基于遙感技術礦山環境恢復治理方案研究—以揚子地臺西部地區為例

吳蔚 董雙發

一、引言

近年來我國礦業開發過程中，部分礦山長期高強度大規模無節制地開采和無序私挖濫采導致礦山環境不斷惡化，土地損毀、地質災害、水土流失、生態平衡失調等問題日益突出，礦山生態環境恢復治理工作已受到高度重視。遙感技術作為一種新興便捷的信息獲取技術，其具有的多種類、多平臺、多時段、多波段特色及信息豐富、周期短、實時性和動態性強等優勢,無疑是獲取礦山環境恢復治理相關信息最快速、有效的先進手段之一[1]。隨著衛星遙感技術的不斷發展，商業化的資源衛星數據的空間分辨率和光譜分辨率越來越高，利用遙感技術對礦山環境治理現狀進行監測是必然趨勢[2]。

二、研究區概述

研究區位于我國西南貴州省、重慶市，跨及云南省東部、四川省東部、廣西壯族自治區西部和湖南省西部，地理坐標東經10242至11133，北緯21 35至3257之間，面積約67.22萬平方公里。區內以中高山地貌為主，地形復雜；氣候溫暖，雨水充沛，日照適中；自然景觀多樣，生物種類豐富，生態環境協調。

研究區內礦產資源豐富，以能源、黑色金屬、有色金屬和非金屬礦產為主，優勢礦產主要為煤、鐵、錳、鋁土、金、銅、鉛鋅等。煤礦主要集中分布在四川盆地成礦帶中部、上揚子中東部成礦帶中部；鐵礦主要集中分布在上揚子中東部成礦帶；鋁土礦以桂西—黔西南—滇東南北部成礦區南部最為豐富；江南隆起西段成礦帶則為錳、金、銅、鉛鋅密集區。

2015年度研究區內存在礦山開發圖斑35849處，其中正在開采10300處，關閉或廢棄25549處；礦業活動占地面積167649.3公頃，約占研究區總面積的0.25%，已恢復治理面積4967.6公頃，恢復治理率2.96%。

三、遙感影像處理與信息提取

遙感影像處理是應用計算機對遙感影像進行加工處理，影像處理的好壞會直接影響目標信息的提取、解譯效果及各種專題制圖的精度[3]。

研究區采用的遙感數據源為多源遙感影像，以TH1、ZY3、SPOT6為主，其次包括GF1、02C、YG24、P1等，時相為2014年和2015年。

遙感影像數據在幾何校正、圖像融合、圖像鑲嵌與裁剪、大氣校正等預處理的基礎上，需要針對部分存在高亮、黑暗、紋理信息損失等現象的礦山開發圖斑區域做增強處理，可采用線性、非線性反差增強法，最終目的是壓縮干擾信息，提高礦山目標識別效果[4]。

3.1 建立解譯標志

根據影像色彩、幾何形狀、結構影紋等特征，建立人工植被綠化、土地復墾、土地平整、邊坡治理植被綠化、自然恢復等不同治理方式的礦山生態環境恢復治理解譯標志。

信息提取以遙感影像為基礎信息源，基于ARCGIS平臺，采用RS-GIS一體化的采集方式對揚子地臺西部地區礦山環境恢復治理信息進行提取。通過對比2014年與2015年影像，結合影像上的地物特征，根據幾何形態、色調、結構紋理等進行室內解譯；對于室內無法準確直接解譯的地物，參照其他相關專業資料和圖件，結合實地調查綜合分析以提高解譯精度[5]。

3.2 信息提取成果

通過遙感監測與實地勘查，2014年揚子地臺西部地區正在利用的礦山總面積為69291.1公頃，廢棄礦山總面積為81680.4公頃，已恢復治理礦山1058個，總面積3865.4公頃，占全區礦山用地的2.56%。2015年正在利用的礦山總面積為79360.8公頃，廢棄礦山總面積為88288.5公頃，已恢復治理礦山1393個，總面積4967.6公頃，占全區礦山用地的2.96%。

比較2014年和2015年信息提取成果：礦山環境恢復治理面積由3865.4公頃增加至4967.6公頃，新增1102.2公頃，增加了28.51%；礦山環境恢復治理率由2.56%增加至2.96%，增加了0.4個百分點。

研究區2015年度礦山環境恢復治理方式以普通植被恢復數量最多，共762處；其次為礦山復墾260處，土地平整188處，邊坡治理97處，自然恢復86處。廢棄礦山的占地類型以采場面積（58732.6公頃）最大，其次為中轉場地（20859.1公頃），另外還有固體廢棄物（7749.9公頃）以及礦山建筑（946.9公頃）等?？梢姀U棄礦山面積仍為已治理礦山面積的近18倍，全區礦山環境恢復治理面積依舊遠遠不夠，廢棄礦山的治理力度還有待加強。

四、典型恢復治理圖斑及治理方案剖析

通過遙感解譯與野外實地調查發現，揚子地臺西部地區不同區域、不同礦種及不同開采方式等的礦山環境恢復治理方案各不相同，各個礦山根據自身的特點制定了礦山環境恢復治理方案，典型的治理方案主要有以下幾種：

(1)普通植被恢復，轉為林業用地

普通植被恢復是礦山環境恢復治理中最為常見的治理方案，揚子地臺西部地區多數礦山在停采后進行砌坡、填土石、復土，植被恢復。如貴州省清鎮市麥格鄉××鋁土礦環境恢復治理，根據2014年的SPOT6遙感影像數據較難分辨該礦山是否進行了恢復治理；但在2015年的YG24影像數據中該礦山部分區域明顯有了淺綠色階梯狀紋理，說明該礦山進行了環境恢復治理（見圖1）。經野外調查，發現礦山開采面已進行降坡處理，做成多層臺階，臺階上復土種植樹苗，植被生長茂盛，礦山環境恢復治理效果良好（見圖2）。

