北京市礦山生態環境監測系統助力首都韌性城市建設

摘"要：北京市大部分礦山位于生態涵養區及水源地上游，礦山開采及閉坑后產生的生態環境問題，涉及地表植被、生物多樣性、水環境、土壤環境、地質災害等內容，需要做到全域和全要素監測。通過北京市礦山生態環境監測系統的智能化和信息化技術、方法采集數據，分析礦山生態環境現狀及變化趨勢，推進礦山生態環境治理進程，增強山區涵養水源、水土保持、凈化空氣、防災減災等功能，協助構建山區地質災害防治體系，進一步提升城市的支持服務和調節服務能力。監測系統未來不斷完善和智能化發展，更好地服務密云水庫上游空間保護規劃及中國山水工程——西部篇，助力首都韌性城市建設。

關鍵詞：礦山生態環境；全要素監測系統；韌性城市建設

Mining ecological environment monitoring system facilitates Beijing resilient city construction

ZHANG Zhuangzhi

（Beijing Institute of Mineral Geology， Beijing 101500， China）

Abstract： Most of the mines in Beijing are located in the ecological conservation area and the upstream of the water source area. The ecological environment problems caused by mining and pit closure involve surface vegetation， biodiversity， water environment， soil environment， geological disasters and others， which need to be monitored in the whole domain and with all factors. By using intelligent and information technologies， and the Beijing mining ecological environment monitoring system， data are collected to analyze the current situation and trend of mining ecological environment， promote the process of ecological environment management of the mines， enhance the functions of water conservation， soil and water conservation， air purification， disaster prevention and reduction in mountainous areas， assist in building a geological disaster prevention and control system in mountainous areas， and further enhance the city's support and regulation service capabilities. The monitoring system will continue to improve and develop intelligently in the future， better serving the spatial protection planning of the upstream of Miyun Reservoir and the western section of China's landscape engineering， and assisting in the construction of the capital resilient city.

Keywords： mining ecological environment; full factors monitoring system; resilient city construction

城市的發展離不開資源，包括水資源、土地資源、礦產資源、生態資源等，其中的礦產資源是構成大眾生存和社會進步不可或缺的基石。在中國，超過80%的工業原料、超過90%的能源以及超過70%的農業生產資料，均源自這些珍貴的礦產資源（汪民，2012）。我國礦產資源豐富，截至2022年底，全國已發現173種礦產，其中能源礦產13種、金屬礦產59種、非金屬礦產95種、水氣礦產6種（自然資源部，2023）。已查明儲量達到全球份額的12%，居世界第三位，不僅鉛、鋁、銅、鐵等戰略性礦產資源儲藏非常豐富，而且鎢、螢石、稀土、煤等多種礦產資源在全球居于有利地位。通過開發利用礦產資源，推動經濟的持續增長，提高我國的工業和制造業的競爭力，吸引外資和技術投資，促進科技創新和產業升級，實現經濟的可持續發展。勘查開發礦產資源具有雙重影響：一方面加速了經濟的繁榮發展，另一方面不可避免地在某些地區引發了生態環境惡化、環境質量下降、礦產資源耗盡等一系列問題與挑戰（陳蓮芳等，2016）。

從城市地質發展和生態環境保護角度看，礦山生態環境主要是指礦產資源開采后對周圍環境產生一系列物理、化學問題以及對植被和生物的影響，與城市發展和人類生活息息相關。礦山區域內的綜合自然環境與生態系統的總和稱為礦山生態環境，包含生物群落、大氣環境、水環境、土壤環境、地質災害等。礦山生態環境問題特征主要包括：類型的多樣性、復雜性和多因性、分布的區域性、危害的嚴重性、防治的緊迫性。

隨著智慧城市、韌性城市建設的推進，生態環境的改善和發展日趨重要，需要構建礦山生態環境監測系統，共同筑牢生態安全屏障，發揮區域生態水源涵養、水土環境保護、生物群落完整性保護等生態功能，減少災害風險的發生。

