山西某地礦業開發占用土地狀況遙感監測

王海慶, 武明德， 劉 瓊， 李光昭， 王 昊， 李 麗

(1.中國國土資源航空物探遙感中心,北京 100083； 2.青海省環境地質勘查局,西寧 810007；3.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院,北京 100083)

0 引言

礦業開發是社會經濟發展的重要支撐，但礦業開發，尤其是固體礦產的露天開采，勢必占用和破壞大量的土地資源，對當地的生態景觀和生存環境造成嚴重影響。因此，及時對礦業開發占用土地狀況進行調查和動態監測十分重要。遙感技術為人類提供了一種從宏觀視角觀察自身生存環境的方式，使用遙感技術開展礦業開發占用土地狀況的調查和研究，能夠更好地發揮其客觀性、及時性和宏觀性等優勢，為相關部門提供真實的研究數據。

在礦業用地監管方面，國內學者對礦業用地的盤活、再利用以及制度建設方面的關注較多[1-4]，近年來，利用遙感技術開展礦業用地調查監測的成果也有了廣泛報道。楊顯華等[5]利用2006—2010年間獲取的衛星遙感數據，研究了川西南礦集區主要礦山占地現狀和變遷； 何亮柱等[6]利用2009年獲取的IKONOS衛星數據，提取了甘肅省白銀銅礦區礦山開發占地信息； 王耿明等[7]利用2014年度土地變更遙感數據，開展了廣東省礦山開發占地情況遙感監測及綜合研究； 張永杰等[8]利用2013年獲取的QuickBird衛星遙感數據，調查了寧夏回族自治區石炭井礦區的礦山開發占地情況； 強建華等[9]利用2011—2014年遙感數據，調查了新疆礦業活動占地情況； 蔣勁等[10]利用2014年度土地變更遙感數據，開展了山西省礦山占地遙感監測； 高俊華等[11]利用2010—2015年遙感數據，開展了洞庭湖周邊地區磚瓦用粘土礦占用損毀土地情況。這些研究都有詳實的數據支撐，能夠為相關研究提供良好的借鑒，但若能以單個礦山或礦山的部分區域為研究對象，利用2期遙感數據開展礦業開發占用土地狀況的監測，則可以對比分析礦業用地的變化情況，研究礦業用地變化的原因，能夠更好的為礦業用地監管部門服務。鑒于上述情況，本文聚焦于山西某地礦業開發區，利用2期遙感數據開展礦業開發占用土地狀況監測，并分析礦業用地的變化情況； 利用ArcGIS軟件，采用人機交互解譯方法分別圈定出礦業用地和非礦業用地，分析礦業用地迅速增長的現狀和原因，為礦業用地監管部門提供重要依據。

1 研究區概況及數據源

本文選擇山西省某礦業開采集中區為研究區。研究區位于呂梁市的東南部，面積9.3 km2。區內主要呈低山丘陵地貌，村村通公路，交通條件較好。在土地利用方面，除礦業用地以外，還有林地、耕地和建設用地等，其中林地面積最大。

研究區內開采的礦產資源主要為煤礦，其次為磚瓦用粘土。早年間煤礦的開采方式大多為地下開采，近年來露天開采不斷。隨著煤礦開采方式的改變，礦業用地大幅度增加，損毀了大量的林地和耕地，不僅破壞了地貌景觀，還剝奪了當地居民賴以生存的農田，增加了社會不穩定因素，故在此區域開展礦業開發占用土地狀況的遙感監測具有緊迫性和重要性。

分別選取2008年5月31日獲取的SPOT衛星遙感數據和2014年6月10日獲取的QuickBird衛星遙感數據作為基礎遙感數據。對其分別進行了多光譜與全色波段的融合，融合結果如圖1所示。

(a) SPOT影像(2008年5月31日)(b) QuickBird影像(2014年6月10日)

圖1研究區遙感影像

Fig.1Remotesensingimagesofstudyarea

融合后影像的基本信息見表1。

表1 融合后遙感數據基本信息Tab.1 Basic information of remote sensing data

2 遙感識別標志

2.1 礦業用地

礦業用地具有其獨特的影像特征，在高空間分辨率遙感影像中易于識別。根據研究區的實際情況，礦業用地可分為采場、礦山建筑、中轉場地和固體廢棄物，其遙感識別標志見圖2和表2。

