遥感技术在复杂矿山环境调查及修复中的运用.pdf

世界有色金属2023年6月上166遥感技术在复杂矿山环境调查及修复中的运用吴伟（安徽省地勘局第二水文工程地质勘查院，安徽 芜湖 2 4 1 0 0 0）摘 要：文章以某区域为例，使用遥感技术对该区域内的矿山环境展开调查分析，以此确定出了区域矿山资源开发情况、矿山占地类型情况、矿山占损土地空间分布特征、不同矿种以及土地资源损毁现状、矿山地质灾害情况、矿山环境污染情况。在此基础上，综合在遥感调查中所得到的数据与分析结果，划分环境修复综合评价分区，并针对不同分区提出了复垦、自然恢复、自然恢复与人工介入结合等一系列复杂矿山环境修复治理策略，助推区域矿山环境得到逐步恢复与改善。关键词：遥感技术；复杂矿山；环境调查；环境修复中图分类号：T D 1 6 7 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 1-0 1 6 6-3The Application of Remote Sensing Technology in the Investigation and Restoration of Complex Mining EnvironmentWUWei(A n h u i P r o v i n c i a l G e o l o g i c a l S u r v e y B u r e a u S e c o n d Hy d r o l o g i c a l E n g i n e e r i n g G e o l o g i c a l S u r v e y I n s t i t u t e,Wu h u 2 4 1 0 0 0,C h i n a)Abstract:T a k i n g a c e r t a i n a r e a a s a n e x a mp l e,t h e a r t i c l e u s e s r e mo t e s e n s i n g t e c h n o l o g y t o i n v e s t i g a t e a n d a n a l y z e t h e mi n i n g e n v i r o n me n t i n t h e a r e a,i n o r d e r t o d e t e r mi n e t h e d e v e l o p me n t s t a t u s o f r e g i o n a l mi n i n g r e s o u r c e s,t h e t y p e s o f mi n i n g l a n d o c c u p a t i o n,t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f mi n i n g l a n d o c c u p a t i o n,d i f f e r e n t t y p e s o f mi n e s a n d t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f l a n d r e s o u r c e d a ma g e,g e o l o g i c a l d i s a s t e r s i n mi n e s,a n d e n v i r o n me n t a l p o l l u t i o n i n mi n e s.On t h i s b a s i s,b a s e d o n t h e d a t a a n d a n a l y s i s r e s u l t s o b t a i n e d f r o m r e mo t e s e n s i n g s u r v e y s,a c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n z o n e f o r e n v i r o n me n t a l r e s t o r a t i o n w a s d i v i d e d.A s e r i e s o f c o mp l e x mi n i n g e n v i r o n me n t r e s t o r a t i o n a n d ma n a g e me n t s t r a t e g i e s w e r e p r o p o s e d f o r d i f f e r e n t z o n e s,i n c l u d i n g r e c l a ma t i o n,n a t u r a l r e s t o r a t i o n,a