基于高分一號衛(wèi)星遙感影像的礦區(qū)生態(tài)安全評價研究
——以井陘礦區(qū)為例

劉 劍 鋒，張 可 慧,馬 文 才

(1.河北省科學院地理科學研究所，河北 石家莊 050021；2.河北省地理信息開發(fā)應用工程技術研究中心，河北 石家莊 050021；3.河北省科學院，河北 石家莊 050081)

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基于高分一號衛(wèi)星遙感影像的礦區(qū)生態(tài)安全評價研究
——以井陘礦區(qū)為例

劉 劍 鋒1，2，張 可 慧1,馬 文 才3

(1.河北省科學院地理科學研究所，河北 石家莊 050021；2.河北省地理信息開發(fā)應用工程技術研究中心，河北 石家莊 050021；3.河北省科學院，河北 石家莊 050081)

根據(jù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的特點，以世界經(jīng)合組織(OCED)提出的“壓力-狀態(tài)-響應”(P-S-R) 框架理論為指導，構建了既適合遙感監(jiān)測技術定量評估又能較好表征礦區(qū)生態(tài)安全信息的評價指標體系，針對礦區(qū)開采地區(qū)空間地物的復雜性，提出了指標數(shù)據(jù)源遙感化的概念，基于“高分一號”衛(wèi)星遙感影像為主的多源、多時相、多分辨率遙感數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)了多尺度目標監(jiān)測與評價技術。以井陘礦區(qū)為例，進行礦區(qū)生態(tài)安全評價研究，評價結果符合實際情況，表明該研究可為維護礦區(qū)及其周邊生態(tài)環(huán)境的原生平衡、引導礦區(qū)資源的合理開采與利用提供技術支持。

高分一號；遙感；生態(tài)安全；礦區(qū)；指標體系；評價

0 引言

隨著人類社會對地球資源的不斷開發(fā)，生態(tài)環(huán)境的原生平衡不斷受到威脅，生態(tài)安全問題也日益凸顯。生態(tài)安全的研究愈來愈受到學術界、政府及公眾的廣泛關注，對生態(tài)安全概念的重新定義和擴展有了更多的研究和討論[1]，從而開展了許多生態(tài)安全的相關研究[2-9]。礦產(chǎn)資源是人類社會賴以生存和發(fā)展必需的物質(zhì)基礎，而日益增速的礦山開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境問題也愈發(fā)嚴重，礦區(qū)生態(tài)安全已成為生態(tài)安全的一項重要研究內(nèi)容。

礦山開發(fā)區(qū)域一般地形較為復雜、地物特征多樣，地物信息獲取不易，如果采用傳統(tǒng)的實地監(jiān)測方法，費時、費力又滿足不了實時監(jiān)測的要求。近年來，3S及空間數(shù)據(jù)庫技術的快速發(fā)展為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的相關研究提供了新的數(shù)據(jù)來源和技術手段，可及時、大范圍地監(jiān)測礦區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況，具有傳統(tǒng)方法難以比擬的優(yōu)勢。相關研究中，馬玲[5]采用SPOT-5圖像和Quick Bird圖像對攀枝花釩鈦磁鐵礦-寶鼎煤礦區(qū)礦山開采引起的環(huán)境問題進行監(jiān)測，并利用模糊數(shù)學方法結合遙感和GIS技術對該區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行了評價；Pradhan等[6]基于遙感數(shù)據(jù)和GIS技術，采用神經(jīng)網(wǎng)絡模型對礦區(qū)滑坡區(qū)域生態(tài)安全進行評價；葉寶瑩等[7]通過MSS、TM(ETM)、中巴資源衛(wèi)星(CBERS)等多源多尺度遙感數(shù)據(jù)，提取安太堡露天礦區(qū)的煤礦開采、土地破壞及土地復墾數(shù)據(jù)，為大型露天礦區(qū)的生態(tài)安全評價奠定了基礎；朱運海等[8]在生態(tài)安全評價中采用動態(tài)評價因子，以發(fā)現(xiàn)生態(tài)安全在單個因子及整體上的發(fā)展趨勢和潛在問題。但由于礦區(qū)生態(tài)安全受礦業(yè)活動等的擾動性強，已有的評價方法需進一步完善和補充。

