基于遥感及地理国情数据的矿山环境监测研究

杨 波,朱树叶

(1.宁夏回族自治区国土测绘院，宁夏 银川 750002)

环境问题已成为当今世界各国最为关注的焦点之一，对环境的现状和变化进行有效监测是大势所趋。但是，由于理解不深入以及法制法规的不完善，在矿产资源开发利用过程中许多矿山忽视环境保护工作，给矿区带来了一系列的环境生态问题[1]。

此次监测是利用多源遥感数据、野外调查数据以及地理国情普查数据，通过内业判读与外业核查对银川市贺兰山东麓非煤矿山进行环境监测，查明监测区各期土地利用情况和矿山压占、破坏土地以及矿山恢复治理状况，并对比三期数据得到监测区的土地类型年变化率、相互转化度和矿山压占、破坏土地以及恢复治理变化情况，进行趋势分析和研究，并对监测区非煤矿山环境质量进行评价。

1 监测区概况与数据源

1.1 监测区概况

此次监测的非煤矿山位于贺兰山东麓，行政区划属于银川市，其范围南起永宁县闽宁镇，北至贺兰县与平罗县边界，东界至110国道，西界贺兰山东麓。银川市所辖的贺兰山东麓露天砂石矿主要分布在套门沟矿区、镇北堡矿区、贺兰县宰牛沟矿区和永宁县黄羊滩矿区。

1.2 数据源

1）宁夏第一次地理国情普查成果数据（现势性为2015年）。

2）贺兰山东麓露天采矿破坏环境状况调查资料。

3）影像资料。此次监测共获取了三期遥感影像，分别是分辨率为0.8 m的2016年高分2号卫星影像；分辨率为2.5 m的2010年ALOS卫星影像资料；分辨率为0.6 m的2005年QuickBird卫星影像。

2 技术路线与数据分析

2.1 技术路线

收集整理 2005、2010、2016 年监测区的遥感影像、地理国情普查及贺兰山东麓露天采矿破坏环境调查等相关资料，对监测区三期遥感影像进行解译。经过野外核查后对遥感解译数据进行演化分析。最后，对监测区的非煤矿山环境质量现状进行综合评价。针对监测中发现的问题，提出相应的整治措施。

2.2 监测数据分析

2.2.1 监测信息提取

根据银川市贺兰山东麓非煤矿山环境监测项目工作实际需要，将提取信息分两大类九小类，对监测区的土地利用现状和每个矿山基本情况进行识别、提取，具体的提取信息如图1所示。

图1 非煤矿山遥感提取与监测对象

2.2.2 数据演化分析

1）提取2005、2010、2016 年的土地利用数据，得到各个时期的土地利用类型面积及变化信息，利用单一地表覆盖类型及矿种类型动态度和综合地表覆盖类型动态度对监测区土地变化和转化情况进行了分析[2-3]。根据三期遥感解译数据，得到2005～2010、2010～2016地表覆盖类型间的转移矩阵，由转移矩阵可得到2005～2010、2010～2016年各类用地互相转化的面积和转化度。

2）监测区土地利用三期演化分析。单一地表覆盖类型及矿种类型变化率，通过计算研究区域内某种地表覆盖类型及矿种类型在监测期末(t2)与监测期初(t1)之间的数量的年均变化速率，从而分析出在时间上的发展和变化[4,5]，称为单一地表覆盖类型及矿种类型的变化率。其数学表达式为：

式中，Ki为研究时段内某单一地表覆盖类型及矿种类型变化率；LA(i,t2)、LA(i,t1)分别为研究期末及研究期初某一种地表覆盖类型及矿种类型的面积[5-6]；t2～t1为研究时段，当t的时段设定为年时，Ki的值就是该研究区某种地表覆盖类型及矿种类型的年变化率[5,7]。

通过对遥感影像进行解译，得到监测区各时段土地利用类型面积、土地利用变化面积（ha）、年变化率（表1）、土地利用柱状图（图2）及土地利用类型变化量曲线图（图3）[8]。

表1 监测区土地利用变化面积（ha）和年变化率

图2 监测区三期土地利用情况柱状图

综合地表覆盖类型动态度：综合地表覆盖类型动态度考虑研究时段内地表覆盖类型间的转化速度，反映了区域地表覆盖变化的剧烈程度，其数学表达式为[9]：

式中，Lc为研究时段内综合地表覆盖动态度；LUi为研究初期第i类地表覆盖类型面积；△LUi-j为研究期内第i类地表覆盖类型转为非i类(j类，j=1，2，…n)地表覆盖类型面积的绝对值。根据三期遥感解译数据，得到2005～2010、2010～2016地表覆盖类型间的转移矩阵，见表2、3。

图3 土地利用类型变化量曲线图

表2 监测区2005～2010年土地利用变化转移矩阵面积/ ha

表3 监测区2010～2016年土地利用变化转移矩阵面积/ ha

由式（2）计算可知，2005～2010年综合地表覆盖类型转换度为0.97%；2010～2016年综合地表覆盖类型转换度为1.43%。

3）监测区非煤矿山三期演化分析。通过提取各个时期的非煤矿山基础数据，得到了 2005、2010年及2016 年的监测区矿山数量、采场数量和采场占地面积。2005～2010 年期间采场数量减少9个，年变化率-2.22%，占地面积增加538.80 ha，年变化率为10.76%；2010～2016年期间矿山数量减少13个、采场数量增加10个、采场数量年变化率2.31%，占地面积增加212.53 ha；2005～2016年采场数量基本保持稳定，但占地面积逐年递增，截止目前，采场面积为1 752.59 ha。

3 监测区非煤矿山环境质量评价

3.1 非煤矿山植被覆盖率

矿产资源开发中植被覆盖率是评价矿区环境的重要指标[1]。非煤矿山监测区植被覆盖率=非煤矿山监测区植被面积/非煤矿山监测区面积。

根据三期遥感解译数据得到监测区从2005～2016年植被覆盖率逐年递减，春-夏季植被覆盖率在11 a间降低了4.45%；秋-冬季植被覆盖率降低了10.27%，同时从三期拟合曲线上可以看出，监测区植被覆盖率仍处于降低趋势。

3.2 非煤矿山恢复治理率

矿山的环境恢复治理率也是矿区进行环境评价的重要指标之一。非煤矿山恢复治理率=非煤矿山恢复治理面积/非煤矿山总破坏面积[1]。

根据三期遥感解译数据结合自治区国土资源厅地质环境处资料得到2005～2010年恢复治理面积为512.90 ha,矿山破坏、压占土地面积为1 540.06 ha，恢复治理率33.30%；2005～2016年恢复治理面积为578.231 ha，矿山破坏、压占土地面积为1 752.59 ha，恢复治理率32.99%。监测区从2005～2016年矿山恢复治理面积持续增长，但恢复治理率几乎保持不变。随着近几年关于矿山恢复治理等一系列政策、规范的出台，矿山恢复治理面积应该会持续增长。

3.3 评价结果

1）以整个监测区为研究对象可以发现，植被覆盖率在11 a间持续降低，这对监测区的环境质量是不利的。

2）非煤矿山的恢复治理率在逐年上升，但同期矿山破坏、压占土地也在增长，破坏和治理的不同步会导致矿山环境质量进一步下降，直接对监测区的环境造成不利影响。

4 结 论

本文基于遥感及地理国情数据，对银川市贺兰山东麓非煤矿山环境进行监测，对监测结果进行评价和分析，并提出了治理整顿措施和建议，为相关行业提供参考。