霍林郭勒矿区高分卫星生态复垦监测示范应用

文|李思慧 邢洋 李伟 李巍巍

通辽市气象局/高分卫星内蒙古通辽分中心

一、前言

霍林郭勒市为内蒙古自治区辖县级市，由通辽市代管，位于大兴安岭南麓，在科尔沁草原腹地，是一座因煤而建、缘煤而兴的新兴工业城市。境内的霍林河煤田，是我国现代化生产程度最高的大型露天煤矿，是全国五大露天煤矿之一。

霍林河露天煤矿在2018 年6 月中央环保督察组检查中暴露出生态恢复治理严重滞后的问题，需要对露天煤矿加强管理，对违法违规行为严格执法。要全面掌握多年来霍林河煤矿生态状况，遥感无疑成为一种有效手段。为科学直观地反映霍林郭勒矿区范围变化及生态修复情况，为自然资源、生态环境等部门监督、监管提供科学依据，为政府决策提供科学支撑，高分卫星内蒙古通辽分中心从2018 年开始，连续5 年对霍林郭勒市及矿山重点区域生态恢复持续开展遥感监测与评估。利用包括高分卫星数据在内的多源卫星遥感数据，结合霍林河矿区本底调查等地面资料，对气象条件、植被覆盖度及其生态复垦状况进行综合分析。利用高分一号、高分六号卫星，通过融合技术，得到2m 空间分辨率多光谱影像，直观反映生态复垦区域真实状况，为霍林郭勒矿区范围变化及生态修复提供数据支撑。

二、示范应用

针对霍林河露天煤矿生态恢复治理滞后问题，通辽市确立了“一年大变样，三年彻底整改”，打造我国高寒地区“绿色矿山标杆”的整改目标。为全面掌握多年来霍林河煤矿生态状况，卫星遥感再次成为科学、有效、快速的评估评价手段，并持续对矿山生态恢复进行监测评估。目前已连续5 年开展此项工作。

1.植被覆盖度监测：波动增加，植被结构持续改善

高分一号卫星为高分专项首发星，配置了2台2m 分辨率全色/8m 分辨率多光谱相机，4 台16m 分辨率多光谱宽幅相机，全色谱段波长范围0.45-0.90μm，蓝色波段0.45-0.52μm，绿色波段0.52-0.59μm，红色波段0.63-0.69μm，近红外波段0.77-0.89μm。基于高分一号卫星影像近红外波段和红色波段反射率的值计算得到NDVI，利用像元二分模型求算植被覆盖度，开展霍林郭勒地区植被覆盖遥感监测。结果显示，霍林郭勒市植被生长状况持续改进，2020 年植被覆盖度较2018年、2019 年同期逐步增加；2020 年7 月植被覆盖度达到93.34%，较2018 年、2019 年同期分别增加2.92%、1.38%。去除城区及矿区等建设用地后，霍林郭勒市平均植被覆盖度达到98.08%。植被覆盖增加区域主要位于霍林郭勒市南、北露天煤矿矿区四周，可以看出复垦区域生态明显改善（见图1）。

图1 2018—2020 年霍林郭勒植被覆盖分布

霍林郭勒地区地处通辽市最北端，为大兴安岭余脉，整体植被覆盖度水平高于全市其他旗县。利用高分一号卫星影像，对霍林郭勒地区植被结构进行监测。将地表植被覆盖结构分为五个等级（劣、低、中、较高、高），根据2020 年7 月27日与2018 年、2019 年同期植被覆盖结构空间分布对比图显示，霍林郭勒市植被覆盖结构主要由低、高覆盖度向中、较高覆盖度转变，高覆盖度减少区域主要位于霍林郭勒市北部及西南部地区，低覆盖度减少区域则主要位于霍林郭勒市矿区周围，可以看出矿区主体范围逐年缩减，矿区生态复垦效果显著（见图2）。

图2 2018—2020 年植被覆盖结构空间分布

2.矿区面积监测：未呈现明显扩大

2013 年至2018 年，煤矿区域呈扩大趋势，部分恢复治理区植被覆盖度较低。

2018—2021 年复垦力度加大，生态复垦区域增加明显。利用高分一号、高分六号卫星数据，通过辐射定标、大气校正、图像融合对影像进行预处理，得到16m 和2m 的基础数据，通过对比2018 年7 月10 日、2019 年7 月8 日、2021 年8 月17 日三期遥感影像，结合实地调查，对矿区复垦进行对比分析。2018—2019 年为复垦经济投入最大一年，复垦进度最快。近年来各个矿区生态复垦区域呈现不同程度的增加，矿区未呈现明显扩大。整体来看，生态呈向好态势（图3）。

图3 2018—2021 年霍林郭勒市北露天煤矿遥感影像

三、结语

霍林郭勒生态复垦监测案例是在通辽高分中心筹备成立关键时间节点为地方政府决策部门提供的成功案例。通过卫星遥感监测，直观反映了霍林郭勒矿区生态复垦持续向好态势，为矿区范围生态修复提供了数据支撑。卫星遥感作为支撑地级市政府管理和行业应用的高科技手段，将逐步优化涵盖多领域、满足地方需求的应用业务，遥感监测服务更加有力；打造行业应用示范工程，完善产业应用技术标准促进科技成果转化，应用成效持续放大。后续，还将建设高速、高精度和大容量的遥感数据处理系统，全面提高数据保障能力。“千里眼”助力政府治理能力和治理水平现代化、精细化能力不断提升，为地方经济高效发展提供强有力的科技支撑。