河南礦山環境恢復治理遙感調查與分析

金玉玲， 耿麗艷， 齊慶超

河南省地礦局測繪地理信息院/河南省天空地遙感智能監測工程技術研究中心/河南省自然資源天空地遙感智能監測研究科技創新中心，河南 鄭州 450006

引 言

近年來，礦山生態環境恢復治理工作被提到了前所未有的高度。政府在礦山生態環境恢復治理上投入了大量資金，取得了一定成效，礦山恢復治理有了明顯提高，但依舊存在治理經費不足，礦山資料掌握不足等問題。如何解決礦山環境問題，是目前迫切需要解決的課題。而遙感技術具有快速、動態獲取大量礦山資源環境信息的優勢，將不同時相、不同傳感器獲取的數據綜合分析，能得到海量動態信息，降低資金成本、減少人力，實時提供礦山恢復治理數據。

隨著遙感技術的日益發展，中國地質調查局部署的礦產資源開發多目標遙感調查與監測、礦產資源開發多目標遙感監測、全國礦產衛片遙感解譯、礦山遙感調查與監測、全國礦產資源開發環境遙感監測[1-2]；河南省自然資源廳先后部署開展的河南省礦山地質環境動態監測項目(2018年度)、河南省礦山地質環境動態監測項目(2019年度)、2020年度礦業權人勘查開采公示信息實地核查工作遙感解譯專項等項目，礦山環境恢復治理的遙感調查方法日趨成熟。前人魚磊等[3]、楊漢水等[4]、王昊等[5]、王海慶等[6-8]、陳玲等[9]從不同角度介紹了礦山遙感監測的技術方法或調查成果。

這些論文為本文的調查工作提供了參考資料，本文綜合利用以上論文的先進技術方法，結合所承擔項目的實際工作情況，對河南省礦山恢復治理進行遙感調查研究，不同角度分析了河南省礦山恢復治理情況，并通過數據分析處理統計了各地市礦山疑似違法開采情況，為河南省礦山恢復治理工作及礦政管理工作提供數據。

1 河南省礦產資源概況

河南省是全國重要的礦產資源大省和礦業大省，礦業產值連續多年位于全國前5位。2014年，河南省已發現的礦種為142種，開發利用的礦種有93種。優勢礦產主要為煤、石油、天然氣等能源礦產，鉬、金、鋁、銀金屬礦產，以及天然堿、鹽礦、耐火黏土、藍石棉、珍珠巖、水泥灰巖、石英砂巖等非金屬礦產。截至2017年末，河南境內已經發現的礦種有144種，已經查明礦產儲量的礦種有110種，已經開發利用的礦種有93種。全年新發現大中型礦產地11處。河南省礦業經濟迅猛推進，但由于礦山企業管理粗放、技術落后等原因，礦山開采也給生態環境帶來了較大損害。近年來，河南省礦山地質環境恢復治理工作通過建立制度取得了不錯的成效。

2 調查方法

2.1 遙感數據獲取及處理

(1)遙感數據獲取

項目所需高分影像數據：主要采用國家衛星應用中心河南地礦節點提供的“高分二號”“高分一號”等衛星遙感影像。根據工作區范圍，對2018年4月份和2019年11月份影像進行了篩選，獲取了覆蓋工作區的“高分一號”“高分二號”“資源三號”等滿足工作需要的衛星遙感影像，實現了年度全覆蓋。優先選擇霧氣較少、云量較少的“高分二號”衛星遙感影像，在“高分二號”遙感影像不清晰或未覆蓋的區域，采用同時相的“高分一號”遙感影像，或者采用與“高分一號”分辨率接近的“高分2米/8米星座”和“資源三號”衛星遙感影像。獲取的遙感數據基本覆蓋了河南省全境。

(2)遙感數據處理

由于工作區域范圍比較大，遙感影像數據量巨大，為提高處理效率本次工作高分影像數據主要采用集群式處理方法，利用遙感數據集群式處理軟硬件系統，完成高分遙感影像處理工作[10]。數據處理流程主要包括：工程建立、匹配轉點、平差定向、正射糾正、影像融合、影像勻光、鑲嵌成圖等步驟[11]。

2.2 遙感解譯方法

前人對于遙感解譯方法的報道很多，遙感解譯過程中恢復治理工程和廢棄荒地易混淆，本文主要介紹一下區分方法，詳見表1。

表1 易混淆圖斑處理方法Table 1 Confused spot treatment method

2.3 野外核查驗證

野外實地核查是驗證遙感解譯成果正確性的必要措施，目的是通過現場核查驗證，檢驗內業解譯的正確率，修改補充遙感解譯標志及解譯成果，提高遙感解譯成果的正確率。主要驗證解譯圖斑類型、利用狀態、解譯圖斑邊界的正確性，以及是否有遺漏[12-14]。野外驗證后修改完善室內解譯成果，包括修改解譯錯誤的圖斑，調整不合理的圖斑解譯邊界，補充漏譯圖斑，屬性完善信息提取工作。

本次共驗證1 230個圖斑，涵蓋全部圖斑類型，其中恢復治理圖斑350個。野外驗證結果與室內判定結果一致的圖斑有1 070，正確率達到87%；野外驗證結果與室內判定結果不一致的有160個，占13%。造成不一致的主要原因為部分地區的影像質量不太好，對解譯工作造成了一定的干擾。

3 遙感解譯調查結果

3.1 各類正在利用礦山地物面積

根據獲取的影像，2019年礦山開采遙感解譯面積約8 000 km2，涉及省部、省、市及縣(市、區)發證采礦許可證礦山，已經閉坑及責任人滅失礦山等。共解譯圖斑10 624處，其中占地面積從大到小依次為露天采場4 678處、工業廣場2 527處、廢石渣堆1 603處、矸石山291處、排土場231處、尾礦庫346處、選礦廠912處、冶煉廠36處(見表2)。

