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遥感技术基础上辽宁省矿山环境恢复治理对策研究

2020-09-03 288 上传者：管理员

摘要：随着矿山开发利用程度不断加大，矿山环境遭到了极大破坏，因此，矿山环境恢复治理对当地生态环境改善具有重大意义。以遥感技术手段为支撑，采用高分辨率影像为主要数据源，对辽宁省矿山地质环境状况、矿山环境恢复治理状况进行综合监测分析，并总结矿山环境恢复治理主要对策。研究结果显示，2017年度辽宁省矿山开发占损土地总面积为109999.78hm2，通过自然恢复、拉网固坡等方式已恢复治理矿山总面积为18319.30hm2，矿山恢复治理率14.28%，为国家绿色发展指数统计、矿山地质环境管理等工作提供技术支撑。

关键词：
工业技术
恢复治理
矿山环境
辽宁省
遥感技术
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矿山资源的过度开采带来经济快速发展的同时也对地质生态环境造成了严重的破坏，对生态环境治理带来了较大的负面效果。因此，在国家大力提倡生态文明建设的今天，急需对矿山环境进行恢复治理[1,2]。相关学者早在20世纪90年代就开始对矿山环境恢复治理进行相关的研究，近几年，国内外学者对矿山恢复治理研究越来越多。当前大多是从实地验证与采样的角度开展分析，在时间和效益上很难满足生态恢复治理需求[3,4]。

近年来，随着我国遥感技术的飞速发展，资源三号、环境星数据、高分系列卫星数据等遥感大数据能为矿山环境监测提供大量的实时监测数据。遥感技术具有覆盖范围广、实时性强、分辨率高、数据量大、信息更新快等特点，因此，从遥感技术角度进行矿山环境治理恢复研究既省时又省力，具有重要的研究意义和实际价值[5,6]。本文采用遥感技术手段，以多源遥感影像为数据源，在实现矿山信息提取的基础上，对辽宁省矿山环境现状进行分析，同时针对辽宁省矿山开发现状，提出辽宁省矿山恢复治理对策，为辽宁省矿山开发、环境恢复治理、政府决策等提供技术支持。

1、研究区概况及数据准备

1.1 研究区概况

辽宁省位于我国的东北部，地理范围为118°50′～125°47′E,38°43′～43°26′N。与河北省、内蒙古自治区、吉林省接壤，南部为辽东半岛。截至2017年末，辽宁省常住人口4368.9万人，除汉族外，还有满族、蒙古族、回族、朝鲜族等44个少数民族。辽宁省下辖14个地级市，16个县级市，17个县，8个自治县，59个市辖区。辽宁省交通便利，省内的主要铁路有京哈铁路、沈大铁路、沈丹铁路、沈吉铁路、沈山铁路、沟海铁路、锦承铁路、叶赤铁路、大郑铁路等。

1.2 数据准备

根据研究区概况，收集了研究区相关资料，主要包括：研究区遥感数据、采矿权、探矿权、国家级自然保护区划及自然资源数据、国家地质公园区划、地形图及DEM数据；区内自然地理、人文、气候、地质环境、社会经济、交通等资料；与区域矿产资源规划、矿产资源分布、矿山地质环境问题等内容有关的研究报告、图件、文字资料、数据表格等。

研究区主要遥感影像数据类型包括GF1、GF2、BJ2、ZY3、SV3、02C、RED、P1等，其中，GF1号数据为多光谱分辨率8m、全色分辨率2m的光学数据，具有分辨率高、幅宽大、时间分辨率低的特点。

2、研究方法

2.1 遥感影像处理

根据研究区特点以及覆盖数据状况，在矿山开发遥感监测过程中，主要的遥感影像处理手段包括几何纠正、镶嵌、多源遥感影像融合等[7]。

几何纠正：影像几何纠正的方法有多项式纠正法、共线方程法以及多图像间的相互配准等，本项目拟选用多项式纠正法。

影像镶嵌：镶嵌是将同一区域多幅影像从空间位置上拼接起来，镶嵌之前通常是先对影像进行几何配准，将影像统一到同一坐标系中，然后，根据区域界线进行裁剪，去掉重叠部分。

多源影像融合：传统的多光谱与全色图像融合的方法有金字塔融合法、分量替换法以及小波变换法等。为了获得更好的融合效果，可以采用小波改进的图像融合算法，此方法采用小波与HIS、PCA变换相结合的融合方法，既可以改善传统方法融合光谱扭曲的缺点，又能避免小波变换中的信息丢失。除此之外，还将局部算法结合起来改进小波变换融合。

2.2 土地利用信息提取

为了提高分类精度，基于面向对象分类方法的优点，本文采用基于面向对象的影像分类方法对影像进行分类处理，并对分类结果的精度进行评价，从而得到辽宁省矿山恢复后各市2017年土地利用数据。面向对象的影像分类主要包括影像的尺度分割和分类规则建立[8]。面向对象的影像分类流程如图1所示。