針對礦山開采地區(qū)空間地物的復雜性，本文基于“高分一號”衛(wèi)星遙感影像為主的多源、多時相、多分辨率遙感數(shù)據(jù)源，探討不同因子的遙感反演技術方法，實現(xiàn)多尺度目標監(jiān)測與評價技術，采用“P-S-R”框架理論，構建快速有效的礦區(qū)生態(tài)安全評價指標體系，并對井陘礦區(qū)進行了實例研究，取得了較好的效果。本研究為維護礦區(qū)及其周邊生態(tài)環(huán)境的原生平衡、引導礦山資源的合理開采與利用提供技術支持。

1 基于高分一號遙感影像的礦區(qū)生態(tài)安全評價方法

1.1 礦區(qū)生態(tài)安全評價體系構建框架理論

“P-S-R”(壓力-狀態(tài)-響應) 框架理論由世界經(jīng)合組織(OCED)提出，綜合考慮了人類活動、生態(tài)環(huán)境狀況及處理環(huán)境問題的政策措施三方面因素，可滿足礦區(qū)生態(tài)環(huán)境多目標、復雜的自然和人類活動評價要求。其同時考慮到社會經(jīng)濟、自然環(huán)境、人類活動等不同范疇的評價指標，是一種考慮比較全面、評價機制設計較完整的指導性評價框架理論，指標的選擇與評價對象選擇的理論依據(jù)、評價者的知識背景具有密切關系。

本研究在“P-S-R”框架理論下展開，而利用遙感數(shù)據(jù)可以較好地提取相應環(huán)境因子數(shù)據(jù)，因此研究采用我國首發(fā)的高時空分辨率遙感圖像——“高分一號”遙感影像為主的多源遙感數(shù)據(jù)源，同時輔以基礎數(shù)據(jù)庫中基礎、專題地理信息及社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結合儀器實地快速采樣分析法開展對研究區(qū)的監(jiān)測和評價研究，建立了基于3S技術的礦區(qū)生態(tài)安全P-S-R框架模型?；谶b感技術在空間、光譜、時間分辨率及信息提取技術方面的不斷進步，本研究提出了指標數(shù)據(jù)源遙感化的概念，即提高遙感數(shù)據(jù)在整個指標體系數(shù)據(jù)源中的占比，以期實現(xiàn)對研究區(qū)生態(tài)安全的逐年乃至逐月的監(jiān)測，為做到對整體生態(tài)安全或單因子的早期預警打下堅實基礎。

1.2 礦區(qū)生態(tài)安全評價計算方法

生態(tài)安全評價方法的提出經(jīng)歷了從簡單描述到精確定量計算的過程。目前常用的方法有灰色關聯(lián)度法、主成分投影法、層次分析法(AHP法)、生態(tài)足跡法、綜合指數(shù)法等。本文為更客觀地求取生態(tài)安全評價指數(shù)，基于GIS技術，采用地學空間模型、AHP法和綜合指數(shù)法相結合的方法進行礦區(qū)生態(tài)安全評價。

(1)評價指標的空間化與標準化。為更好地體現(xiàn)各評價指標在生態(tài)安全評價中的量化作用。需將其數(shù)據(jù)無量綱化，標準化處理方法如下：

正相關指標的標準化(其指標值越大，則生態(tài)安全程度將越好，如植被蓋度)：

負相關指標的標準化(其指標值越大，則生態(tài)安全程度會越差，如礦業(yè)活動區(qū)面積)：

式中：xi′是指標i轉(zhuǎn)化后的無量綱值；xi為標準化前的原始指標值；xmax、xmin分別為區(qū)域內(nèi)最大、最小值[10]。

其次，對非空間數(shù)據(jù)進行空間化處理。為了實現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的疊加計算，需對其進行空間化處理。根據(jù)數(shù)據(jù)對應的行政區(qū)劃等級，分別將非空間數(shù)據(jù)值賦均值到鄉(xiāng)鎮(zhèn)或者行政村，然后進行柵格化處理，從而實現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)的空間化處理。

