遙感技術(shù)在礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查中的應(yīng)用

王月琪

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000）

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過(guò)程中，國(guó)家對(duì)資源的開發(fā)力度越來(lái)越大，導(dǎo)致了許多廢棄礦山的出現(xiàn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了巨大影響。為了保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，在生態(tài)修復(fù)理念的引導(dǎo)下，人們開始對(duì)廢棄礦山的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行整治，目前已經(jīng)取得了良好的效果。在對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查的過(guò)程中，遙感技術(shù)體現(xiàn)出了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，可以在極短時(shí)間內(nèi)幫助技術(shù)人員采集到不同的生態(tài)資料，構(gòu)建廢棄礦山的三維空間模型，為礦山生態(tài)修復(fù)工作的具體開展打下了良好的基礎(chǔ)[1]。

1 遙感技術(shù)概述

地球上每一種物體時(shí)刻都在吸收和反射能量，這種能量是多種形式組成的，其中電磁波是人類最早認(rèn)識(shí)并利用的一種能量。遙感技術(shù)建立在不同物體反射的不同特征的電磁波的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)物體反射和發(fā)射的電磁波進(jìn)行探測(cè)的方式，獲取物體真實(shí)的信息，達(dá)到遠(yuǎn)距離識(shí)別物體的目的。遙感技術(shù)在不同領(lǐng)域的作用是不同的，例如氣象預(yù)測(cè)方面，可以對(duì)天氣進(jìn)行觀測(cè)，也可以對(duì)陸地上的土地、河流、森林等信息進(jìn)行觀測(cè)。

遙感技術(shù)的成像方法一般分為兩種。第一種是傳統(tǒng)的膠卷成像，是通過(guò)照相機(jī)與膠卷實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的成像。通常在對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行拍攝后，相關(guān)人員需要對(duì)膠卷進(jìn)行沖洗、印像以及放大，最終生成完整的遙感相片。另外一種是科技發(fā)展背景下的數(shù)字成像，原理和電腦成像的方式類似。數(shù)字成像即通過(guò)衛(wèi)星對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行拍攝，并將采集到的數(shù)字信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)設(shè)備中，最終通過(guò)計(jì)算機(jī)成像的方式形象的展示被測(cè)物體。應(yīng)用遙感技術(shù)的過(guò)程中，因?yàn)榕臄z點(diǎn)的高度不同，其成像分辨率有較大差異，并且采集信息的方式不同，成像的分辨率也不同。以遙感衛(wèi)星為例，其飛行高度在600km~4000km之間，圖像分辨率在1m~1km之間。

2 礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查中遙感技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 礦山開發(fā)秩序惡化

盡管目前國(guó)家正在整頓和規(guī)范礦產(chǎn)資源的開發(fā)秩序，但是從目前的情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)的開發(fā)秩序呈現(xiàn)逐漸惡化的趨勢(shì)。由于礦界不清，現(xiàn)階段界外開采的情況越來(lái)越嚴(yán)重，因此在未來(lái)礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查中，遙感技術(shù)的觀測(cè)范圍需要進(jìn)一步擴(kuò)大，這對(duì)遙感技術(shù)自身提出了很高的技術(shù)性要求。從國(guó)內(nèi)廢棄礦山的生態(tài)情況來(lái)看，因開采引發(fā)的礦山生態(tài)問(wèn)題仍然嚴(yán)峻，礦產(chǎn)資源的開采為礦山生態(tài)環(huán)境留下了巨大的地質(zhì)災(zāi)害隱患。例如以煤礦資源開采為主的黑龍江、內(nèi)蒙古、甘肅等地區(qū)，礦山地質(zhì)災(zāi)害以滑坡、裂縫、塌陷為主，尤其是地面沉降的問(wèn)題非常嚴(yán)重，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。從目前礦山生態(tài)修復(fù)情況來(lái)看，修復(fù)力度還有待加強(qiáng)，開采活動(dòng)導(dǎo)致了大量農(nóng)用土地被占用，是影響生態(tài)修復(fù)工作進(jìn)程的主要因素。

2.2 入庫(kù)工作有待加強(qiáng)

