鞍山礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測

1、第10卷第3期資源與產(chǎn)業(yè)2008年6月RESOURCES&INDUSTRIESVol110No13Jun12008資源管理鞍山礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測偶星,白中科,錢銘杰(中國地質(zhì)大學(xué)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京100083)摘要:運(yùn)用遙感技術(shù)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測礦區(qū)環(huán)境,對(duì)保護(hù)礦區(qū)生態(tài),合理開發(fā)礦產(chǎn)資源有著重要的意義。本文以鞍山礦區(qū)為研究區(qū),通過遙感技術(shù),利用不同時(shí)相和不同分辨率的遙感影像,從宏觀到微觀,從整體到局部監(jiān)測鞍山礦區(qū)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化情況。鞍山礦區(qū)鐵礦、煤礦等礦產(chǎn)資源豐富,是我國重要的能源基地,但長期大規(guī)模和高強(qiáng)度的開采,造成礦區(qū)環(huán)境逐年惡化,成為制約地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。研究表明:20

2、002006年,鞍山礦區(qū)土地利用類型發(fā)生變化,工礦用地規(guī)模不斷擴(kuò)大,生態(tài)環(huán)境有所惡化,需要進(jìn)行科學(xué)的生態(tài)重建。關(guān)鍵詞:礦區(qū)環(huán)境;動(dòng)態(tài)監(jiān)測;變化監(jiān)測;鞍山中圖分類號(hào):X87文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:-0084-04NORINGVIAREMOTESENSINGONMINEENVIRONMENTINANSHANOUXing,BAIZhong2ke,QIANMing2jie(SchoolofLandScienceandTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)Abstract:Itisofsignificancetodynamically

3、monitorthemineenvironmentviaremotesensingforprotectingmineecologyanddevelopingmineralresources.Thispaper,basedonacasestudyofAnshanminearea,monitorsthemineenvironmentalchangesdynamicallyviaremotesensingatdifferenttimephasesanddifferentresolutions.Anshanmineareaasavitalenergybaseabundantinironandcoalr

4、esourceshasbeenlargelymined,resultinginadeterioratingmineenvironmentandbecomingabarriertoeconomyandecology.Thisstudyrevealsthatduring2000to2006thelandutilizationtypeshavebeenchanged,industrialandminingareaswereenlargedwhilethevegetationcoveragedeclinesandtheenvironmentbecomesdeteriorated,andpresents

5、asuggestiontoreestablishaecologicalenvironmentinAnshanminearea.Keywords:mineenvironment;dynamicmonitoring;environmentalchange;Anshan面積的土地資源、固體廢棄物的污染、開發(fā)規(guī)模的無限1概述礦產(chǎn)資源是我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要保證,但大規(guī)模的開采和高強(qiáng)度的利用,必然造成土地資源嚴(yán)重浪費(fèi)、生態(tài)環(huán)境日益惡化,制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展1。利用遙感影像,通過圖像處理、圖像增強(qiáng)、要素提取、模式識(shí)別,按照各環(huán)境要素的影像特征,可以獲取礦區(qū)環(huán)境狀況信息2制擴(kuò)大、水土嚴(yán)重流失、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)及

6、無證開采等等3。目前,國內(nèi)外許多科研人員針對(duì)礦區(qū)環(huán)境問題,利用多種方法進(jìn)行研究和監(jiān)測。遙感技術(shù)在其中發(fā)揮了重要作用,是目前運(yùn)用最廣泛的一種技術(shù),相對(duì)于其他傳統(tǒng)方法而言,具有時(shí)效性強(qiáng),信息多樣等優(yōu)點(diǎn)。鞍山礦區(qū)地處遼寧省中南部,屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),礦產(chǎn)資源分布密集,主要以鐵礦、煤礦、石灰?guī)r礦等為主。該地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)強(qiáng)度大,有亂采濫挖及越界開采的現(xiàn)象,局部礦區(qū)礦業(yè)秩序混亂,山區(qū)有零星的小型鐵礦分布,并且大小規(guī)模的采石場很多。由采礦引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境治理欠賬較多。運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測,為合理開發(fā)礦產(chǎn)資源提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)資料,實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的可持續(xù)發(fā)展,是生態(tài)

7、環(huán)境領(lǐng)域研究的重要課題。礦區(qū)環(huán)境的主要問題包括:地表植被破壞、壓占大收稿日期:2008-03-16;修訂日期:2008-04-08;責(zé)任編輯:劉英姿。基金項(xiàng)目:教育部高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新工程重大項(xiàng)目培育資金項(xiàng)目(706011)第一作者簡介:偶星(1984),男,碩士生,主要從事土地資源管理研究。E2mail:ouxing2004sina1com第3期偶星等:鞍山礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測852鞍山礦區(qū)遙感信息源的選取選擇合適的遙感信息源,提取和分析遙感影像上反映的地物信息,是進(jìn)行礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測的關(guān)鍵。常用的信息源有航空遙感圖像和衛(wèi)星遙感影像3-4。本次研究在監(jiān)測之前先對(duì)鞍山礦區(qū)進(jìn)行了一定的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)該