(2)礦山復墾，轉為農業用地

礦山復墾是礦山環境恢復治理較為常見的一種治理方式，通過復墾不僅改善了礦山生態環境，而且改善了土地質量，還能帶來一定的經濟效益，充分實現了土地資源的再利用，研究區一些地表剝離較淺的礦山和大型礦山排土場選擇復墾進行恢復治理。如貴州省福泉市××磷礦排土場，根據2014年的SPOT6遙感影像排土場已被平整，較大區域被綠色植被覆蓋，可判斷2014年該礦山已經進行了環境恢復治理工作；2015年為GF1遙感影像，該排土場除被密集的綠色植被覆蓋外，邊坡的紋理較為平整規則，與普通植被恢復治理有所不同（見圖3）。經野外調查，該礦山排土場修建了擋土墻及排洪溝，部分區域種植玉米恢復為耕地，進行了土地復墾，治理面積較大，恢復程度較高（如圖4所示）。

(3)引進企業項目，轉為工業用地

在距離市區較近的礦區，充分利用地理位置上的優勢，將廢棄礦山進行土地平整，引進企業項目，將礦業用地轉為工業用地，不僅能使礦山占損土地得到充分利用，還能為當地帶來了一定的經濟效益。如貴州省××水泥有限公司石灰石礦山，根據兩年影像對比，2015年礦山恢復治理區域比2014年明顯增大且紋理平整（見圖5）。經野外調查，發現該礦山場地已鋪碎石進行平整，平整完成后的土地將入駐企業項目（見圖6）。

(4)修建服務設施，轉為公共服務用地

露天開采的礦產開發集中區占用了大量的土地資源，結合其地表剝離較淺、占地面積大的特點，地方政府將一些距離居民區較近的礦產開發集中區修建成公共服務用地供居民使用。如重慶市大足縣××煤礦，由于長年累月無序開采，造成大面積植被破壞、水土流失，同時誘發滑坡等地質災害及隱患。考慮到該礦區占地面積大、影響范圍廣，縣政府決定對其進行大范圍高標準治理，把礦區治理成生態陵園。對比2015年與2014年影像，2015年高分辨率P1遙感影像中該礦區有明顯的降坡與復綠治理措施，降坡后影像上具有階梯狀紋理，復綠后影像上具有綠色植被紋理（見圖7）。通過對遙感影像進行解譯，圈定出該礦區環境恢復治理面積約1.72公頃。經野外調查，發現治理措施包括對原礦區進行客土、覆土平整，控制水土流失，恢復生態環境，解決山體滑坡安全隱患等?，F該礦區實施道路硬化、種植草木、配套硬件設施等項目，變礦區為生態陵園（見圖8）。

(5)自然恢復，轉為其他用地

揚子地臺西部地區兼具低緯氣候、季風氣候、高原氣候的特點，全區大部分地方氣候溫暖，雨水充足，植被容易生長。一些礦山由于開采地形險要，停采后未及時治理，經較長一段時間后，礦區內雜草生長，礦區生態環境進行了自然恢復。如貴州省松桃苗族自治縣蓼皋鎮××采石場礦山環境恢復治理，對比2014年的多光譜SPOT6遙感影像和2015年的TH1遙感影像沒有明顯變化，較難分辨出該礦山是否進行了環境恢復治理，均為石料開采而裸露的地表（見圖9）。經野外調查，該礦山開采礦種為建筑用白云巖，礦山開采面為堅硬的巖壁，較難進行恢復治理，因此礦山在停采后未及時進行環境恢復治理。但目前該礦山開采面已經自然風化，整個礦區自然生長雜草且長勢茂盛，當地相關部門已不再打算治理該礦山，若再進行治理反而破壞目前的恢復狀況（見圖10）。

五、結論

1）本文利用遙感技術對影像進行預處理和增強處理操作，使其達到容易被判讀的要求后，應用于礦山環境監測工作，能夠快速全面獲取土地損毀、地質災害、環境恢復治理等信息，效果十分顯著。

2）通過對比兩期遙感影像，觀察礦山環境變化情況，研究其變化趨勢，采用RS-GIS一體化的采集方式提取揚子地臺西部礦山環境恢復治理信息，結合野外查證，能夠快速有效總結出常用的礦山環境恢復治理方案類型。

3）部分方案不僅達到了礦山環境恢復治理的目的，還能帶來一定的社會經濟效益，對廢棄礦山的治理具有一定借鑒作用，對促進礦山生態環境可持續發展具有重要研究意義。

[1]梅安新,彭望琭,秦其明,等.遙感導論[M].北京:高等教育出版社,2001.

[2]王曉紅,聶洪峰,李成尊,等.不同遙感數據源在礦山開發狀況及環境調查中的應用[J].國土資源遙感,2006,(2):69-71.

[3]黨安榮.ERDASIMAGINE遙感圖像處理方法[M].北京:清華大學出版社,2003.

[4]姚維嶺,荊青青,周英杰,等.基于遙感動態監測的山東省礦山地質環境恢復治理典型模式分析[J].礦產勘查,2015,6(5):627-634.

[5]王燕波,羅偉,李名勇,等.基于高分辨率遙感影像的礦山開發監測研究[J].熱帶地理,2011,31(4):377-382.