從當(dāng)前我國(guó)開展的礦山生態(tài)修復(fù)工作來(lái)看，很多廢棄礦山還沒(méi)有開展相關(guān)修復(fù)工作，主要原因是相關(guān)部門對(duì)礦山生態(tài)修復(fù)工作的認(rèn)識(shí)度不足。在具體開展修復(fù)工作的過(guò)程中，相關(guān)部門需要加強(qiáng)遙感調(diào)查、信息監(jiān)測(cè)的力度，不過(guò)因?yàn)檫b感技術(shù)將全國(guó)范圍內(nèi)所有廢棄礦山當(dāng)作觀測(cè)點(diǎn)，在進(jìn)行礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查的時(shí)候需要面對(duì)龐大的工作量和數(shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)入庫(kù)工作有待加強(qiáng)。在強(qiáng)化數(shù)據(jù)入庫(kù)工作的基礎(chǔ)上，相關(guān)部門才能夠在全國(guó)范圍內(nèi)的廢棄礦山上構(gòu)建多目標(biāo)遙感信息系統(tǒng)，促進(jìn)礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查項(xiàng)目應(yīng)用效率的提升[2]。

3 遙感技術(shù)在礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查中觀測(cè)成果分析

3.1 觀測(cè)成果

我國(guó)利用遙感技術(shù)對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)廢棄礦山的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查的過(guò)程中，制定并完善的《礦山遙感監(jiān)測(cè)工作指南》（文中稱《指南》），《指南》中具體包括了觀測(cè)項(xiàng)目術(shù)語(yǔ)、定義、標(biāo)準(zhǔn)、范圍、遙感圖像處理、成果圖鑒編制等各方面的內(nèi)容，為我國(guó)后續(xù)礦山生態(tài)修復(fù)工作提供了強(qiáng)大的決策支持和技術(shù)支持。到目前為止，我國(guó)已經(jīng)連續(xù)14年利用遙感技術(shù)對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的各大礦山進(jìn)行觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢棄礦山的全面覆蓋。通過(guò)遙感衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)拍攝等方式實(shí)現(xiàn)了遙感技術(shù)的具體操作，同時(shí)還在遙感技術(shù)的應(yīng)用背景下研發(fā)出了礦山地物變化信息提取技術(shù)，在遙感技術(shù)下構(gòu)建了相對(duì)完善的礦山生態(tài)修復(fù)體系。在對(duì)遙感技術(shù)進(jìn)行深入研究的過(guò)程中，已經(jīng)可以應(yīng)用航天、航空、陸地、低空等多樣化的觀測(cè)方式對(duì)廢棄礦山生態(tài)環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)。

3.2 執(zhí)行成果

從目前情況來(lái)看，我國(guó)在對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)的過(guò)程中，遙感技術(shù)的應(yīng)用率以及應(yīng)用范圍正在逐漸提高。在對(duì)全國(guó)各大廢棄礦山進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響的主要問(wèn)題有：泥石流災(zāi)害、采空區(qū)坍塌、地面裂縫、渣場(chǎng)占地等。結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)在制定修復(fù)建議的過(guò)程中，以土地復(fù)墾、綠化施工、回填坍塌區(qū)和裂縫為主。通過(guò)應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)廢棄礦山生態(tài)環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)只有少數(shù)礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)達(dá)到了正常標(biāo)準(zhǔn)，還有很多礦山?jīng)]有完成生態(tài)修復(fù)工作，甚至還有部分礦山至今未采取修復(fù)工作。相比而言，國(guó)有大型企業(yè)下的礦山生態(tài)修復(fù)工作質(zhì)量較高，在各省份逐漸加大對(duì)礦權(quán)的整合力度之后，礦山生態(tài)修復(fù)的效果初顯，界外開采的現(xiàn)象明顯減少。在開采礦產(chǎn)資源的過(guò)程中，企業(yè)的不規(guī)范操作會(huì)產(chǎn)生大量廢石、廢土、廢氣和廢水，胡亂排放的方式對(duì)礦山周邊生態(tài)造成了巨大沖擊，如河流、草地、林地、耕地等遭到了巨大破壞，甚至留下了嚴(yán)重的災(zāi)害隱患。在使用遙感技術(shù)對(duì)廢氣礦山進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)因礦產(chǎn)開采導(dǎo)致的地質(zhì)安全隱患主要集中在甘肅、湖南、內(nèi)蒙古等煤炭資源發(fā)達(dá)的地區(qū)，而這些地區(qū)也是礦難災(zāi)害多發(fā)的地區(qū)。同時(shí)受自然環(huán)境影響，如四川、云南、貴州等地區(qū)降水豐富，導(dǎo)致礦山巖體破碎情況嚴(yán)重，土壤軟化增加了泥石流、滑坡等災(zāi)害的發(fā)生概率。在礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查中，坍塌是最常見的一種現(xiàn)象，一系列觀察數(shù)據(jù)表明，相關(guān)部門還需要對(duì)礦山生態(tài)修復(fù)工作引起足夠的重視。

4 對(duì)礦山生態(tài)修復(fù)動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行調(diào)查的方法分析

