王海慶, 武明德， 劉 瓊， 李光昭， 王 昊， 李 麗

(1.中國國土資源航空物探遙感中心,北京 100083； 2.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局,西寧 810007；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083)

0 引言

礦業(yè)開發(fā)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，但礦業(yè)開發(fā)，尤其是固體礦產(chǎn)的露天開采，勢必占用和破壞大量的土地資源，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)景觀和生存環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，及時(shí)對礦業(yè)開發(fā)占用土地狀況進(jìn)行調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測十分重要。遙感技術(shù)為人類提供了一種從宏觀視角觀察自身生存環(huán)境的方式，使用遙感技術(shù)開展礦業(yè)開發(fā)占用土地狀況的調(diào)查和研究，能夠更好地發(fā)揮其客觀性、及時(shí)性和宏觀性等優(yōu)勢，為相關(guān)部門提供真實(shí)的研究數(shù)據(jù)。

在礦業(yè)用地監(jiān)管方面，國內(nèi)學(xué)者對礦業(yè)用地的盤活、再利用以及制度建設(shè)方面的關(guān)注較多[1-4]，近年來，利用遙感技術(shù)開展礦業(yè)用地調(diào)查監(jiān)測的成果也有了廣泛報(bào)道。楊顯華等[5]利用2006—2010年間獲取的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，研究了川西南礦集區(qū)主要礦山占地現(xiàn)狀和變遷； 何亮柱等[6]利用2009年獲取的IKONOS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，提取了甘肅省白銀銅礦區(qū)礦山開發(fā)占地信息； 王耿明等[7]利用2014年度土地變更遙感數(shù)據(jù)，開展了廣東省礦山開發(fā)占地情況遙感監(jiān)測及綜合研究； 張永杰等[8]利用2013年獲取的QuickBird衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，調(diào)查了寧夏回族自治區(qū)石炭井礦區(qū)的礦山開發(fā)占地情況； 強(qiáng)建華等[9]利用2011—2014年遙感數(shù)據(jù)，調(diào)查了新疆礦業(yè)活動(dòng)占地情況； 蔣勁等[10]利用2014年度土地變更遙感數(shù)據(jù)，開展了山西省礦山占地遙感監(jiān)測； 高俊華等[11]利用2010—2015年遙感數(shù)據(jù)，開展了洞庭湖周邊地區(qū)磚瓦用粘土礦占用損毀土地情況。這些研究都有詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供良好的借鑒，但若能以單個(gè)礦山或礦山的部分區(qū)域?yàn)檠芯繉ο?，利?期遙感數(shù)據(jù)開展礦業(yè)開發(fā)占用土地狀況的監(jiān)測，則可以對比分析礦業(yè)用地的變化情況，研究礦業(yè)用地變化的原因，能夠更好的為礦業(yè)用地監(jiān)管部門服務(wù)。鑒于上述情況，本文聚焦于山西某地礦業(yè)開發(fā)區(qū)，利用2期遙感數(shù)據(jù)開展礦業(yè)開發(fā)占用土地狀況監(jiān)測，并分析礦業(yè)用地的變化情況； 利用ArcGIS軟件，采用人機(jī)交互解譯方法分別圈定出礦業(yè)用地和非礦業(yè)用地，分析礦業(yè)用地迅速增長的現(xiàn)狀和原因，為礦業(yè)用地監(jiān)管部門提供重要依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

本文選擇山西省某礦業(yè)開采集中區(qū)為研究區(qū)。研究區(qū)位于呂梁市的東南部，面積9.3 km2。區(qū)內(nèi)主要呈低山丘陵地貌，村村通公路，交通條件較好。在土地利用方面，除礦業(yè)用地以外，還有林地、耕地和建設(shè)用地等，其中林地面積最大。

研究區(qū)內(nèi)開采的礦產(chǎn)資源主要為煤礦，其次為磚瓦用粘土。早年間煤礦的開采方式大多為地下開采，近年來露天開采不斷。隨著煤礦開采方式的改變，礦業(yè)用地大幅度增加，損毀了大量的林地和耕地，不僅破壞了地貌景觀，還剝奪了當(dāng)?shù)鼐用褓囈陨娴霓r(nóng)田，增加了社會(huì)不穩(wěn)定因素，故在此區(qū)域開展礦業(yè)開發(fā)占用土地狀況的遙感監(jiān)測具有緊迫性和重要性。

分別選取2008年5月31日獲取的SPOT衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和2014年6月10日獲取的QuickBird衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)遙感數(shù)據(jù)。對其分別進(jìn)行了多光譜與全色波段的融合，融合結(jié)果如圖1所示。

(a) SPOT影像(2008年5月31日)(b) QuickBird影像(2014年6月10日)

圖1研究區(qū)遙感影像

Fig.1Remotesensingimagesofstudyarea

融合后影像的基本信息見表1。

表1 融合后遙感數(shù)據(jù)基本信息Tab.1 Basic information of remote sensing data

2 遙感識(shí)別標(biāo)志

2.1 礦業(yè)用地

礦業(yè)用地具有其獨(dú)特的影像特征，在高空間分辨率遙感影像中易于識(shí)別。根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，礦業(yè)用地可分為采場、礦山建筑、中轉(zhuǎn)場地和固體廢棄物，其遙感識(shí)別標(biāo)志見圖2和表2。

