基于“3S”技术的新疆某矿区生态影响预测与评价

申彦科，张林欣，赵星伟，罗 勇，李瑞鸿，王 莉

(中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 河西 300222)

基于“3S”技术的新疆某矿区生态影响预测与评价

申彦科，张林欣，赵星伟，罗 勇，李瑞鸿，王 莉

(中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 河西 300222)

以新疆某铁矿为例，基于GIS技术，利用2011年的Landsat 5 TM遥感影像及地形图，对矿区建设及运营对生态环境的影响进行预测及评价。结果表明，矿区项目建设及运营对矿区生态的影响主要体现在土地利用、植被、生态景观、冰川4个方面。扩建工程占用土地类型以裸地、冰川、永久积雪、采矿用地及草地为主，植被主要为台状蚤缀、垫状点地梅植被和线叶蒿草草甸。项目运营结束后，土地利用结构变化不大，但需采取人工措施将项目建设、运营对生态环境的影响减到最小。

“3S”技术；生态影响评价；矿区建设；土地利用；植被类型；景观生态环境；冰川变化

由于近年来我国对铁矿石需求量大，新疆某铁矿涉及范围广、开采规模大、项目数量多。为提高此次矿区规划的科学性，预防和减轻规划实施后造成环境污染和生态破坏，促进经济、社会和环境的全面协调可持续发展，本文以新疆某铁矿为例，基于3S技术，利用遥感影像数据，分析与评价矿区开采对生态的影响。

1 研究区概况

新疆某铁矿位于中天山主分水岭一带，由侵蚀剥蚀—构造高山地貌和剥蚀—堆积高山河谷地貌组成，属半湿润半干旱高山寒冷大陆性气候。植被类型属新疆草原区—天山南坡山地草原省—尤尔都斯盆地洲，草原建群种主要为座花针茅(Stipasubsessiliflora)、紫针茅(S.purpurea)、长芒针茅(S.kr-ylovii)、狐茅(Festucakryloviana、F.sulcata)等组成的各个群系。土壤侵蚀的主要类型为微度水力和冻融交错侵蚀区，其中侵蚀剥蚀高山区主要为冻融侵蚀，剥蚀堆积高山河谷区主要为微度水力侵蚀。

该铁矿为露天采矿，2008年开发建设，目前形成了包括1个露天采矿场(包括1座干选站)、2座选矿厂及各自对应的尾矿库、1个废石场以及生活区等生产、生活设施。截至目前，矿山露天境界内结存矿石 2 500 万 t，服务年限剩余5年左右即将采完，急需进行露天境界外矿体的开采设计，以保证铁矿的持续稳定发展。扩建工程采用地下开采，使用无底柱分段崩落法，运营期间将产生地表塌陷等地形地貌的变化。本研究拟预测扩建工程对生态的影响。

2 数据来源

Landsat TM数据来源于ftp://ftp.glcf.umd.edu/glcf/Landsat/，下载数据格式为GeoTIFF，空间分辨率为30 m。本次研究采用的卫星遥感数据采用2011年9月TM数据，依1∶50 000 的解译精度提取土地利用、植被、景观等信息。

3 研究方法

根据遥感影像信息源的季象和研究区域生态环境特点，依据《土地利用现状分类标准(GB/T2007)》于2011年对铁矿周边土地利用和植被现状进行调查，结合野外控制点测量和土地利用分类训练区的野外调查，将遥感影像解译为草地、工矿仓储用地、交通运输用地、水域及水利设施用地和其他土地等5个一级地类。

采用遥感和地理信息系统相结合的方法，制作研究区域2011年的土地利用图和植被类型图，并运用ArcGIS空间分析功能，预测铁矿扩建后占用的各类型土地利用和植被。对不同地类的变化进行统计分析。卫片解译使用ERDAS 9.1软件，数据分析使用ArcGIS 9.3软件。