8、地區(qū)有較大的礦山,有大面積的廢渣堆和尾礦庫,如鞍山礦區(qū)的大孤山鐵礦區(qū),有小型礦山正在開采。按照經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則,并鑒于動(dòng)態(tài)監(jiān)測的重點(diǎn)和客觀條件,研究選用衛(wèi)星遙感影像圖作為調(diào)查圖件。具體圖件包括:空間分辨率為18m的2000年ETM數(shù)據(jù);空間分辨率為10m的2003年SPOT4數(shù)據(jù);空間分辨率為215m的2006年SPOT5數(shù)據(jù);空間分辨率為32m的2006年“北京一號(hào)”數(shù)據(jù);空間分辨率為016m的2006年QuickBird數(shù)據(jù)。光-近紅外范圍內(nèi)的光譜反射特征與周圍未被擾動(dòng)的地物有較大差異,這樣就使得利用遙感技術(shù)確定礦產(chǎn)開發(fā)規(guī)模和數(shù)量成為可能。5礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測整理不同時(shí)相和不同分辨率解譯數(shù)據(jù),

9、分析礦區(qū)20002006年開采資源過程中環(huán)境的發(fā)展變化。針對(duì)主要礦點(diǎn)開采數(shù)量和面積的分析,達(dá)到監(jiān)測礦區(qū)環(huán)境、土地利用及土地整理、復(fù)墾狀況等一系列相關(guān)信息的目的,同時(shí)也為提出改善鞍山礦區(qū)環(huán)境科學(xué)方法提供了基礎(chǔ)性的資料,為相關(guān)單位和部門制定合理有效的管理措施作了充分的準(zhǔn)備。511礦區(qū)礦產(chǎn)資源規(guī)劃執(zhí)行情況信息分析3手段,。實(shí)踐證明,這些監(jiān)測內(nèi)容和技術(shù)方法在一定程度上滿足了礦區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的目的。311監(jiān)測內(nèi)容通過利用不同分辨率、不同成像方式、不同時(shí)相的遙感圖像,提取礦山開采在地面形成的采礦設(shè)施、道路、礦產(chǎn)品加工、分選場地、開采面、尾礦庫、剝離物堆積占地等信息,提取由礦產(chǎn)資源開發(fā)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害(地面塌陷、

10、地裂縫、滑坡、崩塌、泥石流)的分布和范圍信息,提取由采礦活動(dòng)引發(fā)的污染、植被破壞、土地占用等信息,綜合分析已有的各方面的資料,達(dá)到對(duì)監(jiān)測地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)活動(dòng)的全面了解和動(dòng)態(tài)監(jiān)測的目的3。312監(jiān)測技術(shù)方法鞍山礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測的技術(shù)手段主要分3個(gè)步驟進(jìn)行:1)小比例尺礦產(chǎn)資源規(guī)劃執(zhí)行情況監(jiān)測;2)中比例尺重點(diǎn)區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)監(jiān)測;3)大比例尺關(guān)鍵區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)監(jiān)測。4數(shù)字圖像處理及信息提取數(shù)字圖像的處理按照?qǐng)D像預(yù)處理、幾何糾正、影像融合、數(shù)字鑲嵌、圖像增強(qiáng)、圖像解譯等相關(guān)步驟進(jìn)行5。礦區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的信息提取采用目視解譯與數(shù)字圖像處理提取方法相結(jié)合即人機(jī)交互式解譯的方法6。信息提取工作主要

11、是在MAPGIS軟件平臺(tái)上進(jìn)行,在此過程中建立適當(dāng)?shù)慕庾g標(biāo)志7可以在很大程度上幫助工作的進(jìn)行,并通過野外實(shí)地勘察,調(diào)整信息提取的準(zhǔn)確性。其中鞍山礦區(qū)礦產(chǎn)開發(fā)規(guī)模和數(shù)量的信息提取是環(huán)境監(jiān)測的重點(diǎn)。由于礦產(chǎn)的開發(fā)必然會(huì)產(chǎn)生人為的干擾場地,而這些場地中的地物在可見開展此項(xiàng)調(diào)查,、,、礦產(chǎn)資源分布、資源開采規(guī)劃、礦山環(huán)境治理規(guī)劃、自然保護(hù)區(qū)分布和風(fēng)景區(qū)分布等信息,以便更好地認(rèn)識(shí)研究區(qū)域的狀況?？臻g分辨率為32m的2006年“北京一號(hào)”數(shù)據(jù)和空間分辨率為18m的2000年ETM數(shù)據(jù)(ETM影像色彩比較模糊,只能用來作為宏觀監(jiān)測資料)分辨率很低,對(duì)于礦種及各種地類的判讀具有一定的難度,基本只判讀礦點(diǎn)的數(shù)量

