遙感技術在礦山生態(tài)修復調(diào)查中的應用

王月琪

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊，河北 承德 067000）

在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的過程中，國家對資源的開發(fā)力度越來越大，導致了許多廢棄礦山的出現(xiàn)，對生態(tài)環(huán)境造成了巨大影響。為了保護自然生態(tài)環(huán)境，在生態(tài)修復理念的引導下，人們開始對廢棄礦山的生態(tài)環(huán)境進行整治，目前已經(jīng)取得了良好的效果。在對礦山生態(tài)環(huán)境進行調(diào)查的過程中，遙感技術體現(xiàn)出了較強的優(yōu)勢，可以在極短時間內(nèi)幫助技術人員采集到不同的生態(tài)資料，構建廢棄礦山的三維空間模型，為礦山生態(tài)修復工作的具體開展打下了良好的基礎[1]。

1 遙感技術概述

地球上每一種物體時刻都在吸收和反射能量，這種能量是多種形式組成的，其中電磁波是人類最早認識并利用的一種能量。遙感技術建立在不同物體反射的不同特征的電磁波的基礎上，通過對物體反射和發(fā)射的電磁波進行探測的方式，獲取物體真實的信息，達到遠距離識別物體的目的。遙感技術在不同領域的作用是不同的，例如氣象預測方面，可以對天氣進行觀測，也可以對陸地上的土地、河流、森林等信息進行觀測。

遙感技術的成像方法一般分為兩種。第一種是傳統(tǒng)的膠卷成像，是通過照相機與膠卷實現(xiàn)對被測物體的成像。通常在對被測物體進行拍攝后，相關人員需要對膠卷進行沖洗、印像以及放大，最終生成完整的遙感相片。另外一種是科技發(fā)展背景下的數(shù)字成像，原理和電腦成像的方式類似。數(shù)字成像即通過衛(wèi)星對被測物體進行拍攝，并將采集到的數(shù)字信息傳輸?shù)接嬎銠C設備中，最終通過計算機成像的方式形象的展示被測物體。應用遙感技術的過程中，因為拍攝點的高度不同，其成像分辨率有較大差異，并且采集信息的方式不同，成像的分辨率也不同。以遙感衛(wèi)星為例，其飛行高度在600km~4000km之間，圖像分辨率在1m~1km之間。

2 礦山生態(tài)修復調(diào)查中遙感技術的應用現(xiàn)狀分析

2.1 礦山開發(fā)秩序惡化

盡管目前國家正在整頓和規(guī)范礦產(chǎn)資源的開發(fā)秩序，但是從目前的情況來看，國內(nèi)礦產(chǎn)的開發(fā)秩序呈現(xiàn)逐漸惡化的趨勢。由于礦界不清，現(xiàn)階段界外開采的情況越來越嚴重，因此在未來礦山生態(tài)修復調(diào)查中，遙感技術的觀測范圍需要進一步擴大，這對遙感技術自身提出了很高的技術性要求。從國內(nèi)廢棄礦山的生態(tài)情況來看，因開采引發(fā)的礦山生態(tài)問題仍然嚴峻，礦產(chǎn)資源的開采為礦山生態(tài)環(huán)境留下了巨大的地質(zhì)災害隱患。例如以煤礦資源開采為主的黑龍江、內(nèi)蒙古、甘肅等地區(qū)，礦山地質(zhì)災害以滑坡、裂縫、塌陷為主，尤其是地面沉降的問題非常嚴重，對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴重影響。從目前礦山生態(tài)修復情況來看，修復力度還有待加強，開采活動導致了大量農(nóng)用土地被占用，是影響生態(tài)修復工作進程的主要因素。