(2)礦區(qū)生態(tài)安全的綜合評價指數(shù)表達式為：

Ai=∑KiBi

式中：Ai代表綜合評價指數(shù)；Ki為單項評價指標的權重值；Bi為單項評價指標的標準值。

2 礦區(qū)生態(tài)安全評價指標體系構建

礦區(qū)生態(tài)安全問題突出，其評價須利用已有評價標準并結合實際。指標構建原則如下：1)科學性原則。選擇能客觀、真實地反映礦區(qū)生態(tài)安全的現(xiàn)狀及演化特征的代表性指標。2)完整性與實用性原則。礦區(qū)屬自然和人工交互生態(tài)系統(tǒng)，應全面考慮自然與社會的各項指標以完整反映礦區(qū)生態(tài)安全現(xiàn)狀及內(nèi)生機制等特征[11]，同時考慮指標數(shù)據(jù)的易獲取性及可定量化性，并適應礦區(qū)發(fā)展水平。3)針對性和引導性原則。針對主要的生態(tài)安全問題設立指標，舍棄從屬目標，同時引導礦區(qū)生態(tài)安全的發(fā)展方向。4)動態(tài)性與穩(wěn)定性相結合原則。指標體系在一定時期后應做適當調(diào)整以適應礦區(qū)生態(tài)安全動態(tài)變化過程及社會經(jīng)濟的不同發(fā)展水平，以切實反映階段性特征，同時考慮評價的可對比性，指標體系在一段時間內(nèi)應保持相對穩(wěn)定性，原有指標和替代指標也可并存一段時間，以便于進行評價比較和趨勢分析。5)指標遙感化及快速獲取性原則。數(shù)據(jù)遙感化、數(shù)據(jù)庫支撐并采用其他先進數(shù)據(jù)采集技術可快速獲取客觀數(shù)據(jù)，排除數(shù)據(jù)獲取周期長、實測數(shù)據(jù)缺乏等因素。6)數(shù)據(jù)空間化原則。各指標均具有空間屬性，反映其分布特征。

根據(jù)上述原則，參考已有研究成果[9-13]，構建包含壓力-狀態(tài)-響應3個層次的礦區(qū)生態(tài)安全評價指標體系，共涉及23個評價指標，并采用層次分析法結合專家打分賦予指標權重(表1)。

3 礦區(qū)生態(tài)安全評價指標信息提取

3.1 基于多源遙感數(shù)據(jù)的指標數(shù)據(jù)提取

(1)遙感數(shù)據(jù)源選擇。考慮獲取遙感數(shù)據(jù)的經(jīng)費、時空分辨率及成像幅面寬度等因素，研究選用高分一號遙感影像數(shù)據(jù)，并輔以中巴資源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、TM遙感數(shù)據(jù)以及GoogleEarth、天地圖等網(wǎng)絡遙感資源進行礦區(qū)相關數(shù)據(jù)的提取。高分一號衛(wèi)星是中國高分辨率對地觀測系統(tǒng)的第一顆衛(wèi)星，其突破了多光譜、高時空分辨率相結合的光學遙感技術，高精度、高穩(wěn)定度姿態(tài)控制技術，高分辨率數(shù)據(jù)處理與應用等關鍵技術，適合礦區(qū)生態(tài)環(huán)境關鍵因子的監(jiān)測。

表1 評價指標體系及權重

Table 1 Evaluation index system and weight

目標層準則層[權重]要素層[權重]指標層[權重]數(shù)據(jù)來源評價指標體系壓力[0．44](Pressure)狀態(tài)[0．46](State)響應[0．10](Response)環(huán)境壓力[0．34]人文壓力[0．10]地質(zhì)構造[0．05]巖性[0．05]地形[0．10]礦區(qū)環(huán)境可治理度[0．05]土壤侵蝕度[0．06]植被指數(shù)[0．10]生物多樣性指標[0．05]社會響應指標[0．10]地質(zhì)災害數(shù)量[0．06]遙感數(shù)據(jù)地質(zhì)災害潛在危險源[0．05]遙感數(shù)據(jù)水體污染[0．09]遙感數(shù)據(jù)大氣粉塵污染[0．02]遙感數(shù)據(jù)大氣污染[0．04]監(jiān)測數(shù)據(jù)土壤化肥折純量[0．02]數(shù)據(jù)庫農(nóng)藥使用量[0．03]數(shù)據(jù)庫農(nóng)膜使用量[0．01]數(shù)據(jù)庫土壤Pb污染[0．02]實測數(shù)據(jù)礦業(yè)活動區(qū)面積[0．03]遙感數(shù)據(jù)>25°坡耕地面積[0．02]遙感數(shù)據(jù)人均耕地面積[0．01]數(shù)據(jù)庫人口密度[0．02]數(shù)據(jù)庫恩格爾系數(shù)[0．01]數(shù)據(jù)庫人口受教育程度[0．01]數(shù)據(jù)庫地質(zhì)構造[0．05]數(shù)據(jù)庫巖性[0．05]數(shù)據(jù)庫坡度[0．10]數(shù)據(jù)庫礦區(qū)環(huán)境可治理度[0．05]遙感數(shù)據(jù)土壤侵蝕度[0．06]數(shù)據(jù)庫NDVI[0．10]遙感數(shù)據(jù)生物豐度指數(shù)[0．05]遙感數(shù)據(jù)生態(tài)環(huán)境治理度[0．10]遙感數(shù)據(jù)

