国土资源遥感, 2020, 32(3): 216-221 doi: 10.6046/gtzyyg.2020.03.28

矿山遥感调查专栏

基于国产高空间分辨率卫星数据的浙江省矿山环境恢复治理典型模式分析

汪洁,1, 刘小杨1, 杨金中1, 周英杰1, 安娜1, 王志晖2

1.中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083

2.中国地质大学(北京)土地科学技术学院,北京 100083

Typical model analysis of mine geological environment restoration and management in Zhejiang Province based on domestic high-resolution satellite data

WANG Jie,1, LIU Xiaoyang1, YANG Jinzhong1, ZHOU Yingjie1, An Na1, WANG Zhihui2

1. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resources, Beijing 100083, China

2. School of Land Science and Technology, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China

责任编辑: 张仙

收稿日期: 2019-06-6   修回日期: 2019-09-3   网络出版日期: 2020-09-15

基金资助: 中国地质调查局项目“全国矿山开发状况遥感地质调查与监测”.  202012000000180606
“全国矿山环境恢复治理状况遥感地质调查与监测”.  202012000000180007

Received: 2019-06-6   Revised: 2019-09-3   Online: 2020-09-15

作者简介 About authors

汪洁(1985-),女,硕士,高级工程师,主要研究方向为矿山环境遥感监测。Email: wangsnow2008@163.com。

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摘要

以2016年和2017年获取的2年高空间分辨率卫星影像数据为信息源,对浙江省矿山环境恢复治理情况进行了遥感调查与动态监测。采用国产卫星遥感解译和野外调查的方法,摸清了浙江省矿山恢复治理的现状,根据遥感监测结果和对矿山环境的影像特征总结划分了生态恢复模式、工业园区模式、农用造地模式、景观改造模式、灾害整治模式、综合治理模式6大模式,对其他地区矿山环境恢复治理工作具有借鉴、推广意义。

关键词： 国产高分卫星 ; 遥感监测 ; 矿山恢复治理 ; 典型模式

Abstract

Based on the two-year high-resolution satellite image data acquired in 2016 and 2017, the authors carried out remote sensing investigation and dynamic monitoring of mine geological environment restoration and management in Zhejiang Province. By using the method of interpretation and field investigation by domestic satellite remote sensing, the status quo of mine restoration and management in Zhejiang Province was clarified. According to the results of remote sensing monitoring and impact characteristics, six models were summarized and classified: ecological restoration model, industrial park model, agricultural land-making model, landscape transformation model, disaster management model and comprehensive management model. These six models can be used for reference and promotion of mine geological environment restoration and management in other areas.

Keywords： domestic high-resolution satellite ; remote sensing monitoring ; mine recovery and treatment ; typical model

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本文引用格式

汪洁, 刘小杨, 杨金中, 周英杰, 安娜, 王志晖. 基于国产高空间分辨率卫星数据的浙江省矿山环境恢复治理典型模式分析. 国土资源遥感[J], 2020, 32(3): 216-221 doi:10.6046/gtzyyg.2020.03.28

WANG Jie, LIU Xiaoyang, YANG Jinzhong, ZHOU Yingjie, An Na, WANG Zhihui. Typical model analysis of mine geological environment restoration and management in Zhejiang Province based on domestic high-resolution satellite data. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES[J], 2020, 32(3): 216-221 doi:10.6046/gtzyyg.2020.03.28

0 引言

多年来,我国大力推进生态环境保护,把生态文明建设融入到经济建设和社会建设的各个方面。从21世纪初起,原国土资源部、中国地质调查局先后启动了“矿山开发状况遥感调查与监测”、“矿山环境状况遥感监测”等项目,凸显了对矿山环境恢复治理调查工作的高度重视。

