矿山废弃地生态修复中3S 技术的应用

徐 丹，蒋 磊，于巾萃

（山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014）

矿山在开采的过程中，由于开采手段不当、开采过程没有设置规范标准等因素存在，常常造成矿山结构、土壤等受到严重的破坏，严重者甚至影响矿山企业的可持续发展[1]。矿山开采能够有效促进该区域甚至周围区域的经济发展速度，但在开采的过程中，会加剧生态环境的破坏，使得原本脆弱的生态受到威胁，进一步会造成大面积废弃地的产生，形成不可逆转的局面。

3S 技术是将遥感技术、全球定位技术和地理信息技术相结合的一项新兴技术手段，将3S 技术应用到矿山生态环境综合治理当中，将传统修复治理观念改变，同时通过对矿山进行三维景观建模，能够进一步为矿山企业提供更加科学、合理的开采依据和手段，具有十分重要的现实意义。基于此，本文在矿山废弃地生态修复当中，引入3S 技术，开展对其深入研究。

1 基于3S技术的矿山废弃地生态修复方法设计

1.1 确定矿山废弃地生态修复指数

利用3S 技术，构建矿山废弃地的遥感生态指数模型，根据废弃地区域的湿度、干度、热度以及绿度，四个维度对该区域的生态优劣程度进行判断。

为方便判断，分别从四个维度当中，提取其中具有代表性的指标参数，分别为土壤湿度指数、裸土指数、地表温度以及植被覆盖率[2]。结合遥感生态指数模型当中的影貌变换功能，从其图像当中获取到形影的数据信息，并按照如下公式进行计算：

公式（1）中，Wet 表示为土壤湿度指数；anρn 表示为在遥感生态指数模型中，不同波段下对应的反应率；NDSI表示为废弃地裸土指数；SI 和BI 分别表示为该废弃地干度指数和建筑指数；T 表示为地表温度；gain 表示为废弃地区域内的地表增益指数；DN 表示为废弃地在模型当中的灰度指数；bias 表示为废弃地地表偏置值；NDVI 表示为植被覆盖率；ρx表示为遥感生态指数模型当中，相应的近红外波段；ρr表示为模型当中的红外波段反射率。按照上述公式进行计算，假设矿山废弃地生态修复指数为K，则K 的数值应为上述各项指标之和，即：

按照上述公式，完成计算得到矿山废弃地生态修复指数，并根据指数不同数值，为后续综合修复治理提供参考。

1.2 基于3S 技术的矿山废弃地生态综合治理

针对矿山废弃地现存生态问题，结合3S 技术，首先通过ArcGIS 软件完成对废弃地现场采集到的各项数据进行转化、处理以及图幅打印等任务[3]。其次，再利用MapXtreme Java 软件，将其作为地理信息的发布平台，构建B/S 结构的微生物复垦监测及评价体系，初步完成对废弃地各类微生物复垦信息的管理、统计以及发布。同时，还可进一步利用地理信息技术，辅助人工神经网络，对废弃地的整体结构进行优化设计。建立矿山废弃地修复信息管理平台，并在此基础上，利用DTM 建模软件，将废弃地修复模型构建，组织土壤特性数据，完成在虚拟环境下对废弃地修复[4]。利用地理信息技术，将遥感影像以及数字模型结合，将其应用于对矿山废弃地的测绘、三维仿真当中，同时将排土场作为主要检测对象，结合景观生态理论，在完成修复后，按照矿山废弃地植被的覆盖范围以及地形特征，对其模型中的斑块进行比对，找出存在缺陷问题区域，并对该区域进行集中修复，以此完成对矿山废弃地生态修复。

1.3 建立矿山废弃地生态修复补偿机制

为进一步确保修复的有效及高质量，综合上述矿山废弃地生态修复综合治理，建立相应的修复补偿机制。将本文上述矿山废弃地生态修复指数作为数据基础，按照综合治理方法完成修复后，再次按照公式（1）和公式（2）进行计算，得出修复后的废弃地生态修复指数。将修复后的指数与修复前的指数相减，若数值为正，则说明修复方法有效，修复方案对于该矿山废弃地生态修复具有积极促进作用。若数值为负，则说明修复方法无效，修复方案对于该矿山废弃地生态修复具有消极作用，需要重新设置合理的生态修复方案[5]。由于上述综合治理是在虚拟环境下完成，因此不需要消耗多余的修复成本。

在模型当中，通过上述操作，最终得出合理的修复方案后，再将相应的修复手段、技术等应用于实际，以此既可以保证最佳的修复效果，同时还能够合理控制修复成本的支出。

2 实验论证分析

为验证本文提出的基于3S 技术的矿山废弃地生态修复方法在实际应用中是否具有更高的应用效果，将其与传统矿山废弃地生态修复方法进行对比。选择某地区经过长期开采出现严重生态问题的矿山废弃地作为实验对象，将该废弃地划分为两块规格均为100m×100m 的区域，分别利用本文提出的修复方法和传统修复方法对该区域进行综合治理，完成对比实验。

为保证实验结果具有可对比性，选用本文上述提出的矿山废弃地生态修复指数作为对比指标，将通过两种方法完成修复的区域按照公式（1）和公式（2）进行计算，并设置修复完成后的最佳效果为1.000。以此判断两种修复方法的综合应用效果。将计算结果记录如表1 所示。

表1 两种修复方法实验结果对比表

根据表1 中的数据可以看出，本文修复方法生态修复指数明显高于传统修复方法生态修复指数。同时，随着修复面积的不断增加，传统修复方法的生态修复指数出现了明显的下降趋势，说明传统修复方法修复面积越大，最终得到的修复效果与理想修复效果相差更远。而本文提出的修复方法不会受到修复面积的变化影响以及周围其他因素的影响，可以保证更加稳定的修复效果。

同时，本文修复方法中应用了3S 技术，能够结合现代技术，以构建模型的方式在修复前，完成虚拟修复，并将最终最佳的修复方案应用到实际，可以进一步降低修复成本的支出。

因此，通过实验证明，本文提出的基于3S 技术的矿山废弃地生态修复方法可以有效提高对废弃地的修复质量，为矿山企业的可持续发展提供技术支撑。

3 结语

通过本文上述提出的矿山废弃地生态修复方法，可以有效实现对废弃地的合理利用，但由于矿山废弃地具有一定的复杂性，同时修复技术手段仍然处于初级阶段，因此在后续的研究中还将深入研究3S 技术在矿山废弃地潜力、适宜性评价中的应用，以期为3S 技术在矿山领域中的应用提供有利推广。