基于RS與GIS的黑龍江省礦山地質環(huán)境評價研究

高永志，鄭衛(wèi)政，初　禹黑龍江省地質調查研究總院，黑龍江哈爾濱150036

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基于RS與GIS的黑龍江省礦山地質環(huán)境評價研究

高永志，鄭衛(wèi)政，初禹
黑龍江省地質調查研究總院，黑龍江哈爾濱150036

以遙感（RS）與地理信息系統(tǒng)（GIS）為技術支持及平臺，以黑龍江省為研究背景，對該區(qū)的礦山地質環(huán)境進行評價研究.對其環(huán)境質量做出定量評價，對評價結果進行合理的等級劃分，進而判別出黑龍江省存在的最主要的地質環(huán)境問題及問題區(qū)，并針對問題提出合理化建議，從而為礦山環(huán)境保護和礦山環(huán)境問題的防治提供有效指導，為政府實施礦山環(huán)境問題防治工程以及相關企業(yè)杜絕和減少環(huán)境地質危害提供規(guī)劃和決策依據(jù).

RS；GIS；礦山；地質環(huán)境；評價；黑龍江省

0　引言

黑龍江省2005年礦山地質環(huán)境評價［1］中，主要是依據(jù)地質災害等礦山地質環(huán)境問題因子作為評價依據(jù)，但是在指標制定、多層次評價方法方面存在著眾多亟待研究解決與深化的問題.國內外在礦山地質環(huán)境調查研究工作中對評價因子選取、指標制定和評價方法方面進行了積極的探索，取得了可喜進展［2-5］.如徐友寧［6］等對西北地區(qū)礦山環(huán)境地質問題作了細致的分類，并結合實例分別應用要素指標加權分值綜合評價法、模糊數(shù)學多層次綜合評判法、灰局勢評價法進行綜合評價，在確定指標權值時有機綜合客觀賦權值法（熵值法）和主觀賦權值法（專家評估法、層次分析法、集值迭代法）得出了綜合權值；王海慶等［7］對礦山地質環(huán)境評價因子選擇和權重確定作了深入研究.本次研究在黑龍江省礦山環(huán)境監(jiān)測基礎上，結合最新地質環(huán)境評價方法研究成果，完成黑龍江省礦山地質環(huán)境評價工作.

1　研究區(qū)概況

黑龍江省礦產資源豐富，全省已發(fā)現(xiàn)133種礦產，各類礦產地806處，礦產資源開采礦區(qū)為496處（包括基建、停采、閉坑礦區(qū)）.豐富的礦產資源為我國的國民經(jīng)濟發(fā)展提供了良好的物質條件，同時也引發(fā)了由于地質環(huán)境嚴重破壞而造成的地質災害.根據(jù)黑龍江省礦山地質環(huán)境調查與評估成果可知，黑龍江省礦山環(huán)境地質問題有30多種，主要包括塌陷、滑坡、地裂縫、崩塌、水土流失、土壤沙化、土壤鹽堿化和草原退化、土地破壞、地下水污染、地貌景觀及植被的嚴重破壞等.

2　技術方法

結合黑龍江省內已有的自然地理和基礎地質資料，首先對黑龍江省進行礦山環(huán)境遙感調查，主要包括礦山開發(fā)占地調查、礦山地質災害及隱患調查、礦區(qū)環(huán)境污染調查和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復治理情況調查.

其次，確定評價原則：在遙感調查與監(jiān)測成果的基礎上，以黑龍江省礦區(qū)各類礦山環(huán)境問題的歷史、現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢為依據(jù)，以采礦對環(huán)境影響程度、兼顧地質環(huán)境背景、突出重點為評價原則，根據(jù)不同礦山環(huán)境特征，采取相應的評價方法.

第三，確定評價單元，本次評價研究根據(jù)實際公里網(wǎng)將整個黑龍江省研究區(qū)域劃分成統(tǒng)一大小和形狀的離散網(wǎng)格（多數(shù)為正方形，區(qū)域邊緣為不規(guī)則四邊形），即所謂的正方形網(wǎng)格單元劃分法，以每個正方形作為基本評價單元.

第四，建立礦山地質環(huán)境評價指標體系及模型，選擇主要參考因子即評價指標.要求在建立評價指標體系時要進行具體問題具體分析，盡量找出影響地質環(huán)境的主要因素，忽略次要因素.其評價結果應做到科學性、客觀性和可比性.首先對單因子進行等級劃分及評價.然后是在單因子等級劃分的基礎上，建立評價指標體系和綜合評價模型.最后按所提出的評價方案，對礦山地質環(huán)境質量進行評價.在評價指標等級一定的情況下，綜合評價中指標權重值的大小至關重要.指標權重值是左右評價結果的關鍵因素，因而，評價指標權重值的確定是礦山地質環(huán)境綜合評價研究的主要內容之一.本研究中利用層次分析法確定因子權重值.

最后，基于GIS平臺，根據(jù)各評價指標的分級評分標準及其權值，通過網(wǎng)格法計算分值并分為3個等級，從而分別得到各礦山地質環(huán)境子系統(tǒng)和礦山地質環(huán)境分級結果圖，并在此基礎上獲得礦山地質環(huán)境評價圖.

因為影響礦山地質環(huán)境的因素很多，而且各因素之間既相互聯(lián)系、相互影響，又各具不同的特點.因此本研究是在單因素評價的基礎上，對礦山地質環(huán)境質量進行綜合評價的.評價單元采用正方形網(wǎng)格單元，評價模型是要素指標加權分值綜合評價模型，權重值采用層次分析法，其中重要性標度根據(jù)專家打分和經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲得，基于ArcGIS平臺進行分析和評價，其流程如圖1所示.

