韋 瑾 李思發(fā) 盧定彪 黃廣才 安 全

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院, 貴州 貴陽(yáng) 550000)

0 引言

礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用推進(jìn)了人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,然而,礦產(chǎn)資源開發(fā)過(guò)程中對(duì)礦山空間造成了破壞[1],使得礦山及其周邊環(huán)境變得脆弱不堪[2]。對(duì)此,各地相繼開展了礦山環(huán)境恢復(fù)治理工作[3]。因此,對(duì)礦山及時(shí)準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及科學(xué)評(píng)價(jià)能為礦山生態(tài)修復(fù)調(diào)查平臺(tái)建設(shè)[4]、數(shù)據(jù)更新、技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定等提供重要參考。目前,礦山環(huán)境恢復(fù)監(jiān)測(cè)及評(píng)估工作已廣泛開展[5-7]。此前的礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)監(jiān)測(cè)評(píng)估普遍采用地面人工巡查、無(wú)人機(jī)航飛遙感等方式進(jìn)行,在時(shí)間和效益上很難滿足各管理部門對(duì)生態(tài)恢復(fù)治理的需求[8]。隨著遙感技術(shù)的日益發(fā)展,依托高分辨率數(shù)據(jù)精度優(yōu)勢(shì),結(jié)合傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查工作特點(diǎn),就能實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山環(huán)境恢復(fù)、治理工程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和科學(xué)評(píng)價(jià)[9-10]。

本文以廣東省為例,采用遙感(remote sensing,RS)與地理信息系統(tǒng)(geographic information system,GIS)相結(jié)合的技術(shù)方法,以多種高分辨率遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合野外踏勘及以往資料建立了廣東省礦山環(huán)境恢復(fù)治理的遙感解譯標(biāo)志,依據(jù)解譯標(biāo)志,輔助最新礦業(yè)權(quán)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理地質(zhì)數(shù)據(jù)等,提取了研究區(qū)內(nèi)礦山恢復(fù)治理專題信息,對(duì)廣東省礦山環(huán)境恢復(fù)治理情況進(jìn)行了大尺度、高精度的遙感監(jiān)測(cè),通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的綜合評(píng)價(jià)分析,指出了存在的問(wèn)題并給出了相應(yīng)的建議,為其他地區(qū)礦山環(huán)境恢復(fù)治理提供經(jīng)驗(yàn),也能為政府管理決策、綠色發(fā)展指數(shù)統(tǒng)計(jì)提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣東省位于我國(guó)最南部,地處北緯20°13′～25°31′和東經(jīng)109°39′～117°19′之間,陸域面積1.798×105km2,占全國(guó)陸城總面積1.87%,全省下轄21個(gè)市。其成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,礦產(chǎn)資源豐富,是我國(guó)華南地區(qū)礦產(chǎn)資源重要的聚集區(qū)之一。截至目前,全省范圍內(nèi)探明礦產(chǎn)130余種,其中含金屬礦產(chǎn)、非金屬礦產(chǎn)及能源礦產(chǎn)等。金屬礦產(chǎn)中,鉛鋅礦儲(chǔ)量位居全國(guó)首列;能源礦產(chǎn)方面,鈾礦儲(chǔ)量相當(dāng)可觀;硫鐵礦、石膏、瓷土、水泥用灰?guī)r、飾面用大理巖是該省傳統(tǒng)非金屬礦產(chǎn),其中硫鐵礦、石膏始終是主要出口礦產(chǎn),而瓷土和飾面用石材是該省的主要建筑材料、陶瓷和建筑板材的主要原材料,涂布級(jí)高嶺土、硅藻土、硅灰石是近年來(lái)查明資源非常豐富的非金屬礦產(chǎn)。茂名和湛江是我國(guó)主要的高嶺土生產(chǎn)基地之一。全省規(guī)劃重點(diǎn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)150余個(gè),其中重點(diǎn)治理區(qū)域10余處。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1.1遙感數(shù)據(jù)

