礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)中3S 技術(shù)的應(yīng)用

徐 丹，蔣 磊，于巾萃

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，山東 濟(jì)南 250014）

礦山在開采的過程中，由于開采手段不當(dāng)、開采過程沒有設(shè)置規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等因素存在，常常造成礦山結(jié)構(gòu)、土壤等受到嚴(yán)重的破壞，嚴(yán)重者甚至影響礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。礦山開采能夠有效促進(jìn)該區(qū)域甚至周圍區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，但在開采的過程中，會加劇生態(tài)環(huán)境的破壞，使得原本脆弱的生態(tài)受到威脅，進(jìn)一步會造成大面積廢棄地的產(chǎn)生，形成不可逆轉(zhuǎn)的局面。

3S 技術(shù)是將遙感技術(shù)、全球定位技術(shù)和地理信息技術(shù)相結(jié)合的一項新興技術(shù)手段，將3S 技術(shù)應(yīng)用到礦山生態(tài)環(huán)境綜合治理當(dāng)中，將傳統(tǒng)修復(fù)治理觀念改變，同時通過對礦山進(jìn)行三維景觀建模，能夠進(jìn)一步為礦山企業(yè)提供更加科學(xué)、合理的開采依據(jù)和手段，具有十分重要的現(xiàn)實意義。基于此，本文在礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)當(dāng)中，引入3S 技術(shù)，開展對其深入研究。

1 基于3S技術(shù)的礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)方法設(shè)計

1.1 確定礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)指數(shù)

利用3S 技術(shù)，構(gòu)建礦山廢棄地的遙感生態(tài)指數(shù)模型，根據(jù)廢棄地區(qū)域的濕度、干度、熱度以及綠度，四個維度對該區(qū)域的生態(tài)優(yōu)劣程度進(jìn)行判斷。

為方便判斷，分別從四個維度當(dāng)中，提取其中具有代表性的指標(biāo)參數(shù)，分別為土壤濕度指數(shù)、裸土指數(shù)、地表溫度以及植被覆蓋率[2]。結(jié)合遙感生態(tài)指數(shù)模型當(dāng)中的影貌變換功能，從其圖像當(dāng)中獲取到形影的數(shù)據(jù)信息，并按照如下公式進(jìn)行計算：

公式（1）中，Wet 表示為土壤濕度指數(shù)；anρn 表示為在遙感生態(tài)指數(shù)模型中，不同波段下對應(yīng)的反應(yīng)率；NDSI表示為廢棄地裸土指數(shù)；SI 和BI 分別表示為該廢棄地干度指數(shù)和建筑指數(shù)；T 表示為地表溫度；gain 表示為廢棄地區(qū)域內(nèi)的地表增益指數(shù)；DN 表示為廢棄地在模型當(dāng)中的灰度指數(shù)；bias 表示為廢棄地地表偏置值；NDVI 表示為植被覆蓋率；ρx表示為遙感生態(tài)指數(shù)模型當(dāng)中，相應(yīng)的近紅外波段；ρr表示為模型當(dāng)中的紅外波段反射率。按照上述公式進(jìn)行計算，假設(shè)礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)指數(shù)為K，則K 的數(shù)值應(yīng)為上述各項指標(biāo)之和，即：

按照上述公式，完成計算得到礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)指數(shù)，并根據(jù)指數(shù)不同數(shù)值，為后續(xù)綜合修復(fù)治理提供參考。

1.2 基于3S 技術(shù)的礦山廢棄地生態(tài)綜合治理

針對礦山廢棄地現(xiàn)存生態(tài)問題，結(jié)合3S 技術(shù)，首先通過ArcGIS 軟件完成對廢棄地現(xiàn)場采集到的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、處理以及圖幅打印等任務(wù)[3]。其次，再利用MapXtreme Java 軟件，將其作為地理信息的發(fā)布平臺，構(gòu)建B/S 結(jié)構(gòu)的微生物復(fù)墾監(jiān)測及評價體系，初步完成對廢棄地各類微生物復(fù)墾信息的管理、統(tǒng)計以及發(fā)布。同時，還可進(jìn)一步利用地理信息技術(shù)，輔助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對廢棄地的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。建立礦山廢棄地修復(fù)信息管理平臺，并在此基礎(chǔ)上，利用DTM 建模軟件，將廢棄地修復(fù)模型構(gòu)建，組織土壤特性數(shù)據(jù)，完成在虛擬環(huán)境下對廢棄地修復(fù)[4]。利用地理信息技術(shù)，將遙感影像以及數(shù)字模型結(jié)合，將其應(yīng)用于對礦山廢棄地的測繪、三維仿真當(dāng)中，同時將排土場作為主要檢測對象，結(jié)合景觀生態(tài)理論，在完成修復(fù)后，按照礦山廢棄地植被的覆蓋范圍以及地形特征，對其模型中的斑塊進(jìn)行比對，找出存在缺陷問題區(qū)域，并對該區(qū)域進(jìn)行集中修復(fù)，以此完成對礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)。