2.2 入庫工作有待加強

從當前我國開展的礦山生態(tài)修復工作來看，很多廢棄礦山還沒有開展相關修復工作，主要原因是相關部門對礦山生態(tài)修復工作的認識度不足。在具體開展修復工作的過程中，相關部門需要加強遙感調(diào)查、信息監(jiān)測的力度，不過因為遙感技術將全國范圍內(nèi)所有廢棄礦山當作觀測點，在進行礦山生態(tài)修復調(diào)查的時候需要面對龐大的工作量和數(shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)入庫工作有待加強。在強化數(shù)據(jù)入庫工作的基礎上，相關部門才能夠在全國范圍內(nèi)的廢棄礦山上構建多目標遙感信息系統(tǒng)，促進礦山生態(tài)修復調(diào)查項目應用效率的提升[2]。

3 遙感技術在礦山生態(tài)修復調(diào)查中觀測成果分析

3.1 觀測成果

我國利用遙感技術對全國范圍內(nèi)廢棄礦山的生態(tài)環(huán)境進行調(diào)查的過程中，制定并完善的《礦山遙感監(jiān)測工作指南》（文中稱《指南》），《指南》中具體包括了觀測項目術語、定義、標準、范圍、遙感圖像處理、成果圖鑒編制等各方面的內(nèi)容，為我國后續(xù)礦山生態(tài)修復工作提供了強大的決策支持和技術支持。到目前為止，我國已經(jīng)連續(xù)14年利用遙感技術對全國范圍內(nèi)的各大礦山進行觀測，實現(xiàn)了對廢棄礦山的全面覆蓋。通過遙感衛(wèi)星、無人機拍攝等方式實現(xiàn)了遙感技術的具體操作，同時還在遙感技術的應用背景下研發(fā)出了礦山地物變化信息提取技術，在遙感技術下構建了相對完善的礦山生態(tài)修復體系。在對遙感技術進行深入研究的過程中，已經(jīng)可以應用航天、航空、陸地、低空等多樣化的觀測方式對廢棄礦山生態(tài)環(huán)境進行觀測。

3.2 執(zhí)行成果

從目前情況來看，我國在對礦山生態(tài)環(huán)境進行修復的過程中，遙感技術的應用率以及應用范圍正在逐漸提高。在對全國各大廢棄礦山進行觀測的過程中，發(fā)現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境造成影響的主要問題有：泥石流災害、采空區(qū)坍塌、地面裂縫、渣場占地等。結合調(diào)查數(shù)據(jù)在制定修復建議的過程中，以土地復墾、綠化施工、回填坍塌區(qū)和裂縫為主。通過應用遙感技術對廢棄礦山生態(tài)環(huán)境進行觀測，我們發(fā)現(xiàn)全國范圍內(nèi)只有少數(shù)礦山生態(tài)環(huán)境修復達到了正常標準，還有很多礦山?jīng)]有完成生態(tài)修復工作，甚至還有部分礦山至今未采取修復工作。相比而言，國有大型企業(yè)下的礦山生態(tài)修復工作質(zhì)量較高，在各省份逐漸加大對礦權的整合力度之后，礦山生態(tài)修復的效果初顯，界外開采的現(xiàn)象明顯減少。在開采礦產(chǎn)資源的過程中，企業(yè)的不規(guī)范操作會產(chǎn)生大量廢石、廢土、廢氣和廢水，胡亂排放的方式對礦山周邊生態(tài)造成了巨大沖擊，如河流、草地、林地、耕地等遭到了巨大破壞，甚至留下了嚴重的災害隱患。在使用遙感技術對廢氣礦山進行觀測的過程中，我們發(fā)現(xiàn)因礦產(chǎn)開采導致的地質(zhì)安全隱患主要集中在甘肅、湖南、內(nèi)蒙古等煤炭資源發(fā)達的地區(qū)，而這些地區(qū)也是礦難災害多發(fā)的地區(qū)。同時受自然環(huán)境影響，如四川、云南、貴州等地區(qū)降水豐富，導致礦山巖體破碎情況嚴重，土壤軟化增加了泥石流、滑坡等災害的發(fā)生概率。在礦山生態(tài)修復調(diào)查中，坍塌是最常見的一種現(xiàn)象，一系列觀察數(shù)據(jù)表明，相關部門還需要對礦山生態(tài)修復工作引起足夠的重視。