12、和位置。在相關(guān)解譯標(biāo)志的幫助下,實(shí)際工作中借助了2006年規(guī)劃礦界,以此來判斷礦產(chǎn)資源的開采狀況,這樣可以大大減輕工作量,同時(shí)也相應(yīng)的提高了準(zhǔn)確性。雖然所提取的采礦用地規(guī)模和采礦引發(fā)的環(huán)境破壞及變化的大致信息相對(duì)于高分辨的數(shù)據(jù)來說存在著不準(zhǔn)確性,但從宏觀上分析整個(gè)礦區(qū)發(fā)展?fàn)顩r還是有很大的幫助的。經(jīng)分析,2006年“北京一號(hào)”所提取的大部分礦產(chǎn)資源的開采數(shù)量和面積都比2000年ETM所提取信息多,說明從20002006年,礦產(chǎn)的開采規(guī)模在進(jìn)一步的擴(kuò)大,開采強(qiáng)度也是逐年擴(kuò)大,這與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步有一定的聯(lián)系。具體分析“北京一號(hào)”數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)有大量的開采礦點(diǎn)分布于2006年規(guī)劃礦界之外,較2000

13、年ETM多,說明違規(guī)開采和濫開濫采礦產(chǎn)資源的形勢(shì)不容樂觀,需要進(jìn)行礦區(qū)開采的整治工作(圖1、圖2)。圖1、2中黑線為鞍山礦區(qū)規(guī)劃界線,區(qū)域?yàn)橛跋窠庾g礦點(diǎn)范圍,越界開采的現(xiàn)象很明顯,并且有愈演愈烈的趨勢(shì)。2000年礦點(diǎn)開采規(guī)模比較小,多為小型礦區(qū),并且在規(guī)劃礦界范圍內(nèi),2006年,礦區(qū)開采范圍向北推移,先前小型礦點(diǎn)由于資源開采完畢,先后閉礦,在影像上表現(xiàn)為裸土地,本次研究并沒有解譯出該地類信息。由于“北京一號(hào)”圖像顏色和分辨率的問題,礦點(diǎn)開采面積很難進(jìn)行準(zhǔn)確提取,所以此類變化趨勢(shì)的監(jiān)測還需要高分辨率影像的配合,利用2006年SPOT5數(shù)據(jù)與2000年ETM數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。在信息比較過程中,對(duì)采

14、礦信息有較大變化的地區(qū)進(jìn)行篩選,此類地區(qū)也是近一段時(shí)間采礦活動(dòng)頻繁發(fā)生的地86資源與產(chǎn)業(yè)2008年點(diǎn),需要利用比例尺為15萬的高分辨率圖像進(jìn)一步分析其變化趨勢(shì)。512重點(diǎn)區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)監(jiān)測信息分析開展此項(xiàng)工作,重點(diǎn)從采礦密集區(qū)內(nèi)各類礦山開發(fā)占地、礦區(qū)道路、采礦剝離物、廢棄物的特征出發(fā),進(jìn)行礦山開采狀況遙感調(diào)查與監(jiān)測;從地面塌陷、滑坡、崩塌、地裂縫、泥石流的形態(tài)和分布特征、植被破壞、巖體地層錯(cuò)動(dòng)等出發(fā),進(jìn)行礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查與監(jiān)測。重點(diǎn)區(qū)以空間分辨率為215m的2006年SPOT5影像和空間分辨率為10m的2003年SPOT4影像作為分析圖件。從影像圖上提取了礦產(chǎn)開采點(diǎn)位置、礦產(chǎn)開采點(diǎn)性

