礦山廢棄地生態(tài)修復中3S 技術(shù)的應用

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 濟南 250014）

礦山在開采的過程中，由于開采手段不當、開采過程沒有設置規(guī)范標準等因素存在，常常造成礦山結(jié)構(gòu)、土壤等受到嚴重的破壞，嚴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該區(qū)域甚至周圍區(qū)域的經(jīng)濟發(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)應用到礦山生態(tài)環(huán)境綜合治理當中，將傳統(tǒng)修復治理觀念改變，同時通過對礦山進行三維景觀建模，能夠進一步為礦山企業(yè)提供更加科學、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)修復當中，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)修復方法設計

1.1 確定礦山廢棄地生態(tài)修復指數(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)劣程度進行判斷。

為方便判斷，分別從四個維度當中，提取其中具有代表性的指標參數(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)模型當中的影貌變換功能，從其圖像當中獲取到形影的數(shù)據(jù)信息，并按照如下公式進行計算：

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，不同波段下對應的反應率；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)模型當中，相應的近紅外波段；ρr表示為模型當中的紅外波段反射率。按照上述公式進行計算，假設礦山廢棄地生態(tài)修復指數(shù)為K，則K 的數(shù)值應為上述各項指標之和，即：

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

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)進行轉(zhuǎn)化、處理以及圖幅打印等任務[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)的微生物復墾監(jiān)測及評價體系，初步完成對廢棄地各類微生物復墾信息的管理、統(tǒng)計以及發(fā)布。同時，還可進一步利用地理信息技術(shù)，輔助人工神經(jīng)網(wǎng)絡，對廢棄地的整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計。建立礦山廢棄地修復信息管理平臺，并在此基礎上，利用DTM 建模軟件，將廢棄地修復模型構(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[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，將其應用于對礦山廢棄地的測繪、三維仿真當中，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行比對，找出存在缺陷問題區(qū)域，并對該區(qū)域進行集中修復，以此完成對礦山廢棄地生態(tài)修復。

1.3 建立礦山廢棄地生態(tài)修復補償機制

為進一步確保修復的有效及高質(zhì)量，綜合上述礦山廢棄地生態(tài)修復綜合治理，建立相應的修復補償機制。將本文上述礦山廢棄地生態(tài)修復指數(shù)作為數(shù)據(jù)基礎，按照綜合治理方法完成修復后，再次按照公式（1）和公式（2）進行計算，得出修復后的廢棄地生態(tài)修復指數(shù)。將修復后的指數(shù)與修復前的指數(shù)相減，若數(shù)值為正，則說明修復方法有效，修復方案對于該礦山廢棄地生態(tài)修復具有積極促進作用。若數(shù)值為負，則說明修復方法無效，修復方案對于該礦山廢棄地生態(tài)修復具有消極作用，需要重新設置合理的生態(tài)修復方案[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成本。

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

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)修復方法在實際應用中是否具有更高的應用效果，將其與傳統(tǒng)礦山廢棄地生態(tài)修復方法進行對比。選擇某地區(qū)經(jīng)過長期開采出現(xiàn)嚴重生態(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方法和傳統(tǒng)修復方法對該區(qū)域進行綜合治理，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)修復指數(shù)作為對比指標，將通過兩種方法完成修復的區(qū)域按照公式（1）和公式（2）進行計算，并設置修復完成后的最佳效果為1.000。以此判斷兩種修復方法的綜合應用效果。將計算結(jié)果記錄如表1 所示。

表1 兩種修復方法實驗結(jié)果對比表

根據(jù)表1 中的數(shù)據(jù)可以看出，本文修復方法生態(tài)修復指數(shù)明顯高于傳統(tǒng)修復方法生態(tài)修復指數(shù)。同時，隨著修復面積的不斷增加，傳統(tǒng)修復方法的生態(tài)修復指數(shù)出現(xiàn)了明顯的下降趨勢，說明傳統(tǒng)修復方法修復面積越大，最終得到的修復效果與理想修復效果相差更遠。而本文提出的修復方法不會受到修復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)定的修復效果。

同時，本文修復方法中應用了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前，完成虛擬修復，并將最終最佳的修復方案應用到實際，可以進一步降低修復成本的支出。

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)修復方法可以有效提高對廢棄地的修復質(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雜性，同時修復技術(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、適宜性評價中的應用，以期為3S 技術(shù)在礦山領域中的應用提供有利推廣。