1.3 建立礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)補償機制

為進(jìn)一步確保修復(fù)的有效及高質(zhì)量，綜合上述礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)綜合治理，建立相應(yīng)的修復(fù)補償機制。將本文上述礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)指數(shù)作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，按照綜合治理方法完成修復(fù)后，再次按照公式（1）和公式（2）進(jìn)行計算，得出修復(fù)后的廢棄地生態(tài)修復(fù)指數(shù)。將修復(fù)后的指數(shù)與修復(fù)前的指數(shù)相減，若數(shù)值為正，則說明修復(fù)方法有效，修復(fù)方案對于該礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)具有積極促進(jìn)作用。若數(shù)值為負(fù)，則說明修復(fù)方法無效，修復(fù)方案對于該礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)具有消極作用，需要重新設(shè)置合理的生態(tài)修復(fù)方案[5]。由于上述綜合治理是在虛擬環(huán)境下完成，因此不需要消耗多余的修復(fù)成本。

在模型當(dāng)中，通過上述操作，最終得出合理的修復(fù)方案后，再將相應(yīng)的修復(fù)手段、技術(shù)等應(yīng)用于實際，以此既可以保證最佳的修復(fù)效果，同時還能夠合理控制修復(fù)成本的支出。

2 實驗論證分析

為驗證本文提出的基于3S 技術(shù)的礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)方法在實際應(yīng)用中是否具有更高的應(yīng)用效果，將其與傳統(tǒng)礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)方法進(jìn)行對比。選擇某地區(qū)經(jīng)過長期開采出現(xiàn)嚴(yán)重生態(tài)問題的礦山廢棄地作為實驗對象，將該廢棄地劃分為兩塊規(guī)格均為100m×100m 的區(qū)域，分別利用本文提出的修復(fù)方法和傳統(tǒng)修復(fù)方法對該區(qū)域進(jìn)行綜合治理，完成對比實驗。

為保證實驗結(jié)果具有可對比性，選用本文上述提出的礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)指數(shù)作為對比指標(biāo)，將通過兩種方法完成修復(fù)的區(qū)域按照公式（1）和公式（2）進(jìn)行計算，并設(shè)置修復(fù)完成后的最佳效果為1.000。以此判斷兩種修復(fù)方法的綜合應(yīng)用效果。將計算結(jié)果記錄如表1 所示。

表1 兩種修復(fù)方法實驗結(jié)果對比表

根據(jù)表1 中的數(shù)據(jù)可以看出，本文修復(fù)方法生態(tài)修復(fù)指數(shù)明顯高于傳統(tǒng)修復(fù)方法生態(tài)修復(fù)指數(shù)。同時，隨著修復(fù)面積的不斷增加，傳統(tǒng)修復(fù)方法的生態(tài)修復(fù)指數(shù)出現(xiàn)了明顯的下降趨勢，說明傳統(tǒng)修復(fù)方法修復(fù)面積越大，最終得到的修復(fù)效果與理想修復(fù)效果相差更遠(yuǎn)。而本文提出的修復(fù)方法不會受到修復(fù)面積的變化影響以及周圍其他因素的影響，可以保證更加穩(wěn)定的修復(fù)效果。

同時，本文修復(fù)方法中應(yīng)用了3S 技術(shù)，能夠結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，以構(gòu)建模型的方式在修復(fù)前，完成虛擬修復(fù)，并將最終最佳的修復(fù)方案應(yīng)用到實際，可以進(jìn)一步降低修復(fù)成本的支出。

因此，通過實驗證明，本文提出的基于3S 技術(shù)的礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)方法可以有效提高對廢棄地的修復(fù)質(zhì)量，為礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

3 結(jié)語

通過本文上述提出的礦山廢棄地生態(tài)修復(fù)方法，可以有效實現(xiàn)對廢棄地的合理利用，但由于礦山廢棄地具有一定的復(fù)雜性，同時修復(fù)技術(shù)手段仍然處于初級階段，因此在后續(xù)的研究中還將深入研究3S 技術(shù)在礦山廢棄地潛力、適宜性評價中的應(yīng)用，以期為3S 技術(shù)在礦山領(lǐng)域中的應(yīng)用提供有利推廣。