广东省矿山环境恢复治理遥感监测及评价

2022-08-18李思发卢定彪黄广才

北京测绘 2022年7期

韦瑾李思发卢定彪黄广才安全

(贵州省地质调查院, 贵州贵阳 550000)

0 引言

矿产资源的开发利用推进了人类社会和经济的发展,然而,矿产资源开发过程中对矿山空间造成了破坏[1],使得矿山及其周边环境变得脆弱不堪[2]。对此,各地相继开展了矿山环境恢复治理工作[3]。因此,对矿山及时准确的动态监测及科学评价能为矿山生态修复调查平台建设[4]、数据更新、技术研发、标准制定等提供重要参考。目前,矿山环境恢复监测及评估工作已广泛开展[5-7]。此前的矿山地质环境恢复监测评估普遍采用地面人工巡查、无人机航飞遥感等方式进行,在时间和效益上很难满足各管理部门对生态恢复治理的需求[8]。随着遥感技术的日益发展,依托高分辨率数据精度优势,结合传统地质调查工作特点,就能实现对矿山环境恢复、治理工程的动态监测和科学评价[9-10]。

本文以广东省为例,采用遥感(remote sensing,RS)与地理信息系统(geographic information system,GIS)相结合的技术方法,以多种高分辨率遥感数据为基础,结合野外踏勘及以往资料建立了广东省矿山环境恢复治理的遥感解译标志,依据解译标志,辅助最新矿业权数据、基础地理地质数据等,提取了研究区内矿山恢复治理专题信息,对广东省矿山环境恢复治理情况进行了大尺度、高精度的遥感监测,通过对监测结果的综合评价分析,指出了存在的问题并给出了相应的建议,为其他地区矿山环境恢复治理提供经验,也能为政府管理决策、绿色发展指数统计提供可靠的参考数据。

1 研究区概况

广东省位于我国最南部,地处北纬20°13′～25°31′和东经109°39′～117°19′之间,陆域面积1.798×105km2,占全国陆城总面积1.87%,全省下辖21个市。其成矿地质条件优越,矿产资源丰富,是我国华南地区矿产资源重要的聚集区之一。截至目前,全省范围内探明矿产130余种,其中含金属矿产、非金属矿产及能源矿产等。金属矿产中,铅锌矿储量位居全国首列;能源矿产方面,铀矿储量相当可观;硫铁矿、石膏、瓷土、水泥用灰岩、饰面用大理岩是该省传统非金属矿产,其中硫铁矿、石膏始终是主要出口矿产,而瓷土和饰面用石材是该省的主要建筑材料、陶瓷和建筑板材的主要原材料,涂布级高岭土、硅藻土、硅灰石是近年来查明资源非常丰富的非金属矿产。茂名和湛江是我国主要的高岭土生产基地之一。全省规划重点生态环境保护区150余个,其中重点治理区域10余处。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

2.1.1遥感数据

本文使用的遥感数据是中国自然资源航空物探遥感中心提供的高空间分辨率遥感影像数据(3E级产品,即经正射、精校正、镶嵌,并按行政区裁剪后的影像数据),以此数据为基础来对矿山环境恢复治理情况进行监测,使用2018年和2019年两期遥感影像,覆盖范围为广东省全域。影像数据主要涉及ZY3、GJ-1、GF-1、GF2、GF-6、P1、SPOT6、KS2等卫星数据。其中,ZY3空间分辨率为2.1 m、GF-1和GF-6空间分辨率为2 m、SPOT6空间分辨率为1.5 m、GF-2和KS2空间分辨率1 m、GJ-1和P1空间分辨率为0.5 m。各卫星影像空间分辨率均优于2.5 m,符合矿山环境遥感监测技术规范要求。此外,为了更好地展示提取的信息,文章在基于不同分辨率遥感影像解译信息制图时选取了不同的比例尺。通常,优于1 m分辨率的影像采用1∶2 000比例尺,其余影像采用1∶10 000比例尺。