(2)遙感數(shù)據(jù)預處理。一般情況下，礦區(qū)內(nèi)地貌類型復雜多樣，相對高差大，利用DEM數(shù)據(jù)對經(jīng)過粗校正的遙感圖像進行正射校正以消除高差等因素帶來的畸變；其后對高分一號2 m全色和8 m多光譜影像經(jīng)IHS變換后的I分量經(jīng)小波變換進行融合，得到兼具高空間分辨率和光譜分辨率的融合圖像。

(3)指標信息提取。通過建立LUCC數(shù)據(jù)解譯標志并細化礦產(chǎn)活動占地解譯標志形成了融合圖像的LUCC遙感數(shù)據(jù)信息提取標志。其他信息解譯標志如下：1)地質(zhì)災害：主要包括滑坡、崩塌等?；乱话愠属せ巍⑸嘈?、梨形等，陡峭的滑坡壁和它們所形成的圍谷，遙感影像上表現(xiàn)為彎曲弧形。2)地質(zhì)災害危險性：采礦等活動造成掌子面、尾礦庫等固廢堆放，存在潰壩、崩塌等隱患，根據(jù)礦業(yè)采場及堆場位置結合DEM數(shù)據(jù)，劃定隱患大致范圍。3)環(huán)境污染：選礦、洗煤廢水不經(jīng)處理或處理不達標排放，對水體或土壤等造成污染。采礦過程中產(chǎn)生的煙塵、粉塵主要對礦業(yè)活動區(qū)臨近區(qū)域及運輸?shù)缆穬蓚?cè)造成污染，表現(xiàn)在土壤或植被的顏色與周圍正常顏色的明顯差異。

3.2 基于實地及其他來源的指標數(shù)據(jù)快速提取

便攜式X射線熒光光譜儀對于Cu、Pb等重金屬元素的檢出限均低于區(qū)域元素背景值和土壤環(huán)境質(zhì)量標準一級標準值，說明便攜式X射線熒光光譜儀可用于土壤重金屬污染快速檢測和土地質(zhì)量評價[14]。實地采集的數(shù)據(jù)為土壤重金屬污染數(shù)據(jù)。采用X射線熒光分析儀，在野外按照1.5 km×1.5 km的網(wǎng)格布點，DEM坡度及地質(zhì)、斷裂帶、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)來自河北省科學院地理科學研究所不斷更新的生態(tài)環(huán)境基礎數(shù)據(jù)庫。

4 實例研究及結果分析

4.1 研究區(qū)概況

井陘礦區(qū)是河北省石家莊市的直轄區(qū)，位于太行山區(qū)中段，北緯38°01′18″～38°08′03″，東經(jīng)113°58′50″～114°06′08″，周邊與井陘縣接壤，地勢西高東低，面積70.29 km2，轄兩鎮(zhèn)一鄉(xiāng)，2個街道辦事處，30個行政村。礦區(qū)礦產(chǎn)資源以煤炭為主，具有一百多年的礦產(chǎn)資源開采史，該區(qū)經(jīng)濟曾因礦山開發(fā)而繁榮，在20世紀60年代，其焦煤產(chǎn)量位居全國第二位。