1 "礦山生態環境監測研究現狀

國外在礦山生態環境方面的研究較多，20世紀70年代，德國、澳大利亞及美國等在礦業領域的發展上具有顯著優勢的國家就已經開始關注礦山生態環境的保護問題了（何皓等，2018）。他們在礦山開發設計中就有礦山環境保護部分，在開采中的環境保護措施較為系統，執行也比較嚴格，對礦山生態環境恢復、土地復墾都有時空約定。在礦山的全生命周期中，即從礦產資源勘查、礦山設計、礦山生產到礦山閉坑，都需要對生態環境的影響進行前瞻性預估。同時，將法律手段、行政手段與經濟手段、科學技術手段、宣傳教育手段巧妙地融合起來，作為礦山環境管理的核心策略，這一做法正逐漸成為當前國際礦山環境管理的主流發展方向。礦山監測技術國外發展也較早，到了80年代，美國憑借其強大的尖端技術實力，搶先將大規模集成電路技術、計算機技術、數據通信技術等尖端科技融入礦山監控系統中，從而構建了一個先進的監控系統。這一系統的建立，是以分布式微處理機為核心的（張水平等，2009）。

國內的礦山環境保護管理起步比較晚，但推進較快。21世紀初，中國地質調查局積極籌劃并推進了多項礦山地質環境的調查、評價項目。2009年《礦山地質環境保護規定》頒布，彌補了《礦產資源法》的立法不足，同年《全國礦山地質環境保護與治理規劃》正式頒布并執行，此舉標志著礦山地質環境保護與修復工作的正式啟動和全面展開。隨著生態文明建設發展，礦山生態環境保護和監測工作逐步開展和推進，并取得較好成果。國內礦山監測系統主要開始于生產礦山的安全監測，目的是保障人員、設備安全，為礦山的正常運營提供有力保障，推動生產過程的優化和效率的提升。監控系統由3個核心部分構成，分別是：傳感器、傳輸系統以及監控中心站（張水平等，2009）。自2006年起，礦山地質環境監測系統的部署工作正式啟動，其核心監測內容聚焦于礦山地質災害、含水系統破壞、土地占用、土地資源損壞以及地形地貌景觀破壞等方面。在實施過程中，該系統糅合了野外調查、遙感解譯驗證以及面域監測、示范監測等多種方式，探索礦產資源開采利用活動對礦山地質環境所帶來的變化和影響。2012—2014年，浙江省開展全域和重點礦集區的調查與監測，初步查明了礦產資源規劃執行情況、礦產資源開發利用狀況、礦山開發占地情況、礦山地質災害（含隱患）現狀、礦山生態環境恢復治理狀況以及礦山“復綠”工程進展情況等。中國地質環境監測院自2020年開始逐步在湖南冷水江、河南焦作、江西贛州等地重點礦山開展礦山生態環境監測，分析礦山周邊的水土環境、地質環境的變化，評估生態修復效益成效。

隨著監測內容和監測范圍的拓展，礦山監測逐步發展為礦山生態環境監測系統，通過遙感、智能化設備、現場數據采集及物聯網技術等方式實現對礦山地形地貌、生態治理現狀、水土環境、植被環境等內容的監測，評價和預測礦山生態環境變化趨勢。

2 "北京市礦山生態環境監測系統

2.1 "礦山開采概況

北京市坐落于華北平原的西北隅，地處我國第三級階梯，市域面積16 406 km²。地形分布特征表現為西北部較高而東南部較低，其中，西山矗立于北京市西部，是太行山脈的延伸部分；而軍都山位于北京市北部，隸屬于燕山山脈。這些山地的海拔大多為200～1 000 m。在行政區域內，有5條主要的河流，分別是薊運河、北運河、拒馬河、永定河以及潮白河。北京市在礦產資源勘查、開采、綜合利用方面擁有豐富的歷史底蘊，礦產資源主要分布在生態涵養區，具有點多面廣的特點。截至2022年底，北京市已探明多達129種不同類型的礦產資源（包括亞礦種），其中固體礦產123種。在這之中，有69個礦種（亞礦種）、355個礦產地的資源儲量已被明確查明并編入相關記錄（北京市規劃與自然資源委員會，2023）。長期以來的礦產資源開采產生了一系列的礦山生態環境問題，主要有土地占用、土地資源損壞、水土環境問題、地形地貌破壞、次生地質災害隱患（如崩塌、滑坡、泥石流）、植被破壞等，對人民群眾的生產生活造成了一定影響（北京市規劃與自然資源委員會，2021）。