图1面向对象的遥感影像分类流程

2.3 矿山资源信息提取

信息提取使用ArcGIS10.2软件进行，在建立各种矿山地物解译标志的基础上，以人机交互解译的方法为主。人机交互解译是本次信息提取的主要方法，实际的矿山信息类型多且复杂，在解译过程中充分利用各种分析推理方法。本文选用直接、间接解译、资料综合对比与野外实地调研的方法相结合。直接解译法根据对象的色彩、光谱、色调、大小、形状、阴影等直接判别出目标地物，如水体、农田、村庄等；间接解译法主要是依据间接的标志来进行推理解译；资料综合对比法是在解译中充分利用有关的图像、图形、表格和文字资料等进行分析，以提高解译的准确性；实地调查法是对在室内解译难度大、类型复杂、难以解译的某些地物，进行实地野外调研，确定地物。上述方法在具体应用中不可分开，需要交错使用，本次辽宁省矿山开发状况解译方法主要采用面向对象与人机解译相结合的方式。

3、恢复治理效果分析

根据遥感技术实现辽宁省矿山监测，全省2017年度矿山开发占损土地总面积为109999.78hm2，其中正在利用的矿山总面积为34952.10hm2，废弃矿山总面积为68108.42hm2，暂停开采矿山总面积为3835.60hm2，地下开采沉陷坑面积为3103.66hm2。2017年度辽宁省已恢复治理矿山总面积为18319.30hm2，矿山恢复治理率14.28%。由此可见，辽宁省矿山环境恢复治理达到了一定的效果。

3.1 恢复后土地利用类型分析

辽宁省已恢复治理矿山总面积为18319.30hm2,根据恢复治理后的土地类型的统计结果进行分析，在恢复治理后的土地类型中，林地面积最大，为10003.59hm2，占全部恢复治理面积的54.61%，其他恢复后土地类型面积依次为耕地、草地、其他、水域、住宅、公共、园地、交通运输。

3.2 矿山环境恢复治理对策

依据矿山不同的开采方式、不同的恢复治理对象、不同的矿山环境问题、不同的地理位置及自然环境，矿山环境恢复治理的方式也是不同的。根据本次矿山环境恢复治理解译成果，辽宁省矿山环境恢复治理的主要方式如下：

(1）切坡分台阶植被复绿。对于分台阶开采的露天采场、堆积的排土场、煤矸石堆等矿山占地，将其分台阶平整土地后，进行复绿恢复。

(2）拉网固坡自然复绿。对于小型露天采场，且分布在人员极少活动、生态自我恢复能力较强的地区，采用铁丝网或浇筑等方式加固采面、防止崩塌等地质灾害，让场地自然复绿。

(3）建设为公共设施用地的方法恢复。对于分布在城镇居民生活地附近的废弃矿山，可根据实际情况需要，进行土地平整后，建设公共服务设施或场地。

(4）采用种植景观类植物的方法进行恢复。对于分布在道路旁或在可视范围内严重影响周边环境的废弃矿山，进行土地平整后，可种植景观类植物或其他观赏设施。对于无土壤覆盖的矿山，可采用回填土壤或喷涂土壤培养基，并进行植被绿化。

(5）对塌陷坑继续深挖养殖或景观恢复。根据塌陷坑规模、深度、是否积水、周边环境等因素，可对塌陷坑继续深挖，作为池塘发展渔业，规模较大的可恢复为湖泊，建设矿山公园；也可对塌陷坑回填后进行复绿或作为光伏、风电等工程场地。

辽宁省恢复治理后各市土地类型如表1所示。

表1辽宁省恢复治理后各市土地类型统计

4、结论

针对矿山开发给环境带来严重破坏的影响，在矿山资源监测的基础上，结合遥感技术手段，对辽宁省矿山环境恢复治理效果进行分析。辽宁省2017年度矿山开发占损土地总面积为109999.78hm2,2017年度辽宁省已恢复治理矿山总面积为18319.30hm2，矿山恢复治理率14.28%。辽宁省矿山环境恢复治理的主要方式为露天采场、固体废弃物等切坡分台阶植被复绿；采面拉网固坡，场地自然复绿；平整土地，建设公共设施或场地；覆土并种植景观类植物；塌陷坑继续深挖养殖或景观恢复，回填复绿或建设光伏等工程。

当前，辽宁省矿山环境恢复治理取得了一定进展，但还需进一步加大恢复力度，从多方面综合实现矿山环境恢复治理，从而提高矿山恢复治理率。

参考文献：

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[3]安志宏,程玉书,汪宝存,等.辽源市矿山地质环境恢复治理遥感监测与整治模式一体化研究[J].地质力学学报,2017,23(4):631-637.

[4]王耿明,朱俊凤,朱鑫,等.基于国产卫星的广东省矿山地质环境恢复治理遥感监测[J].地矿测绘,2017,33(2):4-7.

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[8]代晶晶,王登红,吴亚楠.基于高分遥感数据的稀有矿山监测---以江西宜春414稀有矿山为例[J].国土资源遥感,2017,29(3):104-110.

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.

基金:全国2017新增的矿山恢复治理状况监测项目(121201003000172718).