井陘礦區(qū)由于面積較小，生態(tài)系統(tǒng)屬于人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)交互影響的復合生態(tài)系統(tǒng)。在利益等因素驅(qū)動下，資源遭到長時間、大規(guī)模、快速的開采利用，致使礦區(qū)礦產(chǎn)等資源枯竭、環(huán)境污染，極大地超過該區(qū)域生態(tài)承載能力，使當?shù)厣鷳B(tài)安全面臨巨大壓力，對區(qū)域生態(tài)安全構成嚴重威脅。而區(qū)域生態(tài)安全惡化后，又反過來制約社會經(jīng)濟的發(fā)展，形成惡性循環(huán)。井陘礦區(qū)煤炭資源已經(jīng)逐步枯竭，是一個典型的“因煤而建、因煤而興、因煤而衰”的資源型城區(qū)，其礦山開發(fā)在給該區(qū)帶來經(jīng)濟上繁榮的同時也引發(fā)較多的生態(tài)環(huán)境問題，具有典型的代表性，故選擇該區(qū)作為研究區(qū)進行礦區(qū)生態(tài)安全評價，監(jiān)控和掌握該區(qū)域的生態(tài)安全現(xiàn)狀，并通過分析生態(tài)安全問題產(chǎn)生的原因為制定相應的對策打下基礎，最終達到使研究區(qū)生態(tài)安全處于良好狀態(tài)、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

4.2 主要生態(tài)安全指標分析

4.2.1 地質(zhì)災害數(shù)量分析 通過對高分一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)的解譯判讀，輔助以Google earth等網(wǎng)絡高分辨率(1 m級)遙感影像、坡度數(shù)據(jù)及實地考察驗證。研究區(qū)地質(zhì)災害分布情況見表2。

表2 研究區(qū)滑坡、崩塌分布

Table 2 Distribution of landslide and avalanche

分布區(qū)域地質(zhì)災害類型地質(zhì)災害數(shù)量賈莊鎮(zhèn)滑坡1崩塌2鳳山鎮(zhèn)滑坡7橫澗鄉(xiāng)--

從地形上看，地質(zhì)災害主要分布在西部清涼山和云鳳山上；從行政區(qū)域看，主要分布在賈莊鎮(zhèn)和鳳山鎮(zhèn)。地質(zhì)災害的主要類型為滑坡，共有8個點；其次為崩塌，共有2個點。橫澗鄉(xiāng)由于僅有小部分較低坡度山地，因此沒有滑坡、崩塌發(fā)生。據(jù)四川攀西調(diào)查資料[15]，按平均坡度分級進行統(tǒng)計如表3 所示，滑坡大多發(fā)生在10°～30°之間，崩塌多數(shù)出現(xiàn)在坡度大于30°的邊坡。

表3 崩塌、滑坡與坡度的關系[16]

Table 3 Relationship between avalanche,landslide and slope

坡度(°)數(shù)量(個)比例(%)類型10沒有0滑坡10～20607．4滑坡21～3053265．2滑坡>3022427．4崩塌

文獻[17]對過去30年間的2 238處崩塌歷史資料進行了統(tǒng)計，約80%的崩塌事例的坡度為30°～50°，其中邊坡坡度在40°時最多，并且一般土質(zhì)邊坡的坡度要緩于巖質(zhì)邊坡，且土質(zhì)邊坡崩塌時的坡度主要介于30°～40°之間，而巖質(zhì)邊坡崩塌時坡度在30°～50°之間[18]。本研究將滑坡、崩塌發(fā)生地點與坡度數(shù)據(jù)進行了疊加分析顯示，發(fā)生滑坡的地方坡度在12.5°～23.0°之間，崩塌一處坡度在31.0°～33.0°。影像判讀解譯結果與上述統(tǒng)計資料中滑坡、崩塌發(fā)生的坡度分布規(guī)律吻合。

4.2.2 地質(zhì)災害規(guī)模分析 采空區(qū)在井陘礦區(qū)核心區(qū)域大面積分布(圖1)。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中采空區(qū)面積占總面積的比例最高的是鳳山鎮(zhèn)，約25.7%；其次為賈莊鎮(zhèn)，占21%；最少的是橫澗鄉(xiāng)，占12.6%。采空區(qū)對其區(qū)域的各種土地利用類型均產(chǎn)生不同程度的影響。由表4可知，采空區(qū)影響面積最大的是耕地，約682.2hm2，占整個受影響區(qū)域面積的47.28%；其次是林地和中轉(zhuǎn)場地，分別占16.56%和12.62%；城鄉(xiāng)居民用地為5.58%。通過以上數(shù)據(jù)可知，采空區(qū)導致的地面塌陷、地裂縫等對農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)及居民生活均產(chǎn)生了較大影響。通過相關資料和實地調(diào)查得知，由于采空區(qū)地表應力發(fā)生改變，產(chǎn)生的塌陷、地裂縫等十分嚴重，導致居民及工礦企業(yè)建筑受損，棄耕撂荒現(xiàn)象嚴重。