本文使用的遙感數(shù)據(jù)是中國(guó)自然資源航空物探遙感中心提供的高空間分辨率遙感影像數(shù)據(jù)(3E級(jí)產(chǎn)品,即經(jīng)正射、精校正、鑲嵌,并按行政區(qū)裁剪后的影像數(shù)據(jù)),以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)對(duì)礦山環(huán)境恢復(fù)治理情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),使用2018年和2019年兩期遙感影像,覆蓋范圍為廣東省全域。影像數(shù)據(jù)主要涉及ZY3、GJ-1、GF-1、GF2、GF-6、P1、SPOT6、KS2等衛(wèi)星數(shù)據(jù)。其中,ZY3空間分辨率為2.1 m、GF-1和GF-6空間分辨率為2 m、SPOT6空間分辨率為1.5 m、GF-2和KS2空間分辨率1 m、GJ-1和P1空間分辨率為0.5 m。各衛(wèi)星影像空間分辨率均優(yōu)于2.5 m,符合礦山環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范要求。此外,為了更好地展示提取的信息,文章在基于不同分辨率遙感影像解譯信息制圖時(shí)選取了不同的比例尺。通常,優(yōu)于1 m分辨率的影像采用1∶2 000比例尺,其余影像采用1∶10 000比例尺。

2.1.2礦業(yè)權(quán)數(shù)據(jù)

本文除遙感數(shù)據(jù)外還使用了中國(guó)自然資源航空物探遙感中心提供的最新礦業(yè)權(quán)數(shù)據(jù),用于定位礦山范圍。廣東省共設(shè)置采礦權(quán)2 473個(gè),礦種涉及建材及其他非金屬礦產(chǎn)、冶金輔助原料非金屬礦產(chǎn)、化工原料非金屬礦產(chǎn)、能源礦產(chǎn)、水氣礦產(chǎn)、黑色金屬礦產(chǎn)、有色金屬礦產(chǎn)、貴重金屬礦產(chǎn)、稀有稀土分散元素金屬礦產(chǎn)和特種非金屬礦產(chǎn)等10類,分別為1 964個(gè)、44個(gè)、18個(gè)、114個(gè)、150個(gè)、64個(gè)、72個(gè)、24個(gè)、19個(gè)、4個(gè),其中以建材及其他非金屬礦產(chǎn)、水氣礦產(chǎn)、能源礦產(chǎn)礦權(quán)數(shù)量最多。

2.2 研究方法

2.2.1遙感解譯標(biāo)志建立

礦山環(huán)境恢復(fù)治理監(jiān)測(cè)信息提取的前提和關(guān)鍵是解譯標(biāo)志的建立。根據(jù)本文工作的內(nèi)容,對(duì)礦山環(huán)境恢復(fù)治理情況建立了解譯標(biāo)志。礦山環(huán)境恢復(fù)治理情況又包括工程恢復(fù)和自然恢復(fù)兩類。礦山環(huán)境工程恢復(fù)治理主要指通過(guò)工程對(duì)廢石、采坑等采取平整、回填、覆土等工程防治措施[11],一般分為草地、林地、耕地、園地、公共設(shè)施、水域、住宅、交通等地物類型。礦山環(huán)境自然恢復(fù)主要指礦山關(guān)閉后,廢棄礦山的松散裸露面逐步趨于穩(wěn)定、植被自然恢復(fù),一般分為草地、灌木和水坑三大類。草地、林地、耕地是廣東省典型的工程恢復(fù)地物,草地和水坑是廣東省典型的自然恢復(fù)地物,其余地物在廣東省礦山恢復(fù)治理中占比較小,不具有典型性,本文僅選取了典型地物類型的解譯標(biāo)志進(jìn)行展示。

各類型恢復(fù)模式地物都有其各自的解譯特征,整體來(lái)說(shuō)工程恢復(fù)類地物普遍紋理較規(guī)則,輪廓清晰,人工痕跡明顯[12](表1)。

表1 廣東省礦山環(huán)境工程恢復(fù)典型地物解譯特征

自然恢復(fù)在影像上紋理較為雜亂,輪廓不規(guī)則，顏色不均勻(表2)。

表2 廣東省礦山環(huán)境自然恢復(fù)典型地物解譯特征

2.2.2礦山恢復(fù)治理專題信息提取

本次遙感監(jiān)測(cè)解譯工作主要通過(guò)目視解譯的方法來(lái)完成,建立了解譯標(biāo)志之后,在ArcGIS10.2平臺(tái)疊加高分辨率遙感影像及最新礦業(yè)權(quán)矢量數(shù)據(jù),采用RS和GIS一體化的方式來(lái)提取廣東省礦山環(huán)境恢復(fù)治理專題信息。