与传统的矿山环境监测手段相比,遥感技术具有成本低、时效性强、监测范围广等优势。诸多学者也针对实际问题提出了一系列矿山环境保护和恢复治理的措施和建议。杨显华等[1]利用SPOT6数据对四川省西南部的冕宁牦牛坪稀土矿区开展了矿山环境综合治理区划研究; 姚维岭等[2]利用WorldView等数据对山东省矿山环境恢复治理进行了动态监测; 黄芳芳等[3]对广西平乐锰矿废弃地进行研究并提出了生态恢复治理对策; 陈琪等[4]利用IKONOS数据研究了云南某金矿矿集区的矿山环境恢复与治理规划; 王海庆等[5]通过不同期次遥感图像对比,探讨西藏日喀则矿山环境恢复治理的效果。但综观已有研究,利用国产高分影像数据对矿山环境恢复治理的研究比较少,关于浙江省矿山恢复治理方面的研究更是不多见。“绿水青山就是金山银山”这一科学论断是习总书记首先在浙江省提出的,浙江省的矿山恢复治理一直走在全国前列。因此,本文以浙江省为研究区,利用遥感技术监测浙江省的环境恢复治理情况,并分析浙江省的环境恢复治理模式,以期为全国的矿山环境恢复治理提供一定的参考。

1 工作区概况与数据源

1.1 工作区概况

浙江省目前已发现的各类金属、非金属矿产共60余种,较重要的矿产有绍兴漓渚铁矿和长兴、建德等地的石灰岩等。某些矿山长期的露天开采,对矿区和周围的地质环境造成了一定程度的破坏,生态平衡和稳定性遭到影响,也易导致滑坡、崩塌、水土流失等生态环境问题[6,7,8,9,10,11]。随着生态文明和美丽浙江建设的大力推进,浙江省加大矿山生态环境恢复治理和土地复垦,全面推动矿业绿色发展。

1.2 数据源

为了研究恢复治理效果,本文利用2016年和2017年2年度浙江省土地变更调查与遥感监测数据为数据源,使用高景一号(GJ-1)、北京二号(BJ-2)、高分二号(GF-2)等多源国产高分辨率卫星影像进行遥感动态监测。本文主要数据源参数如表1所示。

表1   主要数据源参数

Tab.1  Primary data source parameter

数据类型辐射量
化级/bit		空间分辨率/m扫描幅
宽/km		卫星重访
周期/d		光谱波段/nm
全色多光谱蓝光绿光红光近红外全色
GJ-11120.5124630~690520~590450~520770~890450~890
GF-21541455450~520520~590630~690770~890450~900
BJ-21041241440~510510~590600~670760~910450~650

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2 工作方法

本文根据相关数据特征对遥感影像进行了正射校正、基于最佳指数的假彩色合成、图像配准、图像融合、图像镶嵌等一系列预处理研究,选择出最适合矿山恢复治理信息提取的预处理方案; 在此基础上,结合野外踏勘,建立矿区恢复治理解译标志,分别运用目视解译和面向对象自动提取技术提取矿山环境恢复治理信息,并对提取结果进行了对比验证[12,13,14,15]。图1为本次工作的技术流理。

图1

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图1   技术流程

Fig.1   Technical flow chart


3 遥感监测结果与分析

通过遥感解译与实地核查,结果表明: 全省共解译出矿山环境恢复治理面积7 839.95 hm2,其中恢复治理采场面积最大,为6 483.4 hm2,占治理总面积的82.70%。具体情况如表2所示。

表2   矿山环境恢复治理情况统计

Tab.2  Statistics of mine geological environment restoration and management

类型面积/hm2占比/%
恢复治理采场6 483.4082.70
中转场地1 094.6613.96
固体废弃物153.621.96
矿山建筑14.990.19
地质灾害72.300.92
连带治理20.980.27
合计7 839.95100.00

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4 治理模式分析

通过遥感动态监测的结果对比分析,结合浙江省自然地理、地形地貌、矿产资源分布等情况,将浙江省的矿山环境恢复治理模式分为生态恢复模式、工业园区模式、农用造地模式、景观改造模式、灾害整治模式和综合治理模式共6种模式。

4.1 生态恢复模式

生态恢复模式即针对矿山开采造成的土地资源破坏和次生地质灾害效应较严重的矿区进行治理,使其地质环境达到稳定、灾害风险降低、生态得到恢复。该模式主要特点为: 对露天采坑进行台阶式削坡,然后覆土绿化。从遥感监测结果看,生态恢复模式是浙江省应用最广泛的矿山环境恢复治理模式。

