廣東省礦山環境恢復治理遙感監測及評價

韋 瑾 李思發 盧定彪 黃廣才 安 全

(貴州省地質調查院, 貴州 貴陽 550000)

0 引言

礦產資源的開發利用推進了人類社會和經濟的發展,然而,礦產資源開發過程中對礦山空間造成了破壞[1],使得礦山及其周邊環境變得脆弱不堪[2]。對此,各地相繼開展了礦山環境恢復治理工作[3]。因此,對礦山及時準確的動態監測及科學評價能為礦山生態修復調查平臺建設[4]、數據更新、技術研發、標準制定等提供重要參考。目前,礦山環境恢復監測及評估工作已廣泛開展[5-7]。此前的礦山地質環境恢復監測評估普遍采用地面人工巡查、無人機航飛遙感等方式進行,在時間和效益上很難滿足各管理部門對生態恢復治理的需求[8]。隨著遙感技術的日益發展,依托高分辨率數據精度優勢,結合傳統地質調查工作特點,就能實現對礦山環境恢復、治理工程的動態監測和科學評價[9-10]。

本文以廣東省為例,采用遙感(remote sensing,RS)與地理信息系統(geographic information system,GIS)相結合的技術方法,以多種高分辨率遙感數據為基礎,結合野外踏勘及以往資料建立了廣東省礦山環境恢復治理的遙感解譯標志,依據解譯標志,輔助最新礦業權數據、基礎地理地質數據等,提取了研究區內礦山恢復治理專題信息,對廣東省礦山環境恢復治理情況進行了大尺度、高精度的遙感監測,通過對監測結果的綜合評價分析,指出了存在的問題并給出了相應的建議,為其他地區礦山環境恢復治理提供經驗,也能為政府管理決策、綠色發展指數統計提供可靠的參考數據。

1 研究區概況

廣東省位于我國最南部,地處北緯20°13′～25°31′和東經109°39′～117°19′之間,陸域面積1.798×105km2,占全國陸城總面積1.87%,全省下轄21個市。其成礦地質條件優越,礦產資源豐富,是我國華南地區礦產資源重要的聚集區之一。截至目前,全省范圍內探明礦產130余種,其中含金屬礦產、非金屬礦產及能源礦產等。金屬礦產中,鉛鋅礦儲量位居全國首列;能源礦產方面,鈾礦儲量相當可觀;硫鐵礦、石膏、瓷土、水泥用灰巖、飾面用大理巖是該省傳統非金屬礦產,其中硫鐵礦、石膏始終是主要出口礦產,而瓷土和飾面用石材是該省的主要建筑材料、陶瓷和建筑板材的主要原材料,涂布級高嶺土、硅藻土、硅灰石是近年來查明資源非常豐富的非金屬礦產。茂名和湛江是我國主要的高嶺土生產基地之一。全省規劃重點生態環境保護區150余個,其中重點治理區域10余處。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

2.1.1遙感數據

本文使用的遙感數據是中國自然資源航空物探遙感中心提供的高空間分辨率遙感影像數據(3E級產品,即經正射、精校正、鑲嵌,并按行政區裁剪后的影像數據),以此數據為基礎來對礦山環境恢復治理情況進行監測,使用2018年和2019年兩期遙感影像,覆蓋范圍為廣東省全域。影像數據主要涉及ZY3、GJ-1、GF-1、GF2、GF-6、P1、SPOT6、KS2等衛星數據。其中,ZY3空間分辨率為2.1 m、GF-1和GF-6空間分辨率為2 m、SPOT6空間分辨率為1.5 m、GF-2和KS2空間分辨率1 m、GJ-1和P1空間分辨率為0.5 m。各衛星影像空間分辨率均優于2.5 m,符合礦山環境遙感監測技術規范要求。此外,為了更好地展示提取的信息,文章在基于不同分辨率遙感影像解譯信息制圖時選取了不同的比例尺。通常,優于1 m分辨率的影像采用1∶2 000比例尺,其余影像采用1∶10 000比例尺。

2.1.2礦業權數據

本文除遙感數據外還使用了中國自然資源航空物探遙感中心提供的最新礦業權數據,用于定位礦山范圍。廣東省共設置采礦權2 473個,礦種涉及建材及其他非金屬礦產、冶金輔助原料非金屬礦產、化工原料非金屬礦產、能源礦產、水氣礦產、黑色金屬礦產、有色金屬礦產、貴重金屬礦產、稀有稀土分散元素金屬礦產和特種非金屬礦產等10類,分別為1 964個、44個、18個、114個、150個、64個、72個、24個、19個、4個,其中以建材及其他非金屬礦產、水氣礦產、能源礦產礦權數量最多。