(a) 采場 (b) 礦山建筑

(c) 中轉場地 (d) 固體廢棄物

圖2礦業用地遙感識別標志
Fig.2Remotesensingidentificationkeysofmininglands

表2 礦業用地遙感識別標志描述Tab.2 Description of remote sensing identification keys of mining lands

2.2 非礦業用地

根據研究區的實際情況，非礦業用地主要有居民地、耕地、林地以及主干道路。由于這些地物很常見，很容易在遙感影像中識別，文中不再贅述。

3 調查結果

利用ArcGIS軟件，基于上文識別標志進行人機交互解譯，在2期遙感影像中分別圈定出礦業用地和非礦業用地，并通過野外調查驗證進一步修改、完善室內研究結果，形成礦業開發占用土地狀況的遙感調查成果。

利用2008年5月31日獲取的SPOT衛星遙感影像，共圈定出礦業用地(含采場、礦山建筑、中轉場地和固體廢棄物)1.04 km2，非礦業用地(含居民地、林地、耕地和主干道路)8.26 km2。其中礦業用地約占研究區總面積的11.23%(表3和圖3(a))。

利用2014年6月10日的獲取的QuickBird衛星遙感影像，共圈定出礦業用地約4.31 km2，非礦業用地約4.99 km2。其中礦業用地約占研究區總面積的46.39%(表3和圖3(b))。

表3 研究區各類用地面積統計Tab.3 List for land area in study area

(a) 2008年 (b) 2014年

圖3礦業用地狀況遙感調查結果

Fig.3Resultsofremotesensingsurveyforminingland

4 礦業用地變化分析

由表3可知，2008年5月31日—2014年6月10日，研究區內礦業開發占用土地從1.04 km2增加至4.31 km2，增加了3.27 km2(圖4)，礦業用地占研究區總面積的比例約增加了35%。

圖4 礦業用地變化Fig.4 Changes of mining land

礦業用地中，采場面積增加了2.25 km2，約占礦業用地增加總面積的69%； 礦山建筑面積增加了0.15 km2，約占礦業用地增加總面積的5%； 中轉場地面積增加了0.39 km2，約占礦業用地增加總面積的12%； 固體廢棄物面積增加了0.48 km2，約占礦業用地增加總面積的14%(圖5)。

圖5 增加的礦業用地Fig.5 Increased mining land

結合遙感影像分析，2008年研究區內的礦產資源以地下開采為主，占用的土地數量較少； 而2014年以露天開采為主，占用土地較多。可見，開采方式的轉變是造成礦業用地大幅度增加的主要原因。在礦業用地類型上，采場增加的用地面積最大，也證實了這個結論。

同時，研究區內的非礦業用地減少了3.27 km2。其中，居民地面積減少了0.10 km2，約占非礦業用地減少總面積的3%； 耕地面積減少了1.53 km2，約占非礦業用地減少總面積的47%； 林地面積減少了1.65 km2，約占非礦業用地減少總面積的50%。由此可見，礦業用地的增加主要是占用了林地和耕地，同時也占用了一些居民地，造成部分村莊搬遷。

5 結論

1)遙感監測結果表明，從2008年5月31日—2014年6月10日期間，研究區內礦業開發占用土地增加了3.27 km2，礦業用地占研究區總面積的比例約增加了35%，礦業用地增長迅速。

2)開采方式的轉變是造成礦業用地大幅度增加的主要原因。研究區內2008年以地下開采為主，到2014年轉為以露天開采為主，導致2014年礦業用地大幅度增加。

3)礦業用地的增加主要是占用了林地和耕地，同時也占用了一些居民地，造成部分村莊搬遷。

另外，本文尚有一些不足之處。本文以露天開采礦山為調查對象，各項數據基于地表覆蓋物的明顯變化得出，對于地下開采礦山形成的地下采空區及地表塌陷破壞土地狀況的研究尚未涉及，有待今后進一步調查。

志謝： 本文研究和野外調查過程中得到了楊金中、聶洪峰、周英杰、李勇志等同仁的幫助，在此表示衷心的感謝！

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