4 研究结果与分析

4.1 对土地利用的影响预测与评价

依据前述方法，将扩建工程运营期受影响的边界与现状的土地利用图进行叠加分析，得到运营期土地利用的影响结果(表1，图1)。

表1 运营期扩建土地利用影响Tab. Effects of land use in operation period hm2

从现状调查结果及遥感影像解译的土地利用图来看，地下采场位于评价区北部海拔 3 200 m以上的高山区，占地类型主要为裸地、冰川及永久积雪、采矿用地和天然牧草地等；副井井口工业场地、西北回风井工业场地和西回风井联络道路位于现有露天采场北侧，占地类型主要为天然牧草地；主平硐硐口工业场地、机修办公区和运输平洞口联络道路位于现有露天采场西南侧约 6 300 m，占地类型主要为天然牧草地；东回风井井口工业场地和东回风井联络道路位于塌陷区东侧，占地类型主要为冰川及永久积雪和裸地；表土堆场位于办公机修区南侧深凹坑，占地类型为天然牧草地。

图1 运营期扩建工程对土地利用的影响Fig.1 The structure effects of landuse in operation period

由于该铁矿为地采，其开发建设过程中对土地的破坏类型也不相同。按照地采工艺的区别，本次地采工程对项目区土地的破坏方式共分为5种，分别为：①土地挖损—露天开采区开采形成的采坑；②土地压占—本项目建设区域内主要为表土场；③土地塌陷—井下开采矿区形成的采空区会引起地表塌陷；④土地占用—主要为风井的建设和矿岩运输道路的修建；⑤土地污染—表现在采坑塌陷影响区、联络道路等在生产与利用中对土地的扰动与破坏。

这5种土地破坏方式都会造成占地区域内土地利用功能的改变，原有的天然牧草地、冰川及永久积雪地将变为工矿用地，项目建设区域内工矿用地增加。但是从项目建设所在地的评价区整体范围看，建设区域内土地利用结构的改变不会对评价区整体区域的土地利用结构和功能产生较大影响。

4.2 对植被的影响分析

运营期间，将本项目地采塌落界限、工业场地等分布情况进行定位，并与植被图进行叠加处理，可以预测本次地下采矿工程对评价区内植被的破坏情况(图2)。

图2 运营期扩建工程对植被类型的影响Fig.2 Effects of vegetation types in operation period

从图2可以看出，本次地下采矿工程、选厂及尾矿库的建设造成植被地表植被破坏的主要为台状蚤缀、垫状点地梅植被和线叶蒿草草甸，占地面积为5.08 hm2，造成地表植被生物损失量约386 t/a。

项目的开发建设对地表植被产生一定的扰动和破坏，但是这种影响会随着项目服务期满后逐步消减。若对矿区采取植被恢复或绿化措施，在建设期和生产期损失的地表植被生物总量会得到一定的补偿。

4.3 对景观环境的影响分析

根据对景观现状调查，评价区的系统稳定性取决于草甸景观、裸地景观、水域湿地景观、冰川及永久积雪景观和草原景观等共同作用的结果，在这种景观格局下，项目建设期(对地表扰动最大)评价区范围内景观格局变化情况如表3所示。

从表3可以看出，在项目建设期，项目建设会带来人工景观优势度增加、草甸景观及裸地景观优势度减少，但对于整个评价区范围来说相对较小。另外，根据生态环境现状调查可知，该铁矿为高山区，由于各主要工程建设场地是依照所处位置的地形地貌及项目要求进行了较为合理的布局，项目建设只是将原有的冰川及永久积雪景观、裸地景观、草甸景观改变为工矿用地景观，对于相邻的冰川及永久积雪景观、裸地景观等的景观格局和功能不会带来明显改变。对于整个评价区，局部单个斑块面积的改变不会引起整个景观格局和功能的改变。对于运输平硐，由于为地下工程，其形成只会在进出口处对所处的景观类型结构和功能造成影响。因此，评价区主要景观格局要素在建设前后所在评价区优势度变化在-0.50～1.00之间，变化不大，对景观格局影响较小，不会改变当地的景观生态环境结构。