表2 各類正在利用礦山地物面積統計Table 2 Various types of mining surface area is being used statistical

3.2 環境恢復治理情況

2019年河南省礦山地質環境恢復治理工程解譯2 205處，面積12 175.57 hm2(見表3)。其中治理面積較多的有三門峽市、洛陽市、平頂山市、鄭州市、焦作市、新鄉市。恢復前土地類型主要為露天采場，占總面積的80%，其它從大到小分別為工業廣場、廢石渣堆、尾礦庫等。恢復后土地類型主要為耕地區、種草區、種樹區、自然恢復等(見表4)。河南省的恢復治理措施主要為采坑回填后先進行平整修復，其中土質較好、土層較厚、水源充足的開采廢棄地，恢復為耕地;對于覆土較薄、礦渣含量大的開采廢棄地，則宜種植松柏、刺槐、榆樹等耐旱、耐瘠薄、易成活樹種或種草以防水土流失，預防地質災害的發生。

表3 礦山地質環境治理工程統計 /hm2Table 3 Mine geological environment interpretation and management project statistics

表4 恢復后各土地類型面積統計表Table 4 Statistical table of area of various land types after restoration /hm2

3.3 礦山地質環境保護與恢復治理監測

通過遙感調查成果，判定是否進行了礦山地質環境保護與恢復治理，露天礦山是否采用臺階式采礦。礦山的粗放無序開采，對礦山“開膛破肚”不分層垂直剝離，一些開采面垂直落差甚至達上百米，造成山體嚴重受損，生態破壞嚴重，復墾難度極大，安全隱患和地質災害隱患突出，礦山環境的監測尤為重要。根據遙感解譯成果有個別礦山存在隨意亂挖、改變開采方式等現象。表5為洛陽市2019年第四季度礦山遙感解譯問題統計，洛陽市289個礦山(79個露天開采礦山，210個地下開采礦山)其中未見礦山地質環境恢復治理的礦山29個，未見明顯臺階式開采礦山19個。

表5 礦山衛星遙感影像解譯問題統計Table 5 Statistical table of satellite remote sensing imageinter pretation of mines

4 解譯結果分析

4.1 礦山正在生產用地情況分析

2019年度礦山生產用地從多到少依次為露天采場、工業廣場、廢石渣堆、選礦廠、尾礦庫、矸石山、排土場、冶煉廠，其中露天采場最多，占總面積的55%，露天采場對地表土壤的剝離和自然植被造成的破壞十分嚴重。礦山開采產生的固體廢棄堆放物帶來的地質環境問題也不容小覷，礦山開采產生的排土場、廢石渣堆、矸石山及尾礦庫面積占總面積的12.55%。大量的排土場、廢石渣堆、矸石山和尾礦庫造成植被的破壞，影響生態環境的質量，同時部分固體廢棄物邊坡失穩或成為泥石流的固體物質補給源，形成滑坡、泥石流等地質災害隱患，威脅當地群眾生產生活及生命財產安全[15]。

4.2 礦山恢復治理情況分析

河南省的恢復治理已經取得了很大的效果， 2019年全省恢復治理面積比2018年增加2 235 hm2。礦山分布較集中的地區礦山恢復治理較好，礦區分布零散的地區礦山恢復治理工作較差。大型礦山的環境恢復治理工作比較好，小型礦山環境恢復治理工作較差。新增礦山恢復治理中，生產礦山恢復治理比廢棄、關閉礦山恢復治理面積小。廢棄的露天采場治理面積大，治理效果較好，而矸石山、排土場、尾礦庫治理面積較小。依然有個別圖斑2018年衛星影像已經恢復治理，但2019年從影像上看又出現了礦山開采活動。

4.3 礦山復治理監測情況分析

通過對工作區內2018年和2019年遙感影像分析對比，部分礦山未進行恢復治理工作，存在斷崖式無序開采，隨意亂挖、隨意布局，與開發利用方案中設計的臺階式開發存在很大的差距，礦山開采方式執行狀況較差等情況。個別地下開采礦山范圍內有較大規模的露天開采現象。根據遙感解譯情況結合實地調查，可以動態監測礦山疑似違法開采情況。做到責任到人，加強礦業權人礦山地質環境保護與恢復治理的責任意識。對于新建、改建礦山必須提交礦山地質環境保護與土地復墾方案，做到邊生產，邊保護，邊治理；加快地方歷史遺留礦山地質環境破壞的治理力度，減少存量，推進礦山地質環境問題的恢復治理。

5 結論

(1)本文分析了河南省各類正在利用礦山地物面積，礦產開發占地面積最大的為露天采場，其次分別為工業廣場、廢石渣堆、選礦廠、尾礦庫、矸石山、排土場、冶煉廠。

(2)近年來河南省礦山地質環境恢復治理工作通過建立各項制度取得了很大的效果，河南省的恢復治理已經取得了很大的效果，2019年恢復治理面積比2018年增加14.6%，改變了原先礦山無序濫采的現象，改善了礦山生態環境。露天采場治理效果較好，而矸石山、排土場、尾礦庫治理有待提高。

(3)通過多時相的遙感調查成果，建立全省礦山恢復治理監測體系，充分利用大數據、衛星遙感等新技術，建設省級礦山生態修復大數據平臺，探索更有效的恢復治理措施，實現政府實時監控管理，做到責任到人，加強礦山生態恢復治理監督，推進礦山恢復治理工作。

(4)本文探討的礦山恢復治理監測遙感解譯數據的挖掘、分析和應用較為粗淺，有待后續繼續深入探究。