2.2 研究方法

2.2.1遙感解譯標志建立

礦山環境恢復治理監測信息提取的前提和關鍵是解譯標志的建立。根據本文工作的內容,對礦山環境恢復治理情況建立了解譯標志。礦山環境恢復治理情況又包括工程恢復和自然恢復兩類。礦山環境工程恢復治理主要指通過工程對廢石、采坑等采取平整、回填、覆土等工程防治措施[11],一般分為草地、林地、耕地、園地、公共設施、水域、住宅、交通等地物類型。礦山環境自然恢復主要指礦山關閉后,廢棄礦山的松散裸露面逐步趨于穩定、植被自然恢復,一般分為草地、灌木和水坑三大類。草地、林地、耕地是廣東省典型的工程恢復地物,草地和水坑是廣東省典型的自然恢復地物,其余地物在廣東省礦山恢復治理中占比較小,不具有典型性,本文僅選取了典型地物類型的解譯標志進行展示。

各類型恢復模式地物都有其各自的解譯特征,整體來說工程恢復類地物普遍紋理較規則,輪廓清晰,人工痕跡明顯[12](表1)。

表1 廣東省礦山環境工程恢復典型地物解譯特征

自然恢復在影像上紋理較為雜亂,輪廓不規則，顏色不均勻(表2)。

表2 廣東省礦山環境自然恢復典型地物解譯特征

2.2.2礦山恢復治理專題信息提取

本次遙感監測解譯工作主要通過目視解譯的方法來完成,建立了解譯標志之后,在ArcGIS10.2平臺疊加高分辨率遙感影像及最新礦業權矢量數據,采用RS和GIS一體化的方式來提取廣東省礦山環境恢復治理專題信息。

專題信息包括對礦山環境恢復治理的現狀調查和動態監測。礦山環境恢復治理現狀調查主要從以下幾個方面來進行：調查礦山占損面積;調查礦山地質環境恢復治理區域面積;調查礦山地質環境恢復治理模式;調查礦山地質環境恢復治理區域恢復治理前的礦山地物類型及面積、恢復后的地物類型及其面積;調查礦山地質環境恢復治理區域恢復治理前的礦山礦產種類及面積、恢復后的面積。礦山環境恢復治理動態監測主要是對恢復治理變化情況的調查,主要調查內容為新增恢復前的礦山地物類型、恢復后的地物類型、新增恢復治理面積。

2.2.3野外調查

為了驗證礦山恢復治理專題信息提取的可靠性,根據礦山分布情況,礦產類型、地物類型、野外調查路線等抽取了典型礦山,于2020年3月到12月期間,分別赴這些典型礦山進行野外調查,實地核查有疑問的信息、補充遺漏的信息、修改誤提信息。

2.2.4礦山恢復治理評價

本文通過礦山治理率來評價礦山環境恢復治理力度,計算方式如式(1)所示。

(1)

式中,ε為治理率;S為2019年礦山恢復治理面積;S′為2019年礦山占地面積。

3 結果與分析

截至2019年底,廣東省礦山恢復治理面積129.89 km2,礦山占損面積690.99 km2,礦山占地面積820.88 km2,整體治理率約為15.82%。礦山環境恢復治理面積整體呈增長趨勢,2019年度新增恢復面積為6.96 km2。

3.1 不同治理模式下礦山恢復治理成效評價

廣東省共解譯出5 182個礦山恢復治理點,其中,自然恢復治理點3 072個，工程恢復治理點2 110個。自然恢復治理點數量約是工程恢復治理點數量的1.46倍。自然恢復總面積約是工程恢復的1.04倍(表3)。

表3 廣東省不同治理恢復治理成效

3.2 不同地物類型礦山恢復治理成效對比

廣東省礦山恢復治理前主要涉及采場、礦山建筑、中轉場地、固體廢棄物、連帶治理(其他土地)5種地物類型;廣東省礦山恢復治理后主要涉及林地、草地、水域、公共、住宅、園地、耕地、交通、其他這9種地物類型。截至2019年底,9種地物類型按礦山恢復治理面積由大到小依飲為：林地、草地、水域、公共、住宅、園地、耕地、交通、其他,分別為36.13 km2、33.54 km2、33.02 km2、12.25 km2、8.10 km2、3.49 km2、1.78 km2、0.85 km2、0.74 km2。