表3 建设前后景观格局变化对比Tab.3 Change of landscape types after project construction

图3 塌落界限范围内冰川影响范围Fig.3 Impact range of glaciers within the limits of collapse

4.4 对冰川变化的影响分析

本项目的建设对区域冰川变化的影响主要为塌陷区冰川塌陷、锅炉烟尘排放导致大气温度变化，以及粉尘排放导致大气中粉尘浓度变化。

1)塌陷区冰川塌陷

通过叠加分析，塌落界限范围内冰川及永久积雪面积约67.64 hm2(图3)。地下采矿工程运行期间将有可能导致冰川及永久积雪崩落。一方面，导致该冰川区域海拔降低，雪线以上将消融。另一方面，塌落界限处两侧冰川错位，导致冰川消融区面积增加，使得冰川表面反射率降低，从而加速冰川消融。

2)锅炉烟尘排放导致大气温度变化

现有锅炉房位于露天采场西北侧，烟尘排放量为 6 200 Nm3/h，烟气排放温度为150℃，项目运行后将停运。本项目新建2个锅炉间，分别位于副井井口工业场地和办公机修区，共计4台锅炉，烟尘排放量为 172 927 Nm3/h，烟气排放温度为80℃。通过热量对比，本项目建成前后，输入该区域热量将增加，将影响区域内温度上升，加速冰川消融。

3)粉尘排放导致大气中粉尘浓度变化

粉尘产生点有回风井、锅炉房、转运站、选厂等各工艺处，以及现有道路运输车辆产尘。通过“以新带老”，扩建工程建成前后粉尘排放量将由现有的316.42 t/a减小为51.67 t/a，粉尘排放削减量达264.75 t/a，输入区域内的粉尘量将大幅下降，从而落到冰川表面的粉尘量亦大幅下降，使得冰川表面反射率增高，冰川消融减少。

5 结语

1)扩建工程占用土地类型以裸地、冰川及永久积雪、采矿用地和天然牧草地等为主。本次工矿景观面积的扩大对整个评价区现有景观生态格局没有太大改变，项目开发建设期间将破坏原地貌，但是从整个评价区范围来看，在采取边开发边恢复、对扰动区域进行治理等措施后，可以将其对生态环境的影响降到较低水平。运输平硐工程进出口施工期对地表扰动及景观的影响较小。

2)本次工程造成地表植被破坏的主要为台状蚤缀、点地梅垫状植被和线叶蒿草草甸，占地面积为5.08 hm2，在整个评价区中比例极小。因此，项目建设不会造成这些物种在评价区域内的大量消失。

3)开采完毕后，土地利用结构变化较小，仅有部分牧草地转化为工矿用地。拟建项目开工建设后，部分区域自我调节能力降低，仅依靠生态系统的自我恢复是不能完全恢复的，因此需要采取人工干预，加速矿区生态系统改良；积极采取生态避免、减缓及恢复措施，将工程建设对生态环境的影响降到最低。

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Ecological Impact Prediction and Evaluation of an Iron Mine inXinjiang Based on ‘3S’ Technology

SHEN Yanke, ZHANG Linxin, ZHAO Xingwei, LUO Yong, LI Ruihong, WANG Li

(China Water Resources Beifang Investigation, Design and Research Co. Ltd., Hexi， Tianjin 300222, China)

Based on the GIS technology, the Landsat 5 TM remote sensing image in 2011 and the topographic map were used to survey and evaluate the ecological environment in an iron mine in Xinjiang.The results showed that the ecological impacts of construction and running of projects mainly reflected on land use, vegetation, ecological landscape and glacier. Bare land, glacier, mining area and grass land were the major land types used for project contruction. The main vegetation were Arenaria musciformis, Androsace tapete and Artemisia subulata. After the project running was finished, the change of land structure was not obvious, however, measures should be adopted to minimize the ecological impact of project construction and running.Key words: ‘3S’ technology; ecological impact evaluation; mining area construction; land utilization; vegetation type; landscape; change of glacier

‘3S’ technology；ecological impact evaluation; construction of mining area; land use；vegetation；ecological landscape; change of glacier.

2017-03-24.

申彦科(1984-)，男，山西长冶人，工程师.主要从事环境影响评价.

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.03.003

S718.557；P208；P288.4；S771.8

A

1671-3168(2017)03-0009-04