n d t h e c o mb i n a t i o n o f n a t u r a l r e s t o r a t i o n a n d h u ma n i n t e r v e n t i o n,t o p r o mo t e t h e g r a d u a l r e s t o r a t i o n a n d i mp r o v e me n t o f t h e r e g i o n a l mi n i n g e n v i r o n me n t.Keywords:r e mo t e s e n s i n g t e c h n o l o g y;C o mp l e x mi n e s;E n v i r o n me n t a l i n v e s t i g a t i o n;E n v i r o n me n t a l r e me d i a t i o n收稿日期：2 0 2 3-0 3作者简介：吴伟，男，生于1 9 8 8 年，汉族，安徽肥西人，本科，地质测绘工程师，研究方向：测绘工程。在复杂矿山环境中展开矿产资源开采，容易引发多样的矿山环境问题，导致整个矿区及其周边地区的生态环境质量下降，地质环境问题也逐步显现，威胁着矿区工作人员以及周边区域居民的生活生产安全。基于此，需要定期依托先进技术的应用，如遥感技术，全面调查分析复杂矿山环境，并以此为参考制定修复策略。1 区域地况概述某区域总体面积约为98万km2，其中蕴含着丰富的矿产资源，包含建筑砂石矿、砖瓦黏土矿、煤矿、铜矿、铁矿、金矿等等，且相应矿产资源的整体开发强度相对较大。经过长时间的发展，相应区域内产生了一系列的矿山地质环境问题，土地荒漠化、地面塌陷、土地损毁等问题表现严重、明显，综合修复与治理难度保持在较高水平。为了实现对该复杂矿山环境的有效修复，主要利用了遥感技术完成复杂矿山环境调查，并结合相应调查结果制定、落实更为有效且针对性更强的环境修复治理措施。2 基于遥感技术的复杂矿山环境调查工作方法分析2.1 遥感数据处理在本次复杂矿山环境调查与分析研究实践中，设定的数据主要来源为遥感影像，重点落实对多类型、多期次遥感影像的使用与分析，综合形成最终调查分析结果。在此过程中，选取中高空间分辨率遥感影像，包括遥感2号与8号、资源1号与3号、高分1号等，这些中高空间分辨率遥感影像的空间分辨率均保持在2m5m的范围内。同时，针对重点矿集区，选取了高空间分辨率遥感影像，包括Pleiades、Quickbird-2、WorldView-2等等，这些高空间分辨率遥感影像的空间分辨率均优于1m。同时，设定的遥感影像获取时间为2019年2021年。实施对遥感影像正射校正处理，并在此基础上面向不同影像选择差异性的波段组合。其中，针对GF-1影像，所使用的波段组合为1（R）2（G）3（B）；针对Quickbird-2影像，所使用的波段组合为3（R）2（G）1（B），并依托Brovey变换方法的引入，落实对影像的融合以及增强处理，将其转变为遥感数据并在此基础上完成用于复杂矿山环境调查分析的本底数据。2.2 遥感信息提取在遥感影像中，区域矿山开采活动的形迹相对明显，实践中，依托对遥感影像光谱信息特征、空间形态特征的分析，结合矿山分布位置、周边植被覆盖情况等宏观因子以及影响色调、规模等微观因子的提取、使用，构建起基于不同矿种的解译标志、基于不同开采方式的开采面解译标志、基于中2023年6月上 世界有色金属 167转场地的解译标志等等1。在此基础上，结合应用人机交互识别、机器自动识别，落实对矿山井口空间位置信息的提取，实现对矿山开采图斑范围的确定，并进行对矿山采场分布面积的计算，以此为基础综合完成对矿山占地、矿山地质灾害、矿山环境污染、矿山环境恢复治理等内容的数据统计分析，输出相应空间分布信息。3 基于遥感技术的复杂矿山环境调查结果分析3.1 矿山资源开发情况调查发现，该区域内蕴含着丰富的矿产资源，区域内矿山总数为2096个，其中，存在的能源类矿山主要为煤矿，对应矿山约有113个，主要应用了地下开采的方式；存在的金属类矿山主要为铜矿、铁矿、金矿等，对应矿山约有431个，主要应用了地下开采、露天开采的方式；存在的非金属类矿山主要为建筑砂石矿、砖瓦黏土矿等，对应矿山约有1552个，主要应用了露天开采的方式。3.2 矿山开发占损土地3.2.1 矿山占地类型情况对土地资源的压占以及损毁为矿山开采期间更容易引起的明显环境问题，在整个调查区域内，由于矿山开采所造成的土地资源的压占、损毁总面积约为286.4457km2。其中，因为采场、中转场地、固体废弃物、矿山建筑等直接产生的土地资源的压占以及损毁总面积约为284.1629km2；因为矿产资源地下开采间接产生的土地资源的压占以及损毁总面积约为2.2828km2，在土地资源的压占以及损毁总面积中的占比约为0.8%。