃度直接影響到復墾技術方法和種植作物的選擇。對采集的礦樣和土壤進行酸堿性檢測，分析二者磷、氮、質地、顆粒、孔隙等特征，將礦樣酸堿性pH值錄入樣本采集數據庫。在該模塊中，導入重金屬放射性污染分布圖層，疊加樣本數據庫中各采集點的pH數據，宏觀分析復墾區土壤受污染程度，為復墾邊界劃分及適宜方向分析提供可靠依據。

2.4 土地復墾適宜性評價模塊

（1）選擇評價因子。評價因子是土地評價系統中最重要的組成部分，而參評因子的權重直接影響到最終的評價結果，因此，評價因子的選擇和權重處理成為評價的關鍵。根據尾砂堆積場土地特點，收集可能影響到土地復墾的所有數據，構建與地塊編碼相對應的評價因子數據庫，在對某一地塊進行適宜性分析時，選擇調用所對應的因子；再使用層次分析模型，把相關聯的因素按隸屬關系分出層次，計算每一層次全部因素的相對重要性的權數，進行排序。

（2）聚類分析。在該功能模塊中，添加評價因子圖層，根據各評價因子的重要程度分類地塊；選定某一因子，設定值范圍，即把地面平整度、覆土厚度、土壤質地、土壤pH值、水文條件、土壤有機質等值相近的地塊或區域歸為一類，歸類后地塊的評價因子屬性由最大最小值或最次值來取代，從而將受損程度差異大的地塊區分開來，以便擬定區域內有效面積的復墾方向。

（3）BP神經網絡模型分析。對地塊進行聚類分析之后，量化定性指標，標準化所有因子指標值，對因子圖層數據進行統計，標準化值通過實際值與最大值計算獲得，引用BP神經網絡模型，分別進行宜耕、宜林、宜牧、宜漁、宜建等用地的適宜性評價。

2.5 土地復墾技術方法模塊

土地復墾技術大致以兩大類為基礎，一是在損毀土地上鋪覆客土，達到作物栽培標準，再進行復墾工作；二是不鋪覆客土，對損毀土地進行平整，種植適應土地理化性質的作物以恢復生態。在功能模塊中，根據覆土厚度、地面平整度等因素判定是否以鋪覆客土的方式來進行復墾。建立土地復墾技術模式數據庫，詳細介紹在鋪覆客土和不鋪覆客土情況下，各適宜方向的復墾技術方法及作物選擇。在對地塊進行適宜性分析之后，根據分析結果，即可查詢并顯示相對應的復墾技術模式，以表單的形式顯示出來。

3 結語

該研究是以適用于工礦廢棄土地復墾適宜性評價過程為基礎進行的。在研究中，簡單介紹了ArcEngine技術靈活、可移植性強等特點，并結合土地復墾適宜性評價的步驟與稀土尾礦土地復墾工作的特殊性，構建基于ArcEngine的稀土尾礦場土地復墾適宜性評價方法模塊，包括土地變形分析及預測、土壤污染、土地復墾適宜性評價、復墾技術方法等功能。為后續系統框架及功能的設計與實現提供了依據。

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