利用遥感影像提取矿业活动信息研究——以兴仁地区为例.pdf

年 卷第 期(总第 期)贵 州 地 质 ()收稿日期 修回日期基金项目“全国矿山环境恢复治理状况遥感地质调查与监测”项目资助作者简介付榕榕()女大学本科助理工程师主要从事遥感地质工作:通讯作者况忠()男高级工程师长期从事区域地质、遥感地质环境工作:利用遥感影像提取矿业活动信息研究 以兴仁地区为例付榕榕况 忠(贵州省地质调查院贵州 贵阳)摘 要为摸清兴仁地区因采矿和矿产品冶炼造成土地占损现状及矿山恢复治理情况本文以历史影像为基础辅以矿业权、矿产品冶炼用地等数据根据影像纹理、色调等特征和相关资料多方位出发建立了开发占地(采场、中转场地、固体废弃物、矿山建筑)、恢复治理和渗流液体的遥感解译标志提取研究了因采矿和矿产品冶炼造成的土地占损信息为矿山遥感监测、矿产品冶炼企业监管、土壤污染状况调查和遗留固体废物排查整治等工作提供了相应的技术支撑关键词历史影像兴仁地区采矿和矿产品冶炼土地占损提取研究中图分类号 文献标识码 文章编号()引言矿产资源开发为经济发展做出了极为重要的贡献但也带来了地形地貌改变、土地污染等一系列问题 由于过去较长一段时间内矿产资源开发多追求利益最大化开采方式较为粗放整个开采过程的治理恢复常避重就轻如占用土地、破坏地形地貌和土地环境污染等(王燕平瞿连清何璇)不少问题随着采矿进程日积月累不断呈现出来并作为污染问题一直遗留下来随着卫星遥感技术的发展对矿山开采秩序进行规范和恢复治理过程进行监测提供了依据以中国自然资源航空物探遥感中心为龙头的多家单位自 年以来利用高分辨率遥感影像图对全国矿业的矿山开发活动状况和环境恢复治理进行了监测建立了采场、中转场、矿山建筑和尾矿库等与矿山采矿相关设施的解译标志并取得了良好的监测效果维护了正常的矿业开采秩序(李思发等李思发等康荣华等)但是前人的研究多是基于单期遥感影像进行的连续监测大多集中在矿业权的管理、违法整治、矿山开发中的土地占损状况和表面上的恢复治理等方面很少追溯到监测前的历史占损和污染情况基于上述原因本文以高分辨率历史影像为基础对兴仁地区因采矿和矿产品冶炼导致的土地占损信息(化学污染与物理污染)进行了提取最大限度地获取和掌握了相关资料为环境治理提供了方便 矿业信息提取方法和流程 数据源本研究的数据源有 种一是黔西南州长江经济带固体废物排查整治情况和关闭搬迁的企业等相关资料二是遥感影像包括第三次全国国土调查遥感影像数据(简称“三调影像”时相为 年重采样分辨率为 )、历史影像和来源于 卫图的影像等三是历年矿业权数据 标准选择及分类方法根据矿山环境遥感监测技术规范(/)(杨金中等)并结合研究区实际情况将与土地污染有关的占地分为开发占地、恢复治理和渗流液体 开发占地包括采场、中转场地、固体废弃物和矿山建筑归为 大类恢复治理根据 大类占地分别统计渗流液体主要是因采矿排水以及固体废弃物排放场在大气降水作用下产生常导致下游河流污染本次对可解译部分进行了提取和统计 其它在遥感影像上无明显迹象的环境问题(如地面塌陷)暂不描述讨论 年污染地块土壤环境管理办法实施以前存在“企业污染政府买单”的局面如部分企业(包含个体)从事土法炼焦和土法炼铅锌等矿产品冶炼活动造成了事实上的占用土地污染但由于责任主体缺失冶炼地块的修复与开发不同步 