自2005年起，北京市為了響應相關政策，逐步實現對固體礦山的全部關停，加大對北京市廢棄礦山的環境恢復治理工作。通過自然恢復、人工修復和綜合利用方式，有序推進礦山生態修復治理，讓昔日的礦山“傷疤”重新煥發生機。截至2023年11月，北京市已修復治理“十四五”廢棄礦山圖斑455個，面積1 224.33 hm²。

2.2 "系統建設與發展歷程

為全面掌握礦山生態環境動態變化情況和發展趨勢，同時對可能產生的礦山生態環境問題進行預測和評價，北京市自2014年開始，逐步建立礦山生態環境監測系統，范圍覆蓋整個生態涵養區。

2014—2016年監測一期建設，在礦山生態環境專項調查研究和危害風險評估的基礎上，分別確立了潮河、永定河、白河流域監測示范區。2017—2018年監測二期建設，確立了泃河、大石河流域監測示范區。2020年將監測一期、二期項目合并為北京市礦山生態環境監測系統。2021—2023年逐步擴大北京市礦山生態環境監測網的覆蓋范圍，將原有的潮河、白河、永定河、泃河及大石河流域監測示范區優化調整為潮白河流域、泃河流域、溫榆河流域、永定河流域、大石河流域五大監測示范區，面積約10 700 km²（北京市礦產地質研究所，2023）。

北京市礦山生態環境監測系統通過持續性監測生態涵養區內礦山地質環境動態變化，分析研究礦山地質環境、水土環境變化過程，提出監測區域內的環境風險防控和修復措施建議，為區域內水源地保護、國土空間生態修復工作提供基礎數據。

2.3 "監測內容及技術

北京市礦山生態環境監測系統是在礦山生態環境調查的基礎上，參考DZ/T 0287－2015《礦山地質環境監測技術規程》、DD 2014－10《土地質量地球化學監測技術要求》等相關規范，以點、線、面的布置原則，按一定的周期或頻率重點監測礦山開采后的地形地貌景觀破壞、生態修復現狀、地質災害（采空塌陷）、周邊水土、生物環境現狀，通過收集礦山生態環境監測信息，在深入剖析礦山生態環境的基礎上，預估其未來生態演進的潛在動向，對可能出現的礦山生態風險進行及時預警和預報的綜合系統（圖1、圖2）。

2024年度開展遙感解譯與核查面積1 700 km²（1∶50 000），采集測試水樣868件、采集測試土壤樣品7"500件、深層剖面土壤樣品采集進尺1 500 m、采集測試植物樣品280件、采集測試微生物樣品150件，典型采空塌陷區地面變形監測12次以及IMS微震全年實時監測。定期巡視地下水監測井70個，煤矸石山測溫、土壤和地下水生態環境自動化實時監測。

為適應北京市城市總體規劃和首都高質量發展需要，系統不斷完善和調整，監測內容和指標不斷優化和拓展，監測方法和設備不斷改進和提升，由單一的水土環境和地球化學指標監測發展為綜合的生態環境監測，涉及礦山地形地貌景觀破壞、資源損毀、地質災害、植被和生物等生態環境指標。監測的方法由人工現場采集逐步發展為衛星遙感技術、無人機技術、智能化水土監測設備、GNSS和IMS設備、物聯網技術等，提高生態涵養區天-空-地立體化環境監測水平（吳勛元等，2023）（圖3至圖8）。

2.4 "監測成果

2.4.1 nbsp;創新成果

1）科普視頻上線“學習強國”等重要媒體平臺

北京市礦產地質研究所制作的科普視頻“花果山下的灰石頭”成功上線“學習強國”“科普中國”等多家網站和平臺，被“自然資源部”“i自然全媒體”等多家官方媒體轉發，對項目成果進行了多元化的展示和宣傳（圖9）。

2）建立北京市礦山生態修復動態監測系統

以北京市礦山地質環境監測信息平臺為依托，建設了北京市礦山生態修復動態監測系統，實現在線查詢廢棄礦山圖斑治理情況，以及圖斑銷賬和新增的實時更新，為市規自委及各分局管理職能提供支撐（圖10、圖11）。