4 對礦山生態(tài)修復動態(tài)信息進行調(diào)查的方法分析

礦山生態(tài)修復包括了土地再利用、環(huán)境保護、地質(zhì)災害預防、生態(tài)綠化建設等多個方面。在應用遙感技術對礦山生態(tài)進行調(diào)查的過程中，需要將土地、環(huán)境、植被狀態(tài)作為三大評估標準，并依次在礦山設立觀測點，主要對土壤環(huán)境、水污染情況、大氣成分等情況進行觀測[3]。這些觀測點都可以利用遙感技術獲取有用的信息，并且必須是多時相遙感技術，所以在獲取調(diào)查對象的空間分布信息時，還需要密切關注調(diào)查對象的動態(tài)變化信息，最終利用三維空間模型為后續(xù)礦山生態(tài)修復工作打下良好數(shù)據(jù)、技術基礎。

4.1 植被指數(shù)

礦山生態(tài)環(huán)境下植被容易受自然環(huán)境、重金屬污染、水資源污染等各種因素的影響，這些因素都會導致礦山植被覆蓋率下降，嚴重的時候植被甚至會完全消失。因為植被具有較強的土壤修復、水質(zhì)修復作用，能夠降低地質(zhì)災害發(fā)生的概率，具有較強的改善生態(tài)環(huán)境的效果，所以在礦山生態(tài)修復中對土地生態(tài)進行修復時，需要重點將植被當作有利的修復“工具”。利用遙感技術所探測的電磁波數(shù)據(jù)不同波段反射率的組合算式，提取相應范圍內(nèi)的植被生長情況并作出評價，即植被指數(shù)。遙感技術探測植被指數(shù)主要是通過植物吸收紅光波段和反射近紅外波段的差異，并將這兩種不同波段的觀測值進行組合，最終得到相應的植被指數(shù)，如垂直交叉點、反向中斷符等。通過植被指數(shù)可以將植被的覆蓋情況以及植被的變化信息形象的呈現(xiàn)出來，相關人員對植被的長勢情況進行評價，有利于對植被的種類進行劃分。

4.2 大氣遙感和水資源遙感

在對礦產(chǎn)資源進行開采后，通常會排放大量污染水資源和土壤的氣體和水，給礦山生態(tài)帶來了巨大壓力，另一方面，開采完畢后會在地表滯留大量有毒廢渣，例如煤吀石就是一種會散發(fā)有毒氣體的廢渣，會對礦山區(qū)域內(nèi)外部大氣環(huán)境造成污染。當前，我國在對礦山生態(tài)修復進行調(diào)查的過程中，普遍利用遙感技術對礦山區(qū)域的水質(zhì)、大氣進行監(jiān)測，且技術相對成熟，其中遙感車、遙感衛(wèi)星、無人機等設備是重要監(jiān)測水質(zhì)、大氣的工具。因為遙感技術覆蓋范圍廣，具有快速傳輸信息的特點，所以在對大型礦山生態(tài)修復進行調(diào)查的過程中，可以對污染物及其動態(tài)軌跡進行監(jiān)測。值得一提的是，我國當前利用遙感技術在對水質(zhì)進行監(jiān)測的過程中，信息精度還有待加強[4]。通常情況下是利用水質(zhì)傳感器實現(xiàn)對礦山水資源的快速監(jiān)測，并提取各項監(jiān)測參數(shù)，最終對礦山內(nèi)水資源的污染情況進行評價。利用遙感技術，已經(jīng)實現(xiàn)了對水質(zhì)污染程度的評價。在未來，相關部門還可以在監(jiān)測精度上做出調(diào)整，因此遙感技術的未來發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹?/p>