圖1 井陘礦區(qū)采空區(qū)分布

Fig.1 Goaf distribution of Jingxing mining area

表4 采空區(qū)土地利用類型及其面積

Table 4 Area of land use in goaf area

土地利用類型面積(m2)占采空區(qū)比例(%)耕地6827195．5847．275林地2391024．7416．557草地686982．454．757水域283826．331．965城鄉(xiāng)居民用地805681．575．579中轉(zhuǎn)場地1822223．0012．618固體廢棄物 196．780．001礦業(yè)建筑1249353．088．651交通工業(yè)用地374882．852．597總計14441366．39100

4.2.3 地質(zhì)災害危險性分析 開采煤炭和地下水使地表產(chǎn)生不均勻沉降，從而引發(fā)塌陷、地裂縫等地質(zhì)災害，在煤炭資源幾乎枯竭的情況下，地方國有煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)村集體煤礦多次復采殘煤，進一步加大了地面塌陷、裂縫程度，造成地質(zhì)災害隱患；采石場等破壞了原有的山體平衡，形成掌子面等開采面，受雨水沖刷容易產(chǎn)生崩塌和滑坡等地質(zhì)災害；采石形成的尾礦、廢礦石如果貯存地點不適宜會導致堆積量逐年增大，在汛期容易產(chǎn)生泥石流；雨量年度分布極為不均，汛期強降雨易誘發(fā)地質(zhì)災害的發(fā)生。因此，采空區(qū)、礦山開采面、不適宜的尾礦庫和廢礦石堆放點，都具有地質(zhì)災害危險性。井陘礦區(qū)采礦歷史悠久，存在大面積的采空區(qū)，經(jīng)遙感判讀在賈莊鎮(zhèn)和橫澗鄉(xiāng)存在大量礦山開采面，這些都是崩塌、滑坡、地面塌陷、地裂縫的潛在危險源。因此井陘礦區(qū)具有較高的地質(zhì)災害危險性。

4.2.4 粉塵污染分析 井陘礦區(qū)存在大量煤炭開采、洗選、儲存、中轉(zhuǎn)等活動，加之大量采石場的存在，導致采場、中轉(zhuǎn)場地等礦業(yè)活動場地周圍及交通主干道兩側(cè)粉塵污染極為嚴重，對周邊區(qū)域土壤產(chǎn)生了嚴重影響，受污染農(nóng)作物導致減產(chǎn)，受污染植被導致生長不良，并且視覺感官極差。相關區(qū)域在遙感影像上呈現(xiàn)以礦業(yè)活動場所為中心向外顏色由深變淺的規(guī)律，即離煤炭較近的地方受煤炭粉塵污染較重，隨著距離的增加影響逐漸減少；而采石場周邊則因為受淺色粉塵的影響呈現(xiàn)較周圍同類地物淺的色調(diào)(圖略)。

4.3 礦區(qū)生態(tài)安全綜合評價結果分析

依據(jù)公開出版的國家、地方和行業(yè)標準，結合已有研究成果，將研究區(qū)生態(tài)安全狀態(tài)分為安全狀態(tài)、較安全狀態(tài)、一般狀態(tài)、較不安全狀態(tài)和不安全狀態(tài)5個生態(tài)安全等級。根據(jù)綜合評價結果可知，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)安全評價等級為一般狀態(tài)的面積最大，約占30.17%；其次為較安全級別，約占22.41%，安全狀態(tài)占17.24%；不安全狀態(tài)和較不安全狀態(tài)分別占15.81%和14.37%。由此可知該區(qū)域生態(tài)安全已受到威脅的區(qū)域面積占比為60.35%，生態(tài)安全問題應引起相關部門關注。