根据对土地资源的压占以及损毁类型落实进一步细分，能够得到表1结果，具体如下：对土地资源的压占以及损毁问题的最明显因素为采场，其直接造成的土地资源的压占以及损毁面积保持在最大水平，实际占损面积达到178.3693km2左右，在土地资源的压占以及损毁总面积中的占比约为62.27%；对土地资源的压占以及损毁问题的相对明显因素为中转场地，其直接造成的土地资源的压占以及损毁面积仅次于采场，实际占损面积达到75.7593km2左右，在土地资源的压占以及损毁总面积中的占比约为26.45%；对土地资源的压占以及损毁问题的相对一般因素为固体废弃物，实际占损面积分别为26.2236km2左右，在土地资源的压占以及损毁总面积中的占比约为9.15%；对土地资源的压占以及损毁问题的最小因素为矿山建筑，其直接造成的土地资源的压占以及损毁面积保持在最低水平，实际占损面积达到3.8107km2左右，在土地资源的压占以及损毁总面积中的占比约为1.33%。表12021年矿山占地遥感调查结果汇总表采场中转场地固体废弃物矿山建筑地下开采塌陷区面积/km2178.369375.759326.22363.81072.2828百分比/%62.2726.459.151.330.83.2.2 矿山占损土地空间分布特征在整个区域内，由于矿山开发所导致的土地资源的压占以及损毁面积最大的为 A 区，压占以及损毁面积在 98.4899km2左 右；其 次 为 B 区，压 占 以 及 损 毁 面 积在 56.8818km2左 右；第 三 为 C 区，压 占 以 及 损 毁 面 积在51.1024km2左右；第四为D区，压占以及损毁面积在42.7842km2左右；最小的为E区，压占以及损毁面积在36.5604km2左右。3.2.3 不同矿种以及土地资源损毁现状以矿种为依据展开统计分析，能够了解到的是，整个区域内的矿产资源开采占地主要以非金属矿为主，实际所开采的矿石资源包括建筑砂石矿、砖瓦黏土矿等等，该类矿种开采占地面积约为16445.6km2，在总体矿产资源开采占地面积中的占比达到57.61%。对于非金属矿来说，这种类型矿种的开采占地分布较为广泛，在城区周边地区以及交通干线沿线存在着集中分布的情况，所以对区域自然环境、地形地貌以及部分耕地造成了严重的破坏。同时，受到水资源不足的影响，相应矿山环境的修复与治理难度相对较高。在整个区域内的矿产资源开采占地中，金属矿占地面积次之，实际所开采的矿石资源包括铜矿、铁矿、金矿等等，该类矿种开采占地面积约为105.8994km2。对于金属矿来说，这种类型矿种的开采方式主要为露天开采，所以对于土地资源所造成的破坏更为明显、严重。在整个区域内的矿产资源开采占地中，能源矿占地面积最小，实际所开采的矿石资源为煤矿，该类矿种开采占地面积约为1609.03km2，更多为煤矿的选煤厂、洗煤厂、堆煤场占地。3.3 矿山地质灾害对于区域内不同矿山地质灾害发育程度以及实际空间分布来看，由于实际所具有的地质环境条件、矿种类型条件、矿产资源开发利用方式、矿产资源现实开采规模以及开发强度等前提条件的不同，实际所呈现出的矿山地质灾害情况也存在着较为明显的差异性。结合实际的遥感调查结果能够了解到的是，在整个区域内，由于矿产资源开发所带来的会对矿区或是周边居民生存安全造成威胁的地质灾害有13处之多，所影响、破坏的土地总面积约为2.2828km2。对相应矿山地质灾害的成因落实进一步细化分析，能够了解到的是，主要的灾害类型为地面塌陷，成因为地下煤矿开采。这种地面塌陷灾害的数量相对较多，其分布广泛性明显，从空间分布的角度来看，呈现出分布集中的状态，会对矿区生产安全性以及周边居民的生活生产安全造成较为明显的威胁与影响。3.4 矿山环境污染在整个调查区域内，实际的年降水量相对较少，整体气候表现出干旱状态，且大部分地区土地被各种植被的覆盖面积较少。在使用露天开采的方式开发建筑砂石矿、砖瓦黏土矿等矿产时，普遍会引发粉尘污染问题；在距离河道的位置展开矿山开采、选矿，也容易引发水污染问题。结合实际的遥感调查结果能够了解到的是，在该区域内，由于矿山开发所导致的环境污染区域总数为27处，其中，存在着24处的粉尘污染；存在着3处的水污染。对于这些环境污染问题落实进一步调查分析，发现这些环境污染的规模与程度相对较世界有色金属2023年6月上168小，主要表现为小区域环境污染。4 基于遥感调查数据的复杂矿山环境修复治理的建议探讨4.1 环境修复综合评价分区结合前期调查所得到的遥感数据，围绕以下原则对矿山的生态修复范围区进行划分，具体有：第一，对由于矿山开发所引发的环境问题类型以及损毁程度进行综合考量。参考在遥感调查中所得到的数据与分析结果，确定出区域内存在着的矿山地质灾害规模、类型，实际产生的土地资源的压占以及损毁面积，环境污染问题等等，落实对矿山环境问题危害程度以及可能产生的经济损失的综合性评估。