霍林郭勒礦區(qū)高分衛(wèi)星生態(tài)復(fù)墾監(jiān)測示范應(yīng)用

文|李思慧 邢洋 李偉 李巍巍

通遼市氣象局/高分衛(wèi)星內(nèi)蒙古通遼分中心

一、前言

霍林郭勒市為內(nèi)蒙古自治區(qū)轄縣級市，由通遼市代管，位于大興安嶺南麓，在科爾沁草原腹地，是一座因煤而建、緣煤而興的新興工業(yè)城市。境內(nèi)的霍林河煤田，是我國現(xiàn)代化生產(chǎn)程度最高的大型露天煤礦，是全國五大露天煤礦之一。

霍林河露天煤礦在2018 年6 月中央環(huán)保督察組檢查中暴露出生態(tài)恢復(fù)治理嚴(yán)重滯后的問題，需要對露天煤礦加強(qiáng)管理，對違法違規(guī)行為嚴(yán)格執(zhí)法。要全面掌握多年來霍林河煤礦生態(tài)狀況，遙感無疑成為一種有效手段。為科學(xué)直觀地反映霍林郭勒礦區(qū)范圍變化及生態(tài)修復(fù)情況，為自然資源、生態(tài)環(huán)境等部門監(jiān)督、監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，為政府決策提供科學(xué)支撐，高分衛(wèi)星內(nèi)蒙古通遼分中心從2018 年開始，連續(xù)5 年對霍林郭勒市及礦山重點(diǎn)區(qū)域生態(tài)恢復(fù)持續(xù)開展遙感監(jiān)測與評估。利用包括高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)在內(nèi)的多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合霍林河礦區(qū)本底調(diào)查等地面資料，對氣象條件、植被覆蓋度及其生態(tài)復(fù)墾狀況進(jìn)行綜合分析。利用高分一號、高分六號衛(wèi)星，通過融合技術(shù)，得到2m 空間分辨率多光譜影像，直觀反映生態(tài)復(fù)墾區(qū)域真實(shí)狀況，為霍林郭勒礦區(qū)范圍變化及生態(tài)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。

二、示范應(yīng)用

針對霍林河露天煤礦生態(tài)恢復(fù)治理滯后問題，通遼市確立了“一年大變樣，三年徹底整改”，打造我國高寒地區(qū)“綠色礦山標(biāo)桿”的整改目標(biāo)。為全面掌握多年來霍林河煤礦生態(tài)狀況，衛(wèi)星遙感再次成為科學(xué)、有效、快速的評估評價手段，并持續(xù)對礦山生態(tài)恢復(fù)進(jìn)行監(jiān)測評估。目前已連續(xù)5 年開展此項(xiàng)工作。

1.植被覆蓋度監(jiān)測：波動增加，植被結(jié)構(gòu)持續(xù)改善

高分一號衛(wèi)星為高分專項(xiàng)首發(fā)星，配置了2臺2m 分辨率全色/8m 分辨率多光譜相機(jī)，4 臺16m 分辨率多光譜寬幅相機(jī)，全色譜段波長范圍0.45-0.90μm，藍(lán)色波段0.45-0.52μm，綠色波段0.52-0.59μm，紅色波段0.63-0.69μm，近紅外波段0.77-0.89μm。基于高分一號衛(wèi)星影像近紅外波段和紅色波段反射率的值計(jì)算得到NDVI，利用像元二分模型求算植被覆蓋度，開展霍林郭勒地區(qū)植被覆蓋遙感監(jiān)測。結(jié)果顯示，霍林郭勒市植被生長狀況持續(xù)改進(jìn)，2020 年植被覆蓋度較2018年、2019 年同期逐步增加；2020 年7 月植被覆蓋度達(dá)到93.34%，較2018 年、2019 年同期分別增加2.92%、1.38%。去除城區(qū)及礦區(qū)等建設(shè)用地后，霍林郭勒市平均植被覆蓋度達(dá)到98.08%。植被覆蓋增加區(qū)域主要位于霍林郭勒市南、北露天煤礦礦區(qū)四周，可以看出復(fù)墾區(qū)域生態(tài)明顯改善（見圖1）。

圖1 2018—2020 年霍林郭勒植被覆蓋分布

霍林郭勒地區(qū)地處通遼市最北端，為大興安嶺余脈，整體植被覆蓋度水平高于全市其他旗縣。利用高分一號衛(wèi)星影像，對霍林郭勒地區(qū)植被結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測。將地表植被覆蓋結(jié)構(gòu)分為五個等級（劣、低、中、較高、高），根據(jù)2020 年7 月27日與2018 年、2019 年同期植被覆蓋結(jié)構(gòu)空間分布對比圖顯示，霍林郭勒市植被覆蓋結(jié)構(gòu)主要由低、高覆蓋度向中、較高覆蓋度轉(zhuǎn)變，高覆蓋度減少區(qū)域主要位于霍林郭勒市北部及西南部地區(qū)，低覆蓋度減少區(qū)域則主要位于霍林郭勒市礦區(qū)周圍，可以看出礦區(qū)主體范圍逐年縮減，礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾效果顯著（見圖2）。

圖2 2018—2020 年植被覆蓋結(jié)構(gòu)空間分布

2.礦區(qū)面積監(jiān)測：未呈現(xiàn)明顯擴(kuò)大

2013 年至2018 年，煤礦區(qū)域呈擴(kuò)大趨勢，部分恢復(fù)治理區(qū)植被覆蓋度較低。

2018—2021 年復(fù)墾力度加大，生態(tài)復(fù)墾區(qū)域增加明顯。利用高分一號、高分六號衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像融合對影像進(jìn)行預(yù)處理，得到16m 和2m 的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過對比2018 年7 月10 日、2019 年7 月8 日、2021 年8 月17 日三期遙感影像，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，對礦區(qū)復(fù)墾進(jìn)行對比分析。2018—2019 年為復(fù)墾經(jīng)濟(jì)投入最大一年，復(fù)墾進(jìn)度最快。近年來各個礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾區(qū)域呈現(xiàn)不同程度的增加，礦區(qū)未呈現(xiàn)明顯擴(kuò)大。整體來看，生態(tài)呈向好態(tài)勢（圖3）。

圖3 2018—2021 年霍林郭勒市北露天煤礦遙感影像

三、結(jié)語

霍林郭勒生態(tài)復(fù)墾監(jiān)測案例是在通遼高分中心籌備成立關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn)為地方政府決策部門提供的成功案例。通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測，直觀反映了霍林郭勒礦區(qū)生態(tài)復(fù)墾持續(xù)向好態(tài)勢，為礦區(qū)范圍生態(tài)修復(fù)提供了數(shù)據(jù)支撐。衛(wèi)星遙感作為支撐地級市政府管理和行業(yè)應(yīng)用的高科技手段，將逐步優(yōu)化涵蓋多領(lǐng)域、滿足地方需求的應(yīng)用業(yè)務(wù)，遙感監(jiān)測服務(wù)更加有力；打造行業(yè)應(yīng)用示范工程，完善產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化，應(yīng)用成效持續(xù)放大。后續(xù)，還將建設(shè)高速、高精度和大容量的遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，全面提高數(shù)據(jù)保障能力。“千里眼”助力政府治理能力和治理水平現(xiàn)代化、精細(xì)化能力不斷提升，為地方經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展提供強(qiáng)有力的科技支撐。