4.3 土壤環(huán)境指標

在開展礦山生態(tài)修復調(diào)查工作的過程中，傳統(tǒng)的調(diào)查方式以實地取樣為主，調(diào)查流程相對復雜。相關人員在取得土壤樣品后，還需要經(jīng)過繁瑣的實驗環(huán)節(jié)，極其影響調(diào)查效率。尤其是在礦山生態(tài)修復中，土壤環(huán)境長期處于動態(tài)變化的過程中，相關人員采用實地取樣的方式無法掌握實時土壤環(huán)境信息，因此多時相遙感技術的應用是非常重要的。當前，我國普遍采用激光技術與遙感技術相結合的方式，對土壤里重金屬物質(zhì)進行監(jiān)測，主要包括鋰、錛等元素的調(diào)查和分析。目前，我國還致力于三維激光掃描技術的應用，這是一種高精度、高分辨率的云測量技術，不但可以檢測出土壤的污染情況，還可以測試出土壤的侵蝕情況，是未來礦山生態(tài)修復調(diào)查工作的發(fā)展趨勢。

5 礦山生態(tài)修復手段分析

5.1 危險邊坡修復

企業(yè)在開采礦產(chǎn)資源的過程中，通常會對陡巖石面進行開采，后期會留下大量不穩(wěn)定的廢料堆，很容易導致滑坡、崩塌事故的發(fā)生，所以需要對礦山坡面進行加固處理，降低礦山區(qū)域地質(zhì)災害發(fā)生的概率，為后期植被生長營造良好環(huán)境。對危險邊坡進行修復，一般有物理、生物兩種手段。物理手段即添加防護網(wǎng)、修筑擋土墻、砌筑塊石等護坡方式，強化護坡能力。物理修復的方式雖然有較強的護坡能力，但是需要投入大量資金，且不利于礦山區(qū)域內(nèi)植被生長，因此在條件允許的情況下，以生物修復為主。生物修復即植被護坡的方式，通過人工提前進行澆水、松土、施肥等處理，為后期植被的生長打造良好環(huán)境，最終選擇合適的植物進行種植。植物根系具有較強的力學效應，而植物莖系具有較強的水文效應，能夠起到邊坡錨固的作用，尤其是在礦山區(qū)域降水豐富的情況下，不僅能為植物根系、莖葉的生長提供便利，植物還可以阻擋雨水，避免雨水對松散泥土造成沖擊產(chǎn)生濺蝕效果。需要注意的是應用生物修復的方式會導致前期植物護坡力比較弱，且周期性比較長，需要投入大量人力對植物進行養(yǎng)護。不過生物修復的手段還具有景觀修復的效果，是一種實用性強、生態(tài)性強的修復方式[5]。

5.2 植被恢復

礦山生態(tài)修復中，植被恢復是最重要的工作之一，是重建礦山區(qū)域生物群落的基礎，通常以人工種植的方式為主，幫助礦山區(qū)域內(nèi)植被快速恢復。受礦山惡劣的生態(tài)環(huán)境影響，植被的恢復難度是非常大的，例如土壤結構不穩(wěn)定、土壤肥力不足、土壤中重金屬含量過高等。因此，不同類型、不同地理環(huán)境的廢棄礦山其植物定居規(guī)律有一定差別，在具體開展生態(tài)修復工作之前，相關人員應密切觀察并分析礦區(qū)的地理性質(zhì)，并及時找出威脅植物生長的因素，有針對性開展植被恢復工作。

6 結語

我國企業(yè)在開采礦產(chǎn)資源的過程中，留下了非常嚴重的生態(tài)隱患，因此針對廢棄礦山開展生態(tài)修復工作是非常重要的。在修復礦山生態(tài)環(huán)境之前，需要利用遙感技術對礦山區(qū)域內(nèi)各項情況進行觀測和調(diào)查，遙感技術的應用可以幫助相關人員快速、準確地掌握相關信息，是一種實用性很強的技術。