2.4.2 "2023年監測成果

2023年通過遙感解譯和現場核查“十四五”規劃中的圖斑未治理面積為149.20 hm²；在工作區內共評價劃分出強風險區域11個，總面積約6.90 km²，弱風險區域36個，總面積為214.06 km²；工作區內地表水與地下水環境質量整體趨于良好，地表水主要超標元素為氨氮及總磷，地下水主要超標元素為硫酸鹽、硝酸鹽及氨氮，超標點均距村莊、農田較近；工作區內植被覆蓋度等級為豐富，超標農作物主要為礦集區周邊的葉菜類農作物，建議減少葉菜類農作物的種植；煤礦采空區地表變形有增大趨勢，房山史家營在暴雨后微震監測到50"個微震事件，水災造成西山采空區蠕變變形風險增加。

3 "與韌性城市建設的耦合關系

韌性最早源于應用科學，旨在刻畫材料在面對外部沖擊時保持穩定的特質及其抵抗能力。隨著時間的推移，關于韌性的理解已經超越了單純的“工程韌性”范疇，經歷了“生態韌性”的過渡階段，并擴展至包含社會與生態因素的“演化韌性”，最終形成了更加全面的“文脈韌性”觀念（楊秀平等，2021）。經過持續地深化與演進，韌性城市的概念已經超越了單一層面，囊括了經濟、社會、規劃布局以及生態環境等多角度的含義。通過吸納和融合全球其他城市的創新觀念，構建出一個層次豐富、相互關聯的防御結構，展現出其獨特的綜合性與前瞻性（圖12）（范玲等，2022）。在面對災害挑戰時，這種城市設計能夠展現出強大的抵御能力，迅速響應、恢復秩序，確保城市功能的穩定運轉。同時通過持續的調整，更好地預防和抗衡將來可能出現的災害威脅。此外，對于韌性城市規劃的不斷發掘、探討與實施，不僅促進了國家應急響應能力的進步，使我們在緊急事件發生時能夠更迅速地做出反應，降低潛在損失至最低程度，而且直接與防災減災工作的成效密切相關。

北京市是現代化的大都市，也面臨重大的自然災害風險，主要的災害類型有地震、火災和洪澇災害等（齊高明，2022）。北京“7·21 特大暴雨”、海河“23·7”流域性特大洪水等事件凸顯了北京市在城市建設理念、風險防范化解機制以及城市公共安全應急機制等方面存在的顯著短板，這無疑是對北京全面推進韌性安全城市建設、增強防災減災救災能力的一次深刻警示，提醒我們必須加強這些方面的建設與改進。

在“23·7”北京特大暴雨過程中，系統監測西山280處礦山遭到水災影響，涉及面積大約3 000 hm²。房山、門頭溝區域重點采空區發生崩塌、煤矸石堆滑塌等災害，木城澗礦區局部地面出現坍塌及地下空間充水現象，系統監測成果為屬地政府在防災減災管理中提供技術支撐。

北京市礦山生態環境監測系統覆蓋整個生態涵養區，通過智能化監測體系將山區及淺山區的水土環境、水土流失、地質災害隱患進行系統化監測，分析出問題風險，通過地質三維模型協助構建山區洪災防治體系，有效支撐城市綜合防災體系建立，提升城市應對災害承載能力，一定程度上助力韌性城市建設。同時，通過礦山生態環境監測系統，監督礦山生態修復工作的推進，增強山區涵養水源、防止水土流失、防止風沙侵襲、清潔大氣環境、防災減災及生物多樣性等功能（吳嵐，2007），提升城市的支持服務和調節服務能力，更好保護生態環境，利于生態廊道形成，增強城市“碳匯”能力，在生態韌性方面助力韌性城市建設。同時，北京市要建成安全可靠、靈活轉換、快速恢復、有機組織、適應未來的首都韌性城市空間治理體系（北京市規劃與自然資源委員會等，2024），在一定程度上要力促礦山生態環境監測系統更加優化、更加智能，做到生態全要素監測，提升人與自然和諧共生的能力，以適應韌性城市建設更高的目標，二者之間形成相互支持、相互作用的耦合關系，進一步改進和完善城市生態系統以優化其服務性能，助力首都高質量發展。