2.1.2矿业权数据

本文除遥感数据外还使用了中国自然资源航空物探遥感中心提供的最新矿业权数据,用于定位矿山范围。广东省共设置采矿权2 473个,矿种涉及建材及其他非金属矿产、冶金辅助原料非金属矿产、化工原料非金属矿产、能源矿产、水气矿产、黑色金属矿产、有色金属矿产、贵重金属矿产、稀有稀土分散元素金属矿产和特种非金属矿产等10类,分别为1 964个、44个、18个、114个、150个、64个、72个、24个、19个、4个,其中以建材及其他非金属矿产、水气矿产、能源矿产矿权数量最多。

2.2 研究方法

2.2.1遥感解译标志建立

矿山环境恢复治理监测信息提取的前提和关键是解译标志的建立。根据本文工作的内容,对矿山环境恢复治理情况建立了解译标志。矿山环境恢复治理情况又包括工程恢复和自然恢复两类。矿山环境工程恢复治理主要指通过工程对废石、采坑等采取平整、回填、覆土等工程防治措施[11],一般分为草地、林地、耕地、园地、公共设施、水域、住宅、交通等地物类型。矿山环境自然恢复主要指矿山关闭后,废弃矿山的松散裸露面逐步趋于稳定、植被自然恢复,一般分为草地、灌木和水坑三大类。草地、林地、耕地是广东省典型的工程恢复地物,草地和水坑是广东省典型的自然恢复地物,其余地物在广东省矿山恢复治理中占比较小,不具有典型性,本文仅选取了典型地物类型的解译标志进行展示。

各类型恢复模式地物都有其各自的解译特征,整体来说工程恢复类地物普遍纹理较规则,轮廓清晰,人工痕迹明显[12](表1)。

表1 广东省矿山环境工程恢复典型地物解译特征

自然恢复在影像上纹理较为杂乱,轮廓不规则，颜色不均匀(表2)。

表2 广东省矿山环境自然恢复典型地物解译特征

2.2.2矿山恢复治理专题信息提取

本次遥感监测解译工作主要通过目视解译的方法来完成,建立了解译标志之后,在ArcGIS10.2平台叠加高分辨率遥感影像及最新矿业权矢量数据,采用RS和GIS一体化的方式来提取广东省矿山环境恢复治理专题信息。

专题信息包括对矿山环境恢复治理的现状调查和动态监测。矿山环境恢复治理现状调查主要从以下几个方面来进行：调查矿山占损面积;调查矿山地质环境恢复治理区域面积;调查矿山地质环境恢复治理模式;调查矿山地质环境恢复治理区域恢复治理前的矿山地物类型及面积、恢复后的地物类型及其面积;调查矿山地质环境恢复治理区域恢复治理前的矿山矿产种类及面积、恢复后的面积。矿山环境恢复治理动态监测主要是对恢复治理变化情况的调查,主要调查内容为新增恢复前的矿山地物类型、恢复后的地物类型、新增恢复治理面积。

2.2.3野外调查

为了验证矿山恢复治理专题信息提取的可靠性,根据矿山分布情况,矿产类型、地物类型、野外调查路线等抽取了典型矿山,于2020年3月到12月期间,分别赴这些典型矿山进行野外调查,实地核查有疑问的信息、补充遗漏的信息、修改误提信息。

2.2.4矿山恢复治理评价

本文通过矿山治理率来评价矿山环境恢复治理力度,计算方式如式(1)所示。

(1)

式中,ε为治理率;S为2019年矿山恢复治理面积;S′为2019年矿山占地面积。

3 结果与分析

截至2019年底,广东省矿山恢复治理面积129.89 km2,矿山占损面积690.99 km2,矿山占地面积820.88 km2,整体治理率约为15.82%。矿山环境恢复治理面积整体呈增长趋势,2019年度新增恢复面积为6.96 km2。

3.1 不同治理模式下矿山恢复治理成效评价

广东省共解译出5 182个矿山恢复治理点,其中,自然恢复治理点3 072个，工程恢复治理点2 110个。自然恢复治理点数量约是工程恢复治理点数量的1.46倍。自然恢复总面积约是工程恢复的1.04倍(表3)。

