基于遙感及地理國(guó)情數(shù)據(jù)的礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)研究

楊 波,朱樹(shù)葉

(1.寧夏回族自治區(qū)國(guó)土測(cè)繪院，寧夏 銀川 750002)

環(huán)境問(wèn)題已成為當(dāng)今世界各國(guó)最為關(guān)注的焦點(diǎn)之一，對(duì)環(huán)境的現(xiàn)狀和變化進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)是大勢(shì)所趨。但是，由于理解不深入以及法制法規(guī)的不完善，在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中許多礦山忽視環(huán)境保護(hù)工作，給礦區(qū)帶來(lái)了一系列的環(huán)境生態(tài)問(wèn)題[1]。

此次監(jiān)測(cè)是利用多源遙感數(shù)據(jù)、野外調(diào)查數(shù)據(jù)以及地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)業(yè)判讀與外業(yè)核查對(duì)銀川市賀蘭山東麓非煤礦山進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，查明監(jiān)測(cè)區(qū)各期土地利用情況和礦山壓占、破壞土地以及礦山恢復(fù)治理狀況，并對(duì)比三期數(shù)據(jù)得到監(jiān)測(cè)區(qū)的土地類(lèi)型年變化率、相互轉(zhuǎn)化度和礦山壓占、破壞土地以及恢復(fù)治理變化情況，進(jìn)行趨勢(shì)分析和研究，并對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)非煤礦山環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 監(jiān)測(cè)區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 監(jiān)測(cè)區(qū)概況

此次監(jiān)測(cè)的非煤礦山位于賀蘭山東麓，行政區(qū)劃屬于銀川市，其范圍南起永寧縣閩寧鎮(zhèn)，北至賀蘭縣與平羅縣邊界，東界至110國(guó)道，西界賀蘭山東麓。銀川市所轄的賀蘭山東麓露天砂石礦主要分布在套門(mén)溝礦區(qū)、鎮(zhèn)北堡礦區(qū)、賀蘭縣宰牛溝礦區(qū)和永寧縣黃羊?yàn)┑V區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)源

1）寧夏第一次地理國(guó)情普查成果數(shù)據(jù)（現(xiàn)勢(shì)性為2015年）。

2）賀蘭山東麓露天采礦破壞環(huán)境狀況調(diào)查資料。

3）影像資料。此次監(jiān)測(cè)共獲取了三期遙感影像，分別是分辨率為0.8 m的2016年高分2號(hào)衛(wèi)星影像；分辨率為2.5 m的2010年ALOS衛(wèi)星影像資料；分辨率為0.6 m的2005年QuickBird衛(wèi)星影像。

2 技術(shù)路線與數(shù)據(jù)分析

2.1 技術(shù)路線

收集整理 2005、2010、2016 年監(jiān)測(cè)區(qū)的遙感影像、地理國(guó)情普查及賀蘭山東麓露天采礦破壞環(huán)境調(diào)查等相關(guān)資料，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)三期遙感影像進(jìn)行解譯。經(jīng)過(guò)野外核查后對(duì)遙感解譯數(shù)據(jù)進(jìn)行演化分析。最后，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)的非煤礦山環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。針對(duì)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出相應(yīng)的整治措施。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 監(jiān)測(cè)信息提取

根據(jù)銀川市賀蘭山東麓非煤礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目工作實(shí)際需要，將提取信息分兩大類(lèi)九小類(lèi)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)的土地利用現(xiàn)狀和每個(gè)礦山基本情況進(jìn)行識(shí)別、提取，具體的提取信息如圖1所示。

圖1 非煤礦山遙感提取與監(jiān)測(cè)對(duì)象

2.2.2 數(shù)據(jù)演化分析

1）提取2005、2010、2016 年的土地利用數(shù)據(jù)，得到各個(gè)時(shí)期的土地利用類(lèi)型面積及變化信息，利用單一地表覆蓋類(lèi)型及礦種類(lèi)型動(dòng)態(tài)度和綜合地表覆蓋類(lèi)型動(dòng)態(tài)度對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)土地變化和轉(zhuǎn)化情況進(jìn)行了分析[2-3]。根據(jù)三期遙感解譯數(shù)據(jù)，得到2005～2010、2010～2016地表覆蓋類(lèi)型間的轉(zhuǎn)移矩陣，由轉(zhuǎn)移矩陣可得到2005～2010、2010～2016年各類(lèi)用地互相轉(zhuǎn)化的面積和轉(zhuǎn)化度。

2）監(jiān)測(cè)區(qū)土地利用三期演化分析。單一地表覆蓋類(lèi)型及礦種類(lèi)型變化率，通過(guò)計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)某種地表覆蓋類(lèi)型及礦種類(lèi)型在監(jiān)測(cè)期末(t2)與監(jiān)測(cè)期初(t1)之間的數(shù)量的年均變化速率，從而分析出在時(shí)間上的發(fā)展和變化[4,5]，稱為單一地表覆蓋類(lèi)型及礦種類(lèi)型的變化率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，Ki為研究時(shí)段內(nèi)某單一地表覆蓋類(lèi)型及礦種類(lèi)型變化率；LA(i,t2)、LA(i,t1)分別為研究期末及研究期初某一種地表覆蓋類(lèi)型及礦種類(lèi)型的面積[5-6]；t2～t1為研究時(shí)段，當(dāng)t的時(shí)段設(shè)定為年時(shí)，Ki的值就是該研究區(qū)某種地表覆蓋類(lèi)型及礦種類(lèi)型的年變化率[5,7]。