專題信息包括對(duì)礦山環(huán)境恢復(fù)治理的現(xiàn)狀調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。礦山環(huán)境恢復(fù)治理現(xiàn)狀調(diào)查主要從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：調(diào)查礦山占損面積;調(diào)查礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理區(qū)域面積;調(diào)查礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理模式;調(diào)查礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理區(qū)域恢復(fù)治理前的礦山地物類型及面積、恢復(fù)后的地物類型及其面積;調(diào)查礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理區(qū)域恢復(fù)治理前的礦山礦產(chǎn)種類及面積、恢復(fù)后的面積。礦山環(huán)境恢復(fù)治理動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)主要是對(duì)恢復(fù)治理變化情況的調(diào)查,主要調(diào)查內(nèi)容為新增恢復(fù)前的礦山地物類型、恢復(fù)后的地物類型、新增恢復(fù)治理面積。

2.2.3野外調(diào)查

為了驗(yàn)證礦山恢復(fù)治理專題信息提取的可靠性,根據(jù)礦山分布情況,礦產(chǎn)類型、地物類型、野外調(diào)查路線等抽取了典型礦山,于2020年3月到12月期間,分別赴這些典型礦山進(jìn)行野外調(diào)查,實(shí)地核查有疑問(wèn)的信息、補(bǔ)充遺漏的信息、修改誤提信息。

2.2.4礦山恢復(fù)治理評(píng)價(jià)

本文通過(guò)礦山治理率來(lái)評(píng)價(jià)礦山環(huán)境恢復(fù)治理力度,計(jì)算方式如式(1)所示。

(1)

式中,ε為治理率;S為2019年礦山恢復(fù)治理面積;S′為2019年礦山占地面積。

3 結(jié)果與分析

截至2019年底,廣東省礦山恢復(fù)治理面積129.89 km2,礦山占損面積690.99 km2,礦山占地面積820.88 km2,整體治理率約為15.82%。礦山環(huán)境恢復(fù)治理面積整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),2019年度新增恢復(fù)面積為6.96 km2。

3.1 不同治理模式下礦山恢復(fù)治理成效評(píng)價(jià)

廣東省共解譯出5 182個(gè)礦山恢復(fù)治理點(diǎn),其中,自然恢復(fù)治理點(diǎn)3 072個(gè)，工程恢復(fù)治理點(diǎn)2 110個(gè)。自然恢復(fù)治理點(diǎn)數(shù)量約是工程恢復(fù)治理點(diǎn)數(shù)量的1.46倍。自然恢復(fù)總面積約是工程恢復(fù)的1.04倍(表3)。

表3 廣東省不同治理恢復(fù)治理成效

3.2 不同地物類型礦山恢復(fù)治理成效對(duì)比

廣東省礦山恢復(fù)治理前主要涉及采場(chǎng)、礦山建筑、中轉(zhuǎn)場(chǎng)地、固體廢棄物、連帶治理(其他土地)5種地物類型;廣東省礦山恢復(fù)治理后主要涉及林地、草地、水域、公共、住宅、園地、耕地、交通、其他這9種地物類型。截至2019年底,9種地物類型按礦山恢復(fù)治理面積由大到小依飲為：林地、草地、水域、公共、住宅、園地、耕地、交通、其他,分別為36.13 km2、33.54 km2、33.02 km2、12.25 km2、8.10 km2、3.49 km2、1.78 km2、0.85 km2、0.74 km2。

3.3 不同礦產(chǎn)種類礦山恢復(fù)治理成效對(duì)比

廣東省礦山恢復(fù)治理主要涉及能源、黑色金屬、有色金屬、稀有稀土、冶金輔助原料、化工原料、建材及其他非金屬7個(gè)礦產(chǎn)種類,按所屬礦產(chǎn)大類,可分為金屬礦產(chǎn)、非金屬礦產(chǎn)和能源礦產(chǎn)。截至2019年底,各礦種恢復(fù)治理總面積由大到小排序依次為非金屬類礦山、金屬類礦山、能源礦山;治理率由高到低排序依次為非金屬類礦山、能源礦山、金屬類礦山(表4)。

表4 廣東省不同礦產(chǎn)種類礦山恢復(fù)治理成效

3.4 不同地級(jí)行政區(qū)礦山恢復(fù)治理成效對(duì)比

根據(jù)各地級(jí)行政區(qū)礦山環(huán)境恢復(fù)治理力度統(tǒng)計(jì),排名前十的地級(jí)行政區(qū)由大到小依次為：深圳市、東莞市、湛江市、廣州市、茂名市、中山市、江門市、汕尾市、潮州市、佛山市;治理率分別為64.17%、51.16%、37.23%、37.21%、21.15%、20.79%、20.72%、19.45%、15.80%、14.76%。大部分市治理率在10%～20%之間,深圳市、珠海市和廣州市治理率最高,清遠(yuǎn)市、河源市和韶關(guān)市治理率不足10%(圖1)。總的來(lái)說(shuō),除湛江市和廣州市外,礦山占地面積越大,治理率越高。