表3 广东省不同治理恢复治理成效

3.2 不同地物类型矿山恢复治理成效对比

广东省矿山恢复治理前主要涉及采场、矿山建筑、中转场地、固体废弃物、连带治理(其他土地)5种地物类型;广东省矿山恢复治理后主要涉及林地、草地、水域、公共、住宅、园地、耕地、交通、其他这9种地物类型。截至2019年底,9种地物类型按矿山恢复治理面积由大到小依饮为：林地、草地、水域、公共、住宅、园地、耕地、交通、其他,分别为36.13 km2、33.54 km2、33.02 km2、12.25 km2、8.10 km2、3.49 km2、1.78 km2、0.85 km2、0.74 km2。

3.3 不同矿产种类矿山恢复治理成效对比

广东省矿山恢复治理主要涉及能源、黑色金属、有色金属、稀有稀土、冶金辅助原料、化工原料、建材及其他非金属7个矿产种类,按所属矿产大类,可分为金属矿产、非金属矿产和能源矿产。截至2019年底,各矿种恢复治理总面积由大到小排序依次为非金属类矿山、金属类矿山、能源矿山;治理率由高到低排序依次为非金属类矿山、能源矿山、金属类矿山(表4)。

表4 广东省不同矿产种类矿山恢复治理成效

3.4 不同地级行政区矿山恢复治理成效对比

根据各地级行政区矿山环境恢复治理力度统计,排名前十的地级行政区由大到小依次为：深圳市、东莞市、湛江市、广州市、茂名市、中山市、江门市、汕尾市、潮州市、佛山市;治理率分别为64.17%、51.16%、37.23%、37.21%、21.15%、20.79%、20.72%、19.45%、15.80%、14.76%。大部分市治理率在10%～20%之间,深圳市、珠海市和广州市治理率最高,清远市、河源市和韶关市治理率不足10%(图1)。总的来说,除湛江市和广州市外,矿山占地面积越大,治理率越高。

图1 广东省各市矿山恢复治理成效

4 讨论

本文以广东省为对象,就其矿山环境恢复治理成效进行监测和评价,这是对现有广东省矿山环境恢复治理评价研究的补充,在一定程度上弥补了相关研究的不足,同时也能为广东省矿山恢复治理提供必要的参考依据。研究结果主要揭示了四点：

(1)就治理模式而言,广东省自然恢复治理点是工程恢复治理点的1.46倍,而自然恢复的面积仅是工程恢复面积的1.04倍,说明了工程恢复的周期更短,恢复速率更快,而自然恢复周期更长,恢复速率更慢。与前人的研究结果一致[13]。

(2)就地物类型而言,林地、草地和水域三类地物的恢复总面积远高于其他类型地物。这是由于广东省的气候条件独特,常年降雨充沛,有利于林地、草地等作物的生长[14],以及天然水坑的形成。

(3)就矿产种类而言,金属类矿山的治理率远低于非金属类和能源类矿山,这是因为金属类矿山恢复难度相较其他矿山更大。金属类矿山开采方式多对土壤组成、结构、水分、养分都有不同程度的破坏[15],废弃地缺乏足够的氮磷钾等无机物[16],复垦难度较大[7],其生态修复技术门槛相对于非金属矿山更高[17]。

(4)就行政区而言,矿山占地面积越大,治理率越低。治理率最高的深圳市、东莞市和广州市矿山占地基数较小,整体恢复治理难度相对其他市较小;治理率最低的清远市、河源市和韶关市矿产资源较丰富[18],矿山占用土地较多,恢复治理难度更大;湛江市治理率相比占地面积相近的韶关市和惠州市,治理率高出了一倍多,这是因为湛江市以非金属矿产居多,治理难度更小,治理率更高;广州市治理率相比占地面积相近的潮州市和汕尾市,治理率高出近一倍,原因是广州市作为广东省的省会城市,对生态文明建设的要求更高,投入的资金和政策更多[19],所以治理率也就更高。