(a) 采場 (b) 礦山建筑

(c) 中轉(zhuǎn)場地 (d) 固體廢棄物

圖2礦業(yè)用地遙感識(shí)別標(biāo)志
Fig.2Remotesensingidentificationkeysofmininglands

表2 礦業(yè)用地遙感識(shí)別標(biāo)志描述Tab.2 Description of remote sensing identification keys of mining lands

2.2 非礦業(yè)用地

根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，非礦業(yè)用地主要有居民地、耕地、林地以及主干道路。由于這些地物很常見，很容易在遙感影像中識(shí)別，文中不再贅述。

3 調(diào)查結(jié)果

利用ArcGIS軟件，基于上文識(shí)別標(biāo)志進(jìn)行人機(jī)交互解譯，在2期遙感影像中分別圈定出礦業(yè)用地和非礦業(yè)用地，并通過野外調(diào)查驗(yàn)證進(jìn)一步修改、完善室內(nèi)研究結(jié)果，形成礦業(yè)開發(fā)占用土地狀況的遙感調(diào)查成果。

利用2008年5月31日獲取的SPOT衛(wèi)星遙感影像，共圈定出礦業(yè)用地(含采場、礦山建筑、中轉(zhuǎn)場地和固體廢棄物)1.04 km2，非礦業(yè)用地(含居民地、林地、耕地和主干道路)8.26 km2。其中礦業(yè)用地約占研究區(qū)總面積的11.23%(表3和圖3(a))。

利用2014年6月10日的獲取的QuickBird衛(wèi)星遙感影像，共圈定出礦業(yè)用地約4.31 km2，非礦業(yè)用地約4.99 km2。其中礦業(yè)用地約占研究區(qū)總面積的46.39%(表3和圖3(b))。

表3 研究區(qū)各類用地面積統(tǒng)計(jì)Tab.3 List for land area in study area

(a) 2008年 (b) 2014年

圖3礦業(yè)用地狀況遙感調(diào)查結(jié)果

Fig.3Resultsofremotesensingsurveyforminingland

4 礦業(yè)用地變化分析

由表3可知，2008年5月31日—2014年6月10日，研究區(qū)內(nèi)礦業(yè)開發(fā)占用土地從1.04 km2增加至4.31 km2，增加了3.27 km2(圖4)，礦業(yè)用地占研究區(qū)總面積的比例約增加了35%。

圖4 礦業(yè)用地變化Fig.4 Changes of mining land

礦業(yè)用地中，采場面積增加了2.25 km2，約占礦業(yè)用地增加總面積的69%； 礦山建筑面積增加了0.15 km2，約占礦業(yè)用地增加總面積的5%； 中轉(zhuǎn)場地面積增加了0.39 km2，約占礦業(yè)用地增加總面積的12%； 固體廢棄物面積增加了0.48 km2，約占礦業(yè)用地增加總面積的14%(圖5)。

圖5 增加的礦業(yè)用地Fig.5 Increased mining land

結(jié)合遙感影像分析，2008年研究區(qū)內(nèi)的礦產(chǎn)資源以地下開采為主，占用的土地?cái)?shù)量較少； 而2014年以露天開采為主，占用土地較多。可見，開采方式的轉(zhuǎn)變是造成礦業(yè)用地大幅度增加的主要原因。在礦業(yè)用地類型上，采場增加的用地面積最大，也證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。

同時(shí)，研究區(qū)內(nèi)的非礦業(yè)用地減少了3.27 km2。其中，居民地面積減少了0.10 km2，約占非礦業(yè)用地減少總面積的3%； 耕地面積減少了1.53 km2，約占非礦業(yè)用地減少總面積的47%； 林地面積減少了1.65 km2，約占非礦業(yè)用地減少總面積的50%。由此可見，礦業(yè)用地的增加主要是占用了林地和耕地，同時(shí)也占用了一些居民地，造成部分村莊搬遷。

5 結(jié)論

1)遙感監(jiān)測結(jié)果表明，從2008年5月31日—2014年6月10日期間，研究區(qū)內(nèi)礦業(yè)開發(fā)占用土地增加了3.27 km2，礦業(yè)用地占研究區(qū)總面積的比例約增加了35%，礦業(yè)用地增長迅速。

2)開采方式的轉(zhuǎn)變是造成礦業(yè)用地大幅度增加的主要原因。研究區(qū)內(nèi)2008年以地下開采為主，到2014年轉(zhuǎn)為以露天開采為主，導(dǎo)致2014年礦業(yè)用地大幅度增加。

3)礦業(yè)用地的增加主要是占用了林地和耕地，同時(shí)也占用了一些居民地，造成部分村莊搬遷。

另外，本文尚有一些不足之處。本文以露天開采礦山為調(diào)查對象，各項(xiàng)數(shù)據(jù)基于地表覆蓋物的明顯變化得出，對于地下開采礦山形成的地下采空區(qū)及地表塌陷破壞土地狀況的研究尚未涉及，有待今后進(jìn)一步調(diào)查。

志謝： 本文研究和野外調(diào)查過程中得到了楊金中、聶洪峰、周英杰、李勇志等同仁的幫助，在此表示衷心的感謝！

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