15、質(zhì)、礦區(qū)占地范圍、固體廢棄物分布、植被、耕地破壞及變化、尾礦庫的面積及變化、采石場第3期偶星等:鞍山礦區(qū)環(huán)境動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測514信息綜合分析87的數(shù)量及規(guī)模。在此基礎(chǔ)上疊加采礦權(quán)數(shù)據(jù),判斷各類采礦點(diǎn)是否有非法開采與越界采礦現(xiàn)象(表1)。表1鞍山礦區(qū)2003年、2006年工礦用地?cái)?shù)量信息工礦用地鐵礦廢渣堆尾礦庫選礦廠石灰?guī)r煤礦數(shù)量/個(gè)面積/hm2把3個(gè)步驟(小比例尺礦產(chǎn)資源規(guī)劃執(zhí)行情況監(jiān)測、中比例尺重點(diǎn)區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)監(jiān)測和大比例尺關(guān)鍵區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)監(jiān)測)提取的信息和分析結(jié)果進(jìn)行綜合,這樣可以避免邏輯錯(cuò)誤的發(fā)生,同時(shí)也可以全面了解鞍山礦區(qū)的現(xiàn)狀和環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化狀況,預(yù)測未來整體和部分個(gè)體

16、的變化趨勢(shì),以利于解決措施的制定。6結(jié)論從鞍山礦區(qū)的整體情況看,資源開采規(guī)模在不斷,并且復(fù)墾方式多樣,矽石礦346016784。同采石場0432071時(shí)也為后期的土地整理與復(fù)墾工作積累了經(jīng)驗(yàn),為從數(shù)據(jù)來源:年SPOT4影根本上改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和生活環(huán)境打下了基礎(chǔ)。像解譯信息,礦區(qū)環(huán)境的恢復(fù)工作,應(yīng)該從落實(shí)開采規(guī)劃和進(jìn)從表1可以分析出,2006年SPOT5的信息量明顯行土地整理復(fù)墾工作抓起。開采規(guī)劃是根據(jù)一定時(shí)期比2003年SPOT4的多,各礦種的數(shù)量和面積都逐年擴(kuò)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展?fàn)顩r所制定的,具有一定的科學(xué)合理大,特別是本地區(qū)的主要礦產(chǎn)資源鐵礦和煤礦,開采性,所以必須嚴(yán)格執(zhí)行8-9。土地整理和復(fù)

17、墾是重建的數(shù)量幾乎增加了一倍。廢渣堆和尾礦庫的數(shù)量與面生態(tài)系統(tǒng)和恢復(fù)土地生產(chǎn)力的重要手段,所以必須制積也在大幅度地增加,工業(yè)廢渣和廢水有亂堆亂排的定合理的復(fù)墾方案和進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)10。同時(shí),要現(xiàn)象。從另一個(gè)方面來說,開采規(guī)模加大,礦點(diǎn)和附加大力度治理浪費(fèi)國家資源的現(xiàn)象,從源頭控制生態(tài)屬的工礦設(shè)施用地的面積就會(huì)進(jìn)一步相應(yīng)的擴(kuò)大,加環(huán)境惡化的狀況發(fā)生。上無序地堆排工業(yè)廢料廢水,相應(yīng)的植被覆蓋面積、運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行礦區(qū)環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測,按照3水域面積就減少了,并且發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)環(huán)境惡個(gè)層次,即小比例尺礦產(chǎn)資源規(guī)劃執(zhí)行情況監(jiān)測、中化的可能性也就加大了。所以礦區(qū)環(huán)境的管理工作需比例尺重點(diǎn)區(qū)礦產(chǎn)資源開

18、發(fā)多目標(biāo)監(jiān)測及大比例尺關(guān)進(jìn)一步的加強(qiáng),相關(guān)的政策措施需要得到落實(shí)。鍵區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)監(jiān)測,從宏觀到微觀,從整513高分辨率關(guān)鍵區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標(biāo)監(jiān)測信息體到局部進(jìn)行全方位監(jiān)測,是礦區(qū)環(huán)境實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測的有效方法。高分辨率數(shù)據(jù)在實(shí)際工作中已得到很大的應(yīng)用,所以在鞍山礦區(qū)的調(diào)查中,充分發(fā)揮了高分辨率數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)圖像的優(yōu)勢(shì),詳細(xì)提取關(guān)鍵區(qū)內(nèi)與采礦活動(dòng)有關(guān)的地1郭達(dá)志.礦區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與整治J.四川測繪,1999,(22):物信息,在此基礎(chǔ)上疊加采礦權(quán)數(shù)據(jù),判斷各類采礦1542158點(diǎn)是否有非法與越界采礦現(xiàn)象。2侯鵬.基于遙感和地理信息系統(tǒng)的礦區(qū)環(huán)境監(jiān)測與評(píng)價(jià)D.青工作中,主要以分辨率為016m的2006年島:山東科技大學(xué),2004QuickBird影像為依據(jù),詳細(xì)提取了關(guān)鍵區(qū)內(nèi)和重要3李成尊,聶洪峰,汪勁,等.礦山地質(zhì)災(zāi)害特征遙感研究J.國礦區(qū)采礦活動(dòng)有關(guān)的地物信息,達(dá)到關(guān)鍵地區(qū)