礦山生態(tài)修復(fù)包括了土地再利用、環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、生態(tài)綠化建設(shè)等多個(gè)方面。在應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)礦山生態(tài)進(jìn)行調(diào)查的過(guò)程中，需要將土地、環(huán)境、植被狀態(tài)作為三大評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并依次在礦山設(shè)立觀測(cè)點(diǎn)，主要對(duì)土壤環(huán)境、水污染情況、大氣成分等情況進(jìn)行觀測(cè)[3]。這些觀測(cè)點(diǎn)都可以利用遙感技術(shù)獲取有用的信息，并且必須是多時(shí)相遙感技術(shù)，所以在獲取調(diào)查對(duì)象的空間分布信息時(shí)，還需要密切關(guān)注調(diào)查對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化信息，最終利用三維空間模型為后續(xù)礦山生態(tài)修復(fù)工作打下良好數(shù)據(jù)、技術(shù)基礎(chǔ)。

4.1 植被指數(shù)

礦山生態(tài)環(huán)境下植被容易受自然環(huán)境、重金屬污染、水資源污染等各種因素的影響，這些因素都會(huì)導(dǎo)致礦山植被覆蓋率下降，嚴(yán)重的時(shí)候植被甚至?xí)耆АＲ驗(yàn)橹脖痪哂休^強(qiáng)的土壤修復(fù)、水質(zhì)修復(fù)作用，能夠降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率，具有較強(qiáng)的改善生態(tài)環(huán)境的效果，所以在礦山生態(tài)修復(fù)中對(duì)土地生態(tài)進(jìn)行修復(fù)時(shí)，需要重點(diǎn)將植被當(dāng)作有利的修復(fù)“工具”。利用遙感技術(shù)所探測(cè)的電磁波數(shù)據(jù)不同波段反射率的組合算式，提取相應(yīng)范圍內(nèi)的植被生長(zhǎng)情況并作出評(píng)價(jià)，即植被指數(shù)。遙感技術(shù)探測(cè)植被指數(shù)主要是通過(guò)植物吸收紅光波段和反射近紅外波段的差異，并將這兩種不同波段的觀測(cè)值進(jìn)行組合，最終得到相應(yīng)的植被指數(shù)，如垂直交叉點(diǎn)、反向中斷符等。通過(guò)植被指數(shù)可以將植被的覆蓋情況以及植被的變化信息形象的呈現(xiàn)出來(lái)，相關(guān)人員對(duì)植被的長(zhǎng)勢(shì)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，有利于對(duì)植被的種類進(jìn)行劃分。

4.2 大氣遙感和水資源遙感

在對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行開采后，通常會(huì)排放大量污染水資源和土壤的氣體和水，給礦山生態(tài)帶來(lái)了巨大壓力，另一方面，開采完畢后會(huì)在地表滯留大量有毒廢渣，例如煤吀石就是一種會(huì)散發(fā)有毒氣體的廢渣，會(huì)對(duì)礦山區(qū)域內(nèi)外部大氣環(huán)境造成污染。當(dāng)前，我國(guó)在對(duì)礦山生態(tài)修復(fù)進(jìn)行調(diào)查的過(guò)程中，普遍利用遙感技術(shù)對(duì)礦山區(qū)域的水質(zhì)、大氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，且技術(shù)相對(duì)成熟，其中遙感車、遙感衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)等設(shè)備是重要監(jiān)測(cè)水質(zhì)、大氣的工具。因?yàn)檫b感技術(shù)覆蓋范圍廣，具有快速傳輸信息的特點(diǎn)，所以在對(duì)大型礦山生態(tài)修復(fù)進(jìn)行調(diào)查的過(guò)程中，可以對(duì)污染物及其動(dòng)態(tài)軌跡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。值得一提的是，我國(guó)當(dāng)前利用遙感技術(shù)在對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，信息精度還有待加強(qiáng)[4]。通常情況下是利用水質(zhì)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山水資源的快速監(jiān)測(cè)，并提取各項(xiàng)監(jiān)測(cè)參數(shù)，最終對(duì)礦山內(nèi)水資源的污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。利用遙感技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)水質(zhì)污染程度的評(píng)價(jià)。在未來(lái)，相關(guān)部門還可以在監(jiān)測(cè)精度上做出調(diào)整，因此遙感技術(shù)的未來(lái)發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹?/p>

4.3 土壤環(huán)境指標(biāo)