图2为位于宁波市鄞州区梅墟街道上王村的上王村龙山废弃矿山,2016年仍在开采,可以清楚看到采石场和矿坑破坏山体,严重影响形象。通过遥感监测发现,2017年已停采,完成恢复治理面积1.19 hm2,正在恢复治理15.29 hm2。恢复治理措施是先对采石场进行削坡、清坡工程,然后喷撒植被护坡。野外调查发现,该采石场北部已基本复绿,坡面上长有绿草,坡面坚固平缓。其余地方正在进行削坡工程。

图2

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图2   上王村龙山废弃矿山遥感影像及实地照片

Fig.2   Remote sensing image and field photo of Longshan waste mine in Shangwang Village


4.2 工业园区模式

工业园区模式主要针对近城区的大型露天开采矿山遗留的采场或中转场地实施。因为这些地方往往交通较为便利,工程建筑物较多,可就地取材,进行改造。该模式主要特点为: 对矿山原占地进行拓展,赋予其全新的功能。

图3为位于湖州市吴兴区埭溪镇的板庄山石矿,2016年开始进行恢复治理,打造中国的美妆小镇。遥感监测显示,该石矿目前已恢复治理面积达28.29 hm2。主要恢复治理措施是通过稳定边坡,辅助工程建设,进行复绿和养护等,以修复矿山创面和生态环境。野外调查显示,目前整个项目即将完工,届时将成为具有美妆特色的边坡治理样板工程。通过对废弃矿山的整治,保护了绿水青山,也吸引了一大批企业投资者,堪称矿山恢复治理的典范。

图3

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图3   板庄山石矿遥感影像及照片

Fig.3   Remote sensing image and field photo of Banzhuang Mountain stone mine


4.3 农用造地模式

农用造地模式主要是针对有一定规模的、具有复垦潜力的矿山进行综合治理,使其满足农用耕地要求,不仅优化了生态环境,也能使土地再利用、提高土地利用价值,给当地带来经济效益。该模式主要特点为: 对压占的土地进行开挖、回填、平整,最后复垦。

图4为位于湖州市长兴县和平镇东山村及城山村的虹东石子厂影像。该厂原有5个采矿权,采石形成了若干矿坑,形成大量积水。遥感监测发现,2017年该区恢复治理面积高达47.24 hm2。除了对边坡进行复绿外,还将山脚下的土地进行复垦,将开挖出的淤泥填埋矿坑作为新的种植区,预计复垦46 hm2。野外调查发现,该地正在进行复垦工作,目前已种植了第一批农作物。

图4

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图4   虹东石子厂遥感影像及实地照片

Fig.4   Remote sensing images and field photos of Hongdong stone factory


4.4 景观改造模式

景观改造模式主要针对大型矿山采场(坑、硐)、加工场等进行治理,采用景观设计、再造手法,经过合理转变将原本废弃的矿山变为旅游资源加以利用。该模式主要特点为: 对矿区进行工程治理、植被修复,达到美化环境、改善矿区生态条件的效果。

图5为位于宁波市北仑区春晓镇爬山岗的牛头颈山石矿,当地利用废弃矿山的独特地势,建成了全球唯一的高山台地赛车场。遥感监测发现其已完成恢复治理面积60.06 hm2。宁波市是典型的软土地基地区,路面易沉降,而废弃矿山已经是基岩层,完全不必担心地面沉降,有利于赛车道的建设和维护。2017年10月14日,宁波国际赛车场迎来了首秀,产生了很好的经济和社会效益。

图5

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图5   牛头颈山石矿遥感影像及实地照片

Fig.5   Remote sensing images and field photos of Niutoujing rock deposit


4.5 灾害整治模式

灾害整治模式主要针对矿山开采引发的地质灾害而展开的恢复治理措施,主要的矿山地质灾害有崩塌、滑坡、塌陷等。以地质灾害治理和复垦治理为基础,注重矿山废弃地在治理中的整体性,以及与周围环境的和谐一致。该模式主要特点为: 对矿区内的地质灾害进行治理,使矿山废弃地内的资源、环境得以再生。