由研究區(qū)生態(tài)安全狀態(tài)空間分布(圖2)可知，井陘的生態(tài)安全狀況總體格局呈現(xiàn)以下特點：1)研究區(qū)5種生態(tài)安全狀態(tài)呈現(xiàn)按鄉(xiāng)鎮(zhèn)集聚的特點。鳳山鎮(zhèn)生態(tài)安全狀態(tài)好于橫澗鄉(xiāng)，而賈莊鎮(zhèn)生態(tài)安全狀態(tài)最差。時空分布上研究區(qū)北部處于較差的生態(tài)安全水平，南部整體處于較好的生態(tài)安全水平。2)研究區(qū)生態(tài)安全水平空間分布與人類活動分布和地形特點呈正相關。賈莊鎮(zhèn)人口最多，山地占比例最高，礦山開采活動密度大，工業(yè)較為發(fā)達，因此該區(qū)域生態(tài)安全承受了較大壓力，大部分區(qū)域處于預警狀態(tài)。

綜合以上分析，大規(guī)模礦業(yè)活動是使得礦區(qū)內(nèi)部分區(qū)域生態(tài)安全處于較不安全或不安全狀態(tài)的主因。從生態(tài)安全受到威脅的區(qū)域看，很大程度上歸咎于該區(qū)域規(guī)模大、強度高、近百年的礦業(yè)開采歷史。礦區(qū)的資源開采型支柱產(chǎn)業(yè)單一，圍繞礦業(yè)開采的產(chǎn)業(yè)活動造成的地質(zhì)災害及隱患、景觀的破壞、土地資源占用、環(huán)境污染等負面影響導致該區(qū)域生態(tài)安全出現(xiàn)大面積預警狀態(tài)。

圖2 生態(tài)安全空間分布格局

Fig.2 Spatial distribution of ecological security

5 結語

本文首次將以高分一號衛(wèi)星遙感影像為主的多類型、多時相和不同空間分辨率的遙感圖像引入數(shù)據(jù)源，基于“壓力-狀態(tài)-響應”框架理論建立了一套適合礦區(qū)生態(tài)安全評價的遙感信息指標體系，涉及的23個指標涵蓋了自然、人類活動、社會經(jīng)濟等多方面的因素，是一個較全面的礦區(qū)生態(tài)安全評價體系,指標數(shù)據(jù)均來自遙感數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)及實地快測。遙感信息提取采用了計算機自動提取與目視解譯相結合的方法,既提高了信息提取的效率又保證了解譯精度,可滿足對礦區(qū)生態(tài)安全的快速監(jiān)測及評價的要求。經(jīng)實例驗證，本文方法能較好地評價實際生態(tài)安全狀況，可為相關研究提供借鑒。由于在指標權重的設定中采用了層次分析法與專家打分法相結合的方法，存在一定的主觀成分，如何取得更為客觀的權重體系，提高評價的普適性，將是下一步研究的重點。

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Research on Evaluation of Mining Area Ecological Security Based on Gaofen-1 Satellite Imagery:Take Jingxing Mining Area for Example

LIU Jian-feng1,2,ZHANG Ke-hui1,MA Wen-cai3

(1.InstituteofGeographicalSciences,HebeiAcademyofSciences,Shijiazhuang050021; 2.HebeiEngineeringResearchCenterforGeographicInformationApplication,Shijiazhuang050021; 3.HebeiAcademyofSciences,Shijiazhuang050081,China)

According to the features of mining area environment,an evaluation index system of ecological security,representing mining area ecological information as well as suitable for quantified evaluation by remote sensing,is constructed based on the OCED(Organization for Economic Cooperation and Development) proposed "Pressure-State-Response" framework model.Aiming at the complexity of spatial ground objects in mining area,a concept of "remote sensing informatization for index data source" is put forward,which is to increase the proportion of remote sensing based index data,to realize a yearly or even monthly monitoring of mining area.Based on Gaofen-1 satellite imagery and other remote sensing data,remote sensing inversion methods of different index are discussed and multi-scale objects monitoring and evaluating technology are realized.Taking Jingxing mining area for example,the reasonable result of mining area ecological security evaluation shows that the study can provide support to maintain the original balance of mining area ecological environment and to guide the reasonable exploitation of mine resources.

Gaofen-1 satellite;remote sensing;ecological security;mining area;index system;evaluation

2014-10-11；

2015-01-12

河北省科學院科技計劃項目(14123、14130、15130)

劉劍鋒(1974-)，男，副研究員，研究方向為3S技術在生態(tài)環(huán)境中的應用。E-mail:ljf70s@126.com

10.3969/j.issn.1672-0504.2015.05.024

X37；TP75

A

1672-0504(2015)05-0121-06