3.3 不同礦產種類礦山恢復治理成效對比

廣東省礦山恢復治理主要涉及能源、黑色金屬、有色金屬、稀有稀土、冶金輔助原料、化工原料、建材及其他非金屬7個礦產種類,按所屬礦產大類,可分為金屬礦產、非金屬礦產和能源礦產。截至2019年底,各礦種恢復治理總面積由大到小排序依次為非金屬類礦山、金屬類礦山、能源礦山;治理率由高到低排序依次為非金屬類礦山、能源礦山、金屬類礦山(表4)。

表4 廣東省不同礦產種類礦山恢復治理成效

3.4 不同地級行政區礦山恢復治理成效對比

根據各地級行政區礦山環境恢復治理力度統計,排名前十的地級行政區由大到小依次為：深圳市、東莞市、湛江市、廣州市、茂名市、中山市、江門市、汕尾市、潮州市、佛山市;治理率分別為64.17%、51.16%、37.23%、37.21%、21.15%、20.79%、20.72%、19.45%、15.80%、14.76%。大部分市治理率在10%～20%之間,深圳市、珠海市和廣州市治理率最高,清遠市、河源市和韶關市治理率不足10%(圖1)。總的來說,除湛江市和廣州市外,礦山占地面積越大,治理率越高。

圖1 廣東省各市礦山恢復治理成效

4 討論

本文以廣東省為對象,就其礦山環境恢復治理成效進行監測和評價,這是對現有廣東省礦山環境恢復治理評價研究的補充,在一定程度上彌補了相關研究的不足,同時也能為廣東省礦山恢復治理提供必要的參考依據。研究結果主要揭示了四點：

(1)就治理模式而言,廣東省自然恢復治理點是工程恢復治理點的1.46倍,而自然恢復的面積僅是工程恢復面積的1.04倍,說明了工程恢復的周期更短,恢復速率更快,而自然恢復周期更長,恢復速率更慢。與前人的研究結果一致[13]。

(2)就地物類型而言,林地、草地和水域三類地物的恢復總面積遠高于其他類型地物。這是由于廣東省的氣候條件獨特,常年降雨充沛,有利于林地、草地等作物的生長[14],以及天然水坑的形成。

(3)就礦產種類而言,金屬類礦山的治理率遠低于非金屬類和能源類礦山,這是因為金屬類礦山恢復難度相較其他礦山更大。金屬類礦山開采方式多對土壤組成、結構、水分、養分都有不同程度的破壞[15],廢棄地缺乏足夠的氮磷鉀等無機物[16],復墾難度較大[7],其生態修復技術門檻相對于非金屬礦山更高[17]。

(4)就行政區而言,礦山占地面積越大,治理率越低。治理率最高的深圳市、東莞市和廣州市礦山占地基數較小,整體恢復治理難度相對其他市較小;治理率最低的清遠市、河源市和韶關市礦產資源較豐富[18],礦山占用土地較多,恢復治理難度更大;湛江市治理率相比占地面積相近的韶關市和惠州市,治理率高出了一倍多,這是因為湛江市以非金屬礦產居多,治理難度更小,治理率更高;廣州市治理率相比占地面積相近的潮州市和汕尾市,治理率高出近一倍,原因是廣州市作為廣東省的省會城市,對生態文明建設的要求更高,投入的資金和政策更多[19],所以治理率也就更高。

5 結束語

根據廣東省礦山環境恢復特點,可得結論如下：

(1)通過對廣東省的兩種恢復治理模式治理點和治理面積的對比,發現工程恢復的周期更短,恢復速率更快,而自然恢復周期更長,恢復速率更慢。

(2)廣東省礦山環境恢復治理后地物類型以林地、草地和水域為主,在同等情況下可優先考慮將這幾類地物作為恢復治理地物。

(3)廣東省對各類礦山的治理力度不一,非金屬礦山治理力度最大,能源礦山次之,金屬礦山治理力度遠低于其他兩類礦山,對各種類礦山的治理工作力度應均衡,尤其要加強對金屬礦山治理工作,以保證達成礦山恢復生態文明建設考核指標。

(4)廣東省各市礦山治理率存在較大差異,主要與礦山占地基數有關,這要求我們在推進礦山恢復治理工作過程中,對礦山占地基數大的市應加大礦山恢復治理力度,爭取治理成效最大化。