年以后实行“谁污染谁治理”的原则冶炼地块的恢复情况与开发状况基本同步这部分工业用地(厂房和固体废弃物排放场)的遥感解译标志与矿山建筑和固体废弃物的遥感解译标志相似因此解译和统计时作合并处理 矿业活动信息提取流程为了实现矿业活动信息提取目的将收集的资料进行整理分类后建立了如图 所示的技术流程图 矿业活动信息提取流程 首先是数据处理包括格式转换、投影变换和几何校正等过程目的是将资料统一在高斯克吕格投影、坐标系下展开工作其次是以三调影像为基础辅以历年矿业权数据建立分类地物的遥感解译标志对于已复绿或覆土且影像特征不清晰的采矿信息依据 卫图影像绘制最后是矿业活动信息提取和综合研究 采用人机交互与目视解译相结合的方法进行开发占地、恢复治理和渗流液体等信息的提取和研究 解译标志的建立研究区根据各类占地与周边的影像纹理、色调、地形起伏变化等异常特征建立了相应的解译标志(曹艳杰等 王蔚 马国胤等秦绪文等杨伟光等)能准确、恰当地解译和描述不同矿种在不同时期污染后的遥感影像特征有效识别因采矿和矿产品冶炼活动导致的占损信息 采场采场分为露天采场和地下采场露天矿采场在遥感影像上一般呈阶梯式向下进行开采呈锥状或螺旋状上大下小纹理粗糙无植被发育(王燕波等)如图()所示远程煤矿为兴仁地区最大的露天煤矿新开采区域为亮灰黑色纹理细腻但凹凸不平其它剥采区域呈灰黄色“井”形“井”是采面间边界 砂石矿多采碳酸盐岩以小型为主在影像上呈“耳”状或“椅”状(如图()、中部向内“凹”部分常伴有阶梯状新采区色调较周围明亮长期停采、关闭或废弃后色调变暗呈灰色、灰黑色和土黄色多与矿种相关但均与周围地物有明显差异地下采场常是通过硐口识别但硐口占地较小很难直接通过色调、地表特征进行识别常通过废石堆、矿山轨道和建筑物等周围地物进行辨别 硐口与矿石堆之间有矿山轨道相连接在轨道靠近山体方向出现断点的地方即为硐口(李思发等刘立等)本次研究不对地下采场范围作解译 中转场地中转场地是矿山活动较为集聚的区域包含堆 贵 州 地 质 年 卷 图 露天采场遥感解译标志 煤场、其他矿石堆(一般针对非能源矿山)、洗煤场、选矿场和选矿池等较大规模的金属矿山选矿场或选矿池通常有贵液池和喷淋堆中转场地有矿山设备或矿石堆等位于矿山较平缓位置部分有围墙遮挡与周围地物有明显界线 选矿场可分室内室外 种图()为紫木凼金矿选矿场室外由简易钢架搭建而成各部分之间由管道连通室内选矿场易与矿山建筑混淆需要通过周围情况(管道)或实地查证 堆煤场形状规则纹理厚实(图()场内有呈“锥”状煤堆洗煤场运输管道较多且附近有蓄水池为方便运输与道路连通 图()为砂石矿的中转场地矿石堆放置于矿山机械设备四周影像上呈堆状、圆台状或锥状 新形成的中转场地色调较周围明亮设施设备特征明显使用中的堆煤场和洗煤场管道下方多为黑灰色机器设备上方建筑物呈蓝色其他矿石堆亮度较高呈灰白色选矿场和选矿池色调为灰色、蓝色和白色关停或废弃的中转场地除恢复治理外色调较浅外多为灰色或灰黑色图 中转场地遥感解译标志 矿产品冶炼主要包括煤矿焦化和锑冶炼等处理不慎除对土地造成污染还会威胁人体健康(黄耿博等张军营等)故对矿产品冶炼地块进行地物信息的提取是必要的由于研究区内的矿产品冶炼厂基本已停止使用且部分已恢复治理地物特征不易识别需借助基础资料中关闭搬迁企业资料和历史影像才能建立解译标志如图()所示焦化厂在三调影像上地物特征不明显但在历史影像上地物特征清晰有厂房、高大的烟囱以及规则分布的罐体等色调为砖红色、灰黑色与周围地物界线明显 