4 "未來展望

結合《北京市韌性城市空間專項規劃（2022年—2035年）》，北京市礦山生態環境監測系統的未來目標是構建基于大數據、云平臺、高度智能化的全要素監測系統，通過多種三維模型，實現助力首都城市建設的各種應用場景，支撐和服務首都未來城市發展需要。

4.1 "系統構建服務中國山水工程——西部篇

西部山水工程以“一山、四河、多點”為修復對象，以流域水生態修復為核心，劃分為清水河流域水源涵養-生物多樣性維持功能保護、永定河山峽段水土保持-防沙屏障功能修復、大石河流域跡地修復-水土保持功能提升、拒馬河-生物多樣性維持功能保護、山前平原-人居生態環境功能提升等5個保護修護單元。圍繞西部生態屏障區山水工程，豐富和優化礦山地質環境監測系統，結合5個修復單元，在四大流域圍繞礦山及周邊區域進行礦山、水、土、生態的綜合監測。構建數據三維模型，與實景三維相結合，能形象、動態展示全監測要素的變化特征，在監測信息化平臺提供成果動態展示，支撐全流域生命共同體動態監測體系信息化的應用，更好地服務西部生態屏障區山水工程的實施。

4.2 "系統構建服務密云水庫上游空間保護規劃的實施

監測系統從點到面做到整體控制，重點突出密云水庫東線板塊、密云水庫西線板塊、天河-琉璃河板塊、滿鄉原始森林板塊、百里山水畫廊板塊、四海—珍珠泉板塊等6個主要特色板塊的生態環境功能（北京市規劃與自然資源委員會等，2023）。通過對密云、懷柔及延慶三區礦山生態環境監測內容和指標的不斷完善，逐步形成密云水庫上游地區礦山生態環境全要素監測體系，探索京津冀生態礦山監測協調機制，進一步研究生態系統生產總值（Gross Ecosystem Product，GEP）指標體系，為捍衛北京市的生態環境安全防線與水源地保護區奠定基礎，為落實上游地區“碳匯”目標及開展GEP核算提供支撐。

4.3 "系統構建助力北京市韌性城市建設

系統建設覆蓋整個生態涵養區，智能化監測生態環境的變化趨勢，保護重要的生態資源和水源地安全，打通關鍵生態廊道，穩固生態功能節點，提升生態系統質量和穩定性。系統將促進精細化生態治理，有效防控地質災害風險，提高城市韌性水平。在健全生態全要素監測的基礎上，提升生態涵養區的“碳匯”能力（自然資源部等，2023），協助構建生態涵養區“碳匯”監測體系，促進地質新質生產力的形成，為實現城市綠色發展、循環發展和低碳發展，以及生態產品綠色核算奠定基礎，助力首都高質量發展和韌性城市建設。

5 "結論

隨著首都韌性城市建設發展需要，技術和科技方面需要實現信息共享、資源共用、多方聯動，以應對災害和風險的預警和有效處置，提升韌性城市的“軟、硬”能力。北京市礦山生態環境監測系統需要不斷完善和發展，智能化程度和風險預警能力有待進一步提升，加強與其他地質監測系統的互聯互通、信息共享，有助于對生態環境風險的及時分析和預警，更好地服務首都高質量發展和韌性城市建設。

系統經過多年的建設、運行和維護，已經完全覆蓋北京市整個生態涵養區，涉及五大監測區，整體運行平穩，監測內容和指標比較齊全，及時掌握礦山生態環境的現狀和發展趨勢，保護生態涵養區和重要水源地的安全。

構建的北京市礦山生態環境監測系統信息平臺，通過遙感技術和野外自動化監測設備，實現監測數據的實時采集、匯總，增強數據的自動導入和導出功能，通過功能分析模塊，及時展示監測成果，為政府規劃和決策提供依據。

系統還需要不斷優化和拓展功能，增加自動化監測設備和傳感器的部署數量和范圍，逐步形成礦山生態環境全要素監測體系，服務密云水庫上游空間保護規劃及中國山水工程——西部篇。

加強與北京市地質礦產勘查院其他城市地質監測系統的融合共享，共劃地質“一張圖”，構建應用場景模塊，協助城市地質災害應急體系的建立，助力首都韌性城市建設。

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