图6为位于绍兴市的漓渚铁矿,该铁矿从1959年至今已有几十年的开采历史,给绍兴市乃至浙江省经济都做出过重大贡献,但长期的开采也导致了地面塌陷,塌陷区面积达71.73 hm2。2017年遥感监测显示,漓渚铁矿对塌陷区已进行恢复治理。野外调查发现,塌陷区内建筑仅剩残壁,旁边有围栏和塌陷区标识,塌陷区土地回填并已平整,平整区有恢复植被,其长势已与周围植被基本一致,还有为种植蔬菜和农作物的水利设施,对矿山安全、水土保持、土地复垦和环境保护具有很大意义,保持了当地生态环境的完整性。

图6

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图6   漓渚铁矿遥感影像及实地照片

Fig.6   Remote sensing images and field photos of Lizhu iron mine


4.6 综合治理模式

综合治理模式是采用多种治理类型相互结合为一体的模式。即开展花园式矿山建设,着力发展循环经济,加强综合开发与高效利用,加大矿山生态环境恢复治理和土地复垦。该模式主要特点为: 边开采边治理,走矿山开发与保护生态的可持续发展道路。

图7为位于湖州吴兴区东林镇的新开元石矿,该石矿是首批国家级绿色矿山试点单位。遥感监测显示,2017年新开元已恢复治理面积51.22 hm2。野外调查发现,新开元石矿开发了一整套绿色开采技术,粉碎、加工、冲洗、输送是一个全封闭机组,基本无粉尘污染。边坡复绿采用喷盖草籽、营养泥的方法种入植被。污水回收率高达96.8%,污水处理的残留淤泥用于回填和复绿。尾矿回收后,用于制造透水砖、紫砂壶、保温砖、发光砖等。

图7

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图7   新开元石矿遥感影像及实地照片

Fig.7   Remote sensing images and field photos of Xinkaiyuan mine


5 结论

本文利用国产高空间分辨率卫星数据,对浙江省矿山环境恢复治理进行了动态监测,并对浙江省恢复治理模式进行分析,主要研究结果如下:

1)不同空间分辨率、不同时相的国产高空间分辨率卫星数据组合应用,能够很好地监测矿山恢复治理的动态变化,可根据实际业务需要选择合适的卫星数据,在满足应用的前提下节省成本。

2)本文提出了一条可行的基于国产高空间分辨率卫星数据的矿山环境恢复治理遥感监测技术路线,摸清了浙江省矿山恢复治理详细情况和动态变化,并将浙江省恢复治理模式概括归纳为生态恢复模式、工业园区模式、农用造地模式、景观改造模式、灾害整治模式、综合治理模式6大模式,对其他地区矿山环境恢复治理工作具有很好的借鉴、推广作用。

参考文献

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基于高分辨率遥感数据的矿山环境综合治理研究——以冕宁牦牛坪稀土矿为例

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针对我国社会重点关注的矿山环境治理问题,使用高分辨率遥感数据,选择位于四川省西南部的冕宁牦牛坪稀土矿区开展了矿山环境综合治理区划研究。采用SPOT6卫星图像遥感解译和野外调查相结合的方法,准确查明该矿区的矿山土地压占、矿山地质灾害、矿山环境污染、尾矿库分布、矿山恢复治理和矿山开采点等状况; 根据建立的矿山环境综合分析方法,对该矿区遥感调查结果进行综合分析,并在此基础上开展矿区恢复治理区划,提出治理对策与建议。研究结果表明: 本次研究成果数据客观、及时、准确,可为国家有关部门进行矿山保护治理工作部署提供依据,同时对促进矿山遥感监测工作成果的推广应用具有积极意义。

Yang X H, Huang J, Tian L, et al.

A discussion on comprehensive governance of mine environment based onhigh resolution remote sensing data:A case of Maoniuping REE deposit,Mianning County

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矿产资源开发利用导致环境问题日益严重,为了给《矿产资源总体规划(2008-2015)》(简称二轮规划)方案的动态调整提供可视化的信息参考,为"矿山复绿"行动提供基础信息。该文以云南省元阳某金矿矿集区为试验区,利用GIS和遥感技术,提取该区矿业开发信息,结合自然地理和基础地质等资料,采用网格法对该区矿山地质环境进行评价,根据评价结果探索性地开展了矿山环境恢复与治理规划方案研究。结果表明,该方案比二轮规划方案更为合理可行。

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Environmental recovery and management planning based on RS and GIS techniques:A case study of the Yuanyang gold mining area in Yunnan Province

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