在開展礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查工作的過(guò)程中，傳統(tǒng)的調(diào)查方式以實(shí)地取樣為主，調(diào)查流程相對(duì)復(fù)雜。相關(guān)人員在取得土壤樣品后，還需要經(jīng)過(guò)繁瑣的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，極其影響調(diào)查效率。尤其是在礦山生態(tài)修復(fù)中，土壤環(huán)境長(zhǎng)期處于動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中，相關(guān)人員采用實(shí)地取樣的方式無(wú)法掌握實(shí)時(shí)土壤環(huán)境信息，因此多時(shí)相遙感技術(shù)的應(yīng)用是非常重要的。當(dāng)前，我國(guó)普遍采用激光技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合的方式，對(duì)土壤里重金屬物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要包括鋰、錛等元素的調(diào)查和分析。目前，我國(guó)還致力于三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，這是一種高精度、高分辨率的云測(cè)量技術(shù)，不但可以檢測(cè)出土壤的污染情況，還可以測(cè)試出土壤的侵蝕情況，是未來(lái)礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查工作的發(fā)展趨勢(shì)。

5 礦山生態(tài)修復(fù)手段分析

5.1 危險(xiǎn)邊坡修復(fù)

企業(yè)在開采礦產(chǎn)資源的過(guò)程中，通常會(huì)對(duì)陡巖石面進(jìn)行開采，后期會(huì)留下大量不穩(wěn)定的廢料堆，很容易導(dǎo)致滑坡、崩塌事故的發(fā)生，所以需要對(duì)礦山坡面進(jìn)行加固處理，降低礦山區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率，為后期植被生長(zhǎng)營(yíng)造良好環(huán)境。對(duì)危險(xiǎn)邊坡進(jìn)行修復(fù)，一般有物理、生物兩種手段。物理手段即添加防護(hù)網(wǎng)、修筑擋土墻、砌筑塊石等護(hù)坡方式，強(qiáng)化護(hù)坡能力。物理修復(fù)的方式雖然有較強(qiáng)的護(hù)坡能力，但是需要投入大量資金，且不利于礦山區(qū)域內(nèi)植被生長(zhǎng)，因此在條件允許的情況下，以生物修復(fù)為主。生物修復(fù)即植被護(hù)坡的方式，通過(guò)人工提前進(jìn)行澆水、松土、施肥等處理，為后期植被的生長(zhǎng)打造良好環(huán)境，最終選擇合適的植物進(jìn)行種植。植物根系具有較強(qiáng)的力學(xué)效應(yīng)，而植物莖系具有較強(qiáng)的水文效應(yīng)，能夠起到邊坡錨固的作用，尤其是在礦山區(qū)域降水豐富的情況下，不僅能為植物根系、莖葉的生長(zhǎng)提供便利，植物還可以阻擋雨水，避免雨水對(duì)松散泥土造成沖擊產(chǎn)生濺蝕效果。需要注意的是應(yīng)用生物修復(fù)的方式會(huì)導(dǎo)致前期植物護(hù)坡力比較弱，且周期性比較長(zhǎng)，需要投入大量人力對(duì)植物進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。不過(guò)生物修復(fù)的手段還具有景觀修復(fù)的效果，是一種實(shí)用性強(qiáng)、生態(tài)性強(qiáng)的修復(fù)方式[5]。

5.2 植被恢復(fù)

礦山生態(tài)修復(fù)中，植被恢復(fù)是最重要的工作之一，是重建礦山區(qū)域生物群落的基礎(chǔ)，通常以人工種植的方式為主，幫助礦山區(qū)域內(nèi)植被快速恢復(fù)。受礦山惡劣的生態(tài)環(huán)境影響，植被的恢復(fù)難度是非常大的，例如土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、土壤肥力不足、土壤中重金屬含量過(guò)高等。因此，不同類型、不同地理環(huán)境的廢棄礦山其植物定居規(guī)律有一定差別，在具體開展生態(tài)修復(fù)工作之前，相關(guān)人員應(yīng)密切觀察并分析礦區(qū)的地理性質(zhì)，并及時(shí)找出威脅植物生長(zhǎng)的因素，有針對(duì)性開展植被恢復(fù)工作。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)企業(yè)在開采礦產(chǎn)資源的過(guò)程中，留下了非常嚴(yán)重的生態(tài)隱患，因此針對(duì)廢棄礦山開展生態(tài)修復(fù)工作是非常重要的。在修復(fù)礦山生態(tài)環(huán)境之前，需要利用遙感技術(shù)對(duì)礦山區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)情況進(jìn)行觀測(cè)和調(diào)查，遙感技術(shù)的應(yīng)用可以幫助相關(guān)人員快速、準(zhǔn)確地掌握相關(guān)信息，是一種實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)。