图()为湿法锑冶炼厂有条带状或方形状池子色调为墨黑色 使用中的冶炼地块有明显的地物特征色调较浅 暂停使用或拆除设施设备后长时间不使第 期 付榕榕况 忠:利用遥感影像提取矿业活动信息研究图 矿产品冶炼遥感解译标志 用地块局部会自然恢复成草地影纹特征较粗糙人工恢复处影纹较规律林地间大多有行列感 固体废弃物矿山开采过程中会产生废石堆、废渣和煤矸石等大量固体废弃物选矿还将形成沉淀池、尾矿库等 废石堆和煤矸石堆废石堆和煤矸石堆在影像上通常呈扇形或梯形堆放痕迹明显纹理特征细腻矿区地形较陡者常顺沿道路或山坡就近堆放 图()为废石堆色调为灰白色或亮白色反射率较周围地物高 图()为煤矸石堆呈圆台状或锥柱状色调呈灰黑色部分矿区在煤矸石堆尾部修有挡土墙 新堆放的废石堆和煤矸石堆色调较为明亮废弃或闲置则色调较暗图 固体废弃物遥感解译标志 贵 州 地 质 年 卷 尾矿库尾矿库由坝体和库区构成坝体多呈阶梯状上升库区则形状不规则有明显轮廓 图 为紫木凼金矿尾矿库矿渣通过管道排放呈阶梯状纹理细腻坝体边缘布有环带状防渗膜库区内无植被发育通过 卫图发现该尾矿库近年已进行工程恢复 使用中的尾矿库呈镜面反射效果纹理细腻距排渣管远近矿渣色调呈过渡排列(周英杰等)一般有褐色、黄褐色或红褐色无尾渣的为淡绿色库区内无植被或植被稀少图 尾矿库遥感解译标志 矿山建筑矿山建筑包含生产区、生活区和矿区道路等轮廓清晰有一般建筑物的影像特征如图 所示办公区房屋通常较为正规高于生活区(如工人宿舍)和生产区(如炸药房、存放工图 矿山建筑遥感解译标志 具)生产区、生活区、办公区建筑物形状规则呈方形楼顶呈“人”形或平顶根据楼顶材料不同色调有较大差异呈蓝、橙色或灰色等新修混凝土地面为灰白色老混凝土地面为灰色 矿区道路或铁路呈“蛇”形、“之”字形或“”字形色调呈灰色、灰黑色或土黄色 环境恢复治理恢复治理包括工程恢复和自然恢复工程恢复通常是有坡改梯、覆土、复绿等工作和过程有明显的人为活动如图()所示重晶石矿采面恢复成林地影像上呈有规律排布的小点色调呈绿色覆土则表现为有明显的台阶状或平台状色调呈土黄色自然恢复通常恢复成草地、灌木林地或水坑如图()所示砂石矿采面自然恢复成草地或灌木林地在影像上纹理细腻不规则色调多呈浅绿色不均匀自然恢复成水坑则边界在影像上纹理粗糙表现为墨色或深蓝色 渗流液体渗流液体主要是堆放的固体废弃物无防渗漏设施或相关设施被破坏在雨水的作用下产生或者是中转场地矿产品加工过程排放不规范和不达标导致污染物外泄所致 渗流液体注入河流污染范围迅速扩大深入地下则会对地下水产生污染威胁动植物生存环境和人类健康 渗流液体在遥感影像上呈现的色调与矿种有关如图 所示为煤矿的渗流物注入新寨河并对其下游造成污染的状况污染源为附近堆煤场地和煤矸石堆渗流液体因富含碱金属离子和硫色调为土黄色纹理较为光滑 若多个渗流液体注入河流后河流的色调则从绿色、墨色向黄色、土黄色或锈色转变纹理则是随着河流地势和水位变化水位淹没河内砂石且地势平缓处呈现镜面反射效果地势陡峭或河里存在隆起砂石纹理则较为粗糙被污染区及四周植被发育不良 解译结果依据新建立的遥感解译标志提取了兴仁地区因采矿和矿产品冶炼造成的土地占损信息共 矿山开发占地 恢复治理 渗流液体占地 详见表 第 期 付榕榕况 忠:利用遥感影像提取矿业活动信息研究图 恢复治理遥感解译标志 图 渗流液体遥感解译标志 表 