通過(guò)對(duì)遙感影像進(jìn)行解譯，得到監(jiān)測(cè)區(qū)各時(shí)段土地利用類(lèi)型面積、土地利用變化面積（ha）、年變化率（表1）、土地利用柱狀圖（圖2）及土地利用類(lèi)型變化量曲線圖（圖3）[8]。

表1 監(jiān)測(cè)區(qū)土地利用變化面積（ha）和年變化率

圖2 監(jiān)測(cè)區(qū)三期土地利用情況柱狀圖

綜合地表覆蓋類(lèi)型動(dòng)態(tài)度：綜合地表覆蓋類(lèi)型動(dòng)態(tài)度考慮研究時(shí)段內(nèi)地表覆蓋類(lèi)型間的轉(zhuǎn)化速度，反映了區(qū)域地表覆蓋變化的劇烈程度，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為[9]：

式中，Lc為研究時(shí)段內(nèi)綜合地表覆蓋動(dòng)態(tài)度；LUi為研究初期第i類(lèi)地表覆蓋類(lèi)型面積；△LUi-j為研究期內(nèi)第i類(lèi)地表覆蓋類(lèi)型轉(zhuǎn)為非i類(lèi)(j類(lèi)，j=1，2，…n)地表覆蓋類(lèi)型面積的絕對(duì)值。根據(jù)三期遙感解譯數(shù)據(jù)，得到2005～2010、2010～2016地表覆蓋類(lèi)型間的轉(zhuǎn)移矩陣，見(jiàn)表2、3。

圖3 土地利用類(lèi)型變化量曲線圖

表2 監(jiān)測(cè)區(qū)2005～2010年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣面積/ ha

表3 監(jiān)測(cè)區(qū)2010～2016年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣面積/ ha

由式（2）計(jì)算可知，2005～2010年綜合地表覆蓋類(lèi)型轉(zhuǎn)換度為0.97%；2010～2016年綜合地表覆蓋類(lèi)型轉(zhuǎn)換度為1.43%。

3）監(jiān)測(cè)區(qū)非煤礦山三期演化分析。通過(guò)提取各個(gè)時(shí)期的非煤礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，得到了 2005、2010年及2016 年的監(jiān)測(cè)區(qū)礦山數(shù)量、采場(chǎng)數(shù)量和采場(chǎng)占地面積。2005～2010 年期間采場(chǎng)數(shù)量減少9個(gè)，年變化率-2.22%，占地面積增加538.80 ha，年變化率為10.76%；2010～2016年期間礦山數(shù)量減少13個(gè)、采場(chǎng)數(shù)量增加10個(gè)、采場(chǎng)數(shù)量年變化率2.31%，占地面積增加212.53 ha；2005～2016年采場(chǎng)數(shù)量基本保持穩(wěn)定，但占地面積逐年遞增，截止目前，采場(chǎng)面積為1 752.59 ha。

3 監(jiān)測(cè)區(qū)非煤礦山環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 非煤礦山植被覆蓋率

礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)中植被覆蓋率是評(píng)價(jià)礦區(qū)環(huán)境的重要指標(biāo)[1]。非煤礦山監(jiān)測(cè)區(qū)植被覆蓋率=非煤礦山監(jiān)測(cè)區(qū)植被面積/非煤礦山監(jiān)測(cè)區(qū)面積。

根據(jù)三期遙感解譯數(shù)據(jù)得到監(jiān)測(cè)區(qū)從2005～2016年植被覆蓋率逐年遞減，春-夏季植被覆蓋率在11 a間降低了4.45%；秋-冬季植被覆蓋率降低了10.27%，同時(shí)從三期擬合曲線上可以看出，監(jiān)測(cè)區(qū)植被覆蓋率仍處于降低趨勢(shì)。

3.2 非煤礦山恢復(fù)治理率

礦山的環(huán)境恢復(fù)治理率也是礦區(qū)進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。非煤礦山恢復(fù)治理率=非煤礦山恢復(fù)治理面積/非煤礦山總破壞面積[1]。

根據(jù)三期遙感解譯數(shù)據(jù)結(jié)合自治區(qū)國(guó)土資源廳地質(zhì)環(huán)境處資料得到2005～2010年恢復(fù)治理面積為512.90 ha,礦山破壞、壓占土地面積為1 540.06 ha，恢復(fù)治理率33.30%；2005～2016年恢復(fù)治理面積為578.231 ha，礦山破壞、壓占土地面積為1 752.59 ha，恢復(fù)治理率32.99%。監(jiān)測(cè)區(qū)從2005～2016年礦山恢復(fù)治理面積持續(xù)增長(zhǎng)，但恢復(fù)治理率幾乎保持不變。隨著近幾年關(guān)于礦山恢復(fù)治理等一系列政策、規(guī)范的出臺(tái)，礦山恢復(fù)治理面積應(yīng)該會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

1）以整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)為研究對(duì)象可以發(fā)現(xiàn)，植被覆蓋率在11 a間持續(xù)降低，這對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)的環(huán)境質(zhì)量是不利的。

2）非煤礦山的恢復(fù)治理率在逐年上升，但同期礦山破壞、壓占土地也在增長(zhǎng)，破壞和治理的不同步會(huì)導(dǎo)致礦山環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步下降，直接對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)的環(huán)境造成不利影響。

4 結(jié) 論

本文基于遙感及地理國(guó)情數(shù)據(jù)，對(duì)銀川市賀蘭山東麓非煤礦山環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，并提出了治理整頓措施和建議，為相關(guān)行業(yè)提供參考。