圖1 廣東省各市礦山恢復(fù)治理成效

4 討論

本文以廣東省為對(duì)象,就其礦山環(huán)境恢復(fù)治理成效進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià),這是對(duì)現(xiàn)有廣東省礦山環(huán)境恢復(fù)治理評(píng)價(jià)研究的補(bǔ)充,在一定程度上彌補(bǔ)了相關(guān)研究的不足,同時(shí)也能為廣東省礦山恢復(fù)治理提供必要的參考依據(jù)。研究結(jié)果主要揭示了四點(diǎn)：

(1)就治理模式而言,廣東省自然恢復(fù)治理點(diǎn)是工程恢復(fù)治理點(diǎn)的1.46倍,而自然恢復(fù)的面積僅是工程恢復(fù)面積的1.04倍,說(shuō)明了工程恢復(fù)的周期更短,恢復(fù)速率更快,而自然恢復(fù)周期更長(zhǎng),恢復(fù)速率更慢。與前人的研究結(jié)果一致[13]。

(2)就地物類型而言,林地、草地和水域三類地物的恢復(fù)總面積遠(yuǎn)高于其他類型地物。這是由于廣東省的氣候條件獨(dú)特,常年降雨充沛,有利于林地、草地等作物的生長(zhǎng)[14],以及天然水坑的形成。

(3)就礦產(chǎn)種類而言,金屬類礦山的治理率遠(yuǎn)低于非金屬類和能源類礦山,這是因?yàn)榻饘兕惖V山恢復(fù)難度相較其他礦山更大。金屬類礦山開采方式多對(duì)土壤組成、結(jié)構(gòu)、水分、養(yǎng)分都有不同程度的破壞[15],廢棄地缺乏足夠的氮磷鉀等無(wú)機(jī)物[16],復(fù)墾難度較大[7],其生態(tài)修復(fù)技術(shù)門檻相對(duì)于非金屬礦山更高[17]。

(4)就行政區(qū)而言,礦山占地面積越大,治理率越低。治理率最高的深圳市、東莞市和廣州市礦山占地基數(shù)較小,整體恢復(fù)治理難度相對(duì)其他市較小;治理率最低的清遠(yuǎn)市、河源市和韶關(guān)市礦產(chǎn)資源較豐富[18],礦山占用土地較多,恢復(fù)治理難度更大;湛江市治理率相比占地面積相近的韶關(guān)市和惠州市,治理率高出了一倍多,這是因?yàn)檎拷幸苑墙饘俚V產(chǎn)居多,治理難度更小,治理率更高;廣州市治理率相比占地面積相近的潮州市和汕尾市,治理率高出近一倍,原因是廣州市作為廣東省的省會(huì)城市,對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的要求更高,投入的資金和政策更多[19],所以治理率也就更高。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)廣東省礦山環(huán)境恢復(fù)特點(diǎn),可得結(jié)論如下：

(1)通過(guò)對(duì)廣東省的兩種恢復(fù)治理模式治理點(diǎn)和治理面積的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)工程恢復(fù)的周期更短,恢復(fù)速率更快,而自然恢復(fù)周期更長(zhǎng),恢復(fù)速率更慢。

(2)廣東省礦山環(huán)境恢復(fù)治理后地物類型以林地、草地和水域?yàn)橹?在同等情況下可優(yōu)先考慮將這幾類地物作為恢復(fù)治理地物。

(3)廣東省對(duì)各類礦山的治理力度不一,非金屬礦山治理力度最大,能源礦山次之,金屬礦山治理力度遠(yuǎn)低于其他兩類礦山,對(duì)各種類礦山的治理工作力度應(yīng)均衡,尤其要加強(qiáng)對(duì)金屬礦山治理工作,以保證達(dá)成礦山恢復(fù)生態(tài)文明建設(shè)考核指標(biāo)。

(4)廣東省各市礦山治理率存在較大差異,主要與礦山占地基數(shù)有關(guān),這要求我們?cè)谕七M(jìn)礦山恢復(fù)治理工作過(guò)程中,對(duì)礦山占地基數(shù)大的市應(yīng)加大礦山恢復(fù)治理力度,爭(zhēng)取治理成效最大化。