兴仁地区矿产品开发和冶炼占地统计表单位:种类占地类型采场中转场地固体废弃物矿山建筑渗流液体合计开发占地 恢复治理 渗流液体 合计 从表 可以看出兴仁地区因采矿和矿产品冶炼导致土地占损总污染面积()大于总占地面积()原因在于采矿排水和矿山固体废弃物渗流液对下游河流造成了污染在所有恢复治理中矿山建筑()和中转场地()恢复治理面积最少分别占各 贵 州 地 质 年 卷 自总面积的 和 主要是这些区域为混凝土建筑且存在基础设施、设备等需要停产关闭拆除之后人工干预才能恢复恢复周期相对较长 因近年贯彻绿色开采较大规模的矿山采场在采面终了后根据自身条件定身量做进行人工恢复因此恢复较为及时恢复率达 (包含自然恢复)固体废弃物堆场恢复率()最高除人恢复外固体废弃物堆场废弃或闲置一段时间后边缘部分均能自然恢复成草地或灌木林其恢复周期相对于其它场地较短 结论与讨论基于历史遥感影像从采矿和矿产品冶炼用地的影像纹理、色调、以及其与周围地物反差等相关资料着手建立了兴仁地区矿山开发占地、恢复治理和渗流液体的解译标志提取了研究区因采矿和矿产品冶炼造成的土地占损地物信息遥感调查了目前兴仁地区因采矿和矿产品冶炼造成土地占损现状及矿山恢复治理情况为兴仁地区的矿山遥感监测、矿产品冶炼企业监管、土壤污染状况调查和遗留固体废物排查整治等工作提供相应的技术支撑结合解译过程和统计表发现规模较大的矿山大多能做到绿色开采边开采边治理早期历史性采场和矿产品冶炼用地废弃或关闭后大多缺少人为干预处于自然恢复状态复绿效果较差中转场地由于进行矿产品加工、冶炼等其恢复难度高于采场和固体废弃物虽然固体废弃物堆场废弃或闲置其恢复速度快于其它类型的占地但相对于采场、中转场地和矿山建筑其污染范围更广时间更长自然恢复后很难达标而且常常渗流含硫液体对下游土地和河流造成污染参考文献曹艳杰杨大志段嵘峰 基于遥感影像信息的焦作市矿山地质环境解译标志研究 国土资源信息化():何璇 土壤污染及治理 吉林农业黄耿博杨延梅黄启飞等 煤焦化残渣污染特性与环境风险研究 环境工程技术学报():康荣华蒋巍王婧 露天矿山遥感动态监测方法研究世界有色金属:刘立李长安高俊华等 多源卫星遥感的湖南矿山违法开采时空变化 遥感学报():李思发赵伟立芦正艳 遥感技术在矿山监测中的应用 以贵州水城煤田大湾矿区为例 贵州地质():李思发李亮赵伟立 遥感技术在广西矿山开发占损土地中的应用 贵州地质():李思发李亮安全 基于 卫星数据的矿山遥感监测方法及对象识别研究 贵州地质():马国胤谈树成赵志芳 基于高分辨率遥感影像的矿山遥感监测解译标志研究 云南地理环境研究():秦绪文杨金中康高峰等 矿山遥感监测技术方法研究 测绘出版社瞿连清 矿山开采对周围地质环境影响分析 世界有色金属:王蔚傅涛 矿业开发活动的高分辨率遥感影像解译标志 云南地质():王燕波罗伟李名勇等 基于高分辨率遥感影像的矿山开发监测研究 热带地理():王燕平 矿山开采对地表变形的影响研究 世界有色金属:杨金中聂洪峰姚维岭等 矿山环境遥感监测技术规范 北京:地质出版社 杨伟光郑有业刘婷等 卫星矿山遥感监测:以西藏罗布莎地区为例 现代地质():张军营钟秦任德贻等 黔西南一小型锑冶炼厂环境污染调查分析 环境与健康杂志():周英杰王晓红姚维岭等 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