第二，对由于矿山开发所引发的地质环境影响程度以及恢复治理难度进行综合考量。参考在遥感调查中所得到的数据与分析结果，对不同矿种所产生的矿山环境问题类型、发展情况等进行分析，并以此为基础确定出矿山开发对地质环境、区域经济发展所产生的现实影响，同时还要对矿山环境修复难度进行分析。第三，综合落实定性评估与定量评估2。结合矿山环境影响因素量化指标评价分析以及定性分析结果，实现对矿山环境的综合性分析。第四，以采矿区为独立单元，综合考量地质环境、基于矿山开发的环境问题、主要环境问题类型等等。实践中，应用网格剖分法，将存在同类环境问题的单元规划至同一区内；针对存在差异性明显环境问题得单元划分至不同的区内。根据上述原则，可以将该区域内的矿山环境问题区划分为三种类别：重点治理区，数量为10个；次重点治理区，数量为26个；一般治理区，数量为35个。在此基础上，切实根据不同区域设定、实施差异性的环境修复治理措施。4.2 不同分区环境修复建议4.2.1 重点治理区的环境修复在该调查区域内，可以划分为重点治理区的总体面积在3406.13km2左右，矿山地况主要为露天开采矿山，相应矿山类型为建筑砂石矿、砖瓦黏土矿等等。对于这些露天开采矿山而言，其与城镇之间的距离相对较小，所以矿山整体环境情况能够对城镇居民的生活、生存环境等造成相对严重的影响，所以必须要针对这些区域实施优先修复治理，避免对城镇环境造成更为明显的负面影响3。在针对相应重点治理区展开环境修复的实践中，可以使用的修复治理策略为强化落实对废弃矿山的治理，应用土地平整、复垦的手段即可。在此过程中，需要着重强化展开多废弃砖瓦黏土矿的土地复垦处理，将相应区域逐步恢复至草地、耕地，从而达到优化改善重点治理区生态环境的效果。在此过程中，积极学习其他地区、单位先进经验，掌握重点治理区地质环境治理工程项目勘查、设计、复垦方案、施工图编制等专业技术知识。依据重点治理区矿山地质现状，结合区域发展及生态建设需求，按照“宜耕则耕、宜林则林、宜渔则渔”的原则，突出社会效益和环境效益，配合设计单位共同做好设计方案，努力提升重点治理区治理修复及土地复垦效率和利用效益4。另外，在重点治理区的环境修复与复垦期间，还要着重把握以下几方面要求：要坚决落实“立体式生态修复与重构”科学理念，合理开展矿山生态修复工作，促进矿山经济发展与环境的协调发展；要将“山水林田湖草”综合治理放在首位，促进矿山进行生态修复建设，促进绿色发展，达到保护矿山生态的目的。4.2.2 次重点治理区的环境修复在该调查区域内，可以划分为次重点治理区的总体面积在12661.9km2左右，矿山地况主要包括露天开采矿山、地下开采矿山，相应矿山类型为建筑砂石矿、砖瓦黏土矿、煤矿、铜矿、铁矿、金矿等。次重点治理区的矿山点相对较多且覆盖面积较广，实际恢复治理难度保持在偏高水平。在针对相应次重点治理区展开环境修复的实践中，需要针对不同矿山情况设定差异性的环境修复治理手段，通常来说，对于一些本身具备较强自然恢复条件的矿山，可以进一步强化封山育林力度，以此促使区域内的植被能够逐步得到有效恢复；针对一些本身所具备自然恢复能力相对较差的矿山，可以实施工程治理，利用人工介入治理的方式改善环境5。4.2.3 一般治理区的环境修复在该调查区域内，可以划分为一般治理区的总体面积在38097.14km2左右，矿山地况主要包括露天开采矿山、地下开采矿山，相应矿山类型为建筑砂石矿、砖瓦黏土矿、煤矿、铜矿、铁矿、金矿等。一般治理区的矿山点的分布相对零散，且实际的开采规模维持在较小水平，矿山地质环境影响程度不高，所以实际恢复治理难度较低。基于此，针对一般治理区，应当着重利用自然恢复的方式完成环境修复治理。5 总结综上所述，经过长时间的开采与矿石生产，矿山地质环境问题逐步凸显，土地荒漠化、地面塌陷、土地损毁等问题表现严重、明显，综合修复与治理难度保持在较高水平。为了实现对该复杂矿山环境的有效修复，可以遥感技术完成复杂矿山环境调查，并结合相应调查结果将区域内的矿山环境问题区划分为重点治理区、次重点治理区以及一般治理区，在此基础上针对性制定、落实更为有效且针对性更强的环境修复治理措施。1张郝哲,许圣强.遥感技术在矿山环境治理中的应用探析J.冶金与材料,2022,42(03):119-121.2李华坦,王雁鹤,赵琳兴,马志远.遥感技术在矿山环境地质调查中的应用以宁夏卫宁北山为例J.宁夏工程技术,2021,20(03):280-284.3强建华.遥感技术在新疆南部地区矿山环境调查及生态修复中的应用J.西北地质,2021,54(03):253-258.4上官卉彦.遥感技术在矿山环境监测中的应用以福建省某矿山为例A.江苏省测绘地理信息学会.第二十二届华东六省一市测绘学会学术交流会论文集（二）C.江苏省测绘地理信息学会:现代测绘 编辑部,2021:112-115.5汪燕,刘乐,彭鹏,贾利.基于遥感技术的辽宁省矿山环境恢复治理对策分析J.能源技术与管理,2020,45(04):4-6.