圖1　礦山地質環(huán)境綜合評價流程圖Fig.1　Flow chart of the Assessment for Mine Geological Environment

根據(jù)礦產資源開發(fā)遙感監(jiān)測技術規(guī)范確定的各評價指標，以黑龍江省內地質、環(huán)境、礦產、遙感等領域15位專家組成的專家組確定的權重為最終的評價指標權重，從自然地理、基礎地質、資源損毀與地質環(huán)境等4個方面對5個工作區(qū)進行礦山地質環(huán)境綜合評價，將礦山地質環(huán)境劃分為一般、較差、差3個等級.

3　評價過程及結果

本次礦山地質環(huán)境評價采用正方形網(wǎng)格單元劃分方法，根據(jù)實際公里網(wǎng)將整個黑龍江省區(qū)域劃分成統(tǒng)一大小和形狀的離散網(wǎng)格，以其作為基本評價單元.黑龍江省共可以劃分為5108個評價單元.

評價工作共分兩個階段進行：第一階段確定以自然地理、基礎地質、資源損毀和地質環(huán)境影響作為礦山地質環(huán)境評價的4個子系統(tǒng)進行評價；第二階段針對以上4個礦山地質環(huán)境評價子系統(tǒng)的評價指標進行合理的選取.綜上所述，根據(jù)黑龍江礦山開發(fā)的歷史背景及現(xiàn)實情況，將構建的礦山地質環(huán)境評價體系分為兩個層次：（1）要素層，即自然地理、基礎地質、資源損毀和與地質環(huán)境4個子系統(tǒng)；（2）指標層，即每一要素包括若干指標，一個指標又可用一個或若干個因子表征，其中自然地理包括地形地貌、降雨量、植被覆蓋度和區(qū)域重要程度，基礎地質包括構造、巖性組合和邊坡結構，資源損毀包括開采礦山密度、開采強度、主要開采方式、主采礦種、占用土地比例，地質環(huán)境包括地質災害、地災隱患、污染和礦山生態(tài)環(huán)境恢復治理.要素層是影響礦山地質環(huán)境的主要因素，反映目標層的指標構成，所選指標既反映了產生地質環(huán)境問題的原因和潛在因素，又反映了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的現(xiàn)狀；指標層是由可直接度量的指標構成，是礦山地質環(huán)境評價綜合指標體系的最基本層面，礦山地質環(huán)境綜合評價可以根據(jù)各個指標的數(shù)據(jù)通過層次分析法計算得到.

經(jīng)過黑龍江省業(yè)內專家對各評價指標打分，利用層次分析法并結合黑龍江省內的礦山地質環(huán)境特點確定相應權重值（見表1）.根據(jù)因子權重和評分結果，將全省礦山生態(tài)地質環(huán)境劃分為3個等級區(qū)，即礦山地質環(huán)境問題嚴重區(qū)、礦山地質環(huán)境問題較嚴重區(qū)以及礦山地質環(huán)境問題一般區(qū).通過計算得到的評價結果是離散的，為了更好地進行評價工作，需要將這些數(shù)據(jù)進行插值分析，以得到連續(xù)的數(shù)據(jù)；然后用插值分析的結果生成評價等級界線，以得到整個工作區(qū)的分級評價結果，使得評價結果更符合客觀實際，如圖2.經(jīng)過插值運算得到的結果是：大部分沒有礦山的地區(qū)，從礦山地質環(huán)境評價的角度看，屬一般區(qū)；而礦山地質環(huán)境問題嚴重區(qū)主要分布在七臺河、雞西、鶴崗、雙鴨山等4個地市，總面積約2 514.16 km2，其中七臺河市礦山地質環(huán)境嚴重破壞區(qū)面積884.03 km2，雞西市礦山嚴重破壞區(qū)面積551.41 km2，鶴崗市礦山嚴重破壞區(qū)面積583.11 km2，雙鴨山市礦山嚴重破壞區(qū)面積495.62 km2，造成破壞的主要原因是由于煤礦中轉場地、固體廢棄物占用和破壞大量土地，以及礦山開發(fā)活動引起的一系列地質災害造成的.主要的災害類型有采空塌陷區(qū)、崩塌、滑坡、固體廢棄物及地裂縫.礦山地質環(huán)境問題較嚴重區(qū)主要分布在七臺河、雞西、鶴崗、雙鴨山、黑河、大興安嶺、伊春、牡丹江等8個地區(qū)，面積約117 916.74 km2，主要地質災害有地面塌陷、固體廢棄物和滑坡.

4　結論

黑龍江省內許多地方利用層次分析法進行了局部礦山地質環(huán)境評價，未形成全域評價結果.本次利用黑龍江省礦山環(huán)境地質調查成果，結合地質環(huán)境背景成果進行礦山地質環(huán)境評價，基本上反映出目前黑龍江省礦山地質環(huán)境現(xiàn)狀.這也是黑龍江省首次利用地質環(huán)境全要素對全省礦山地質環(huán)境進行量化評價，為黑龍江省全面開展礦山地質環(huán)境恢復治理工作提供了有效的科學的依據(jù).

4.1存在的主要問題

表1　礦山地質環(huán)境評價子系統(tǒng)及其指標權重值一覽表

通過礦山地質環(huán)境評價工作發(fā)現(xiàn)，黑龍江省礦山地質環(huán)境問題區(qū)主要分布在礦山開發(fā)集中的東部四大煤城，造成黑龍江省礦山地質環(huán)境問題嚴重的主要原因是人類礦業(yè)活動開發(fā)引起的地質災害，以及開發(fā)活動對地表景觀、地質遺跡、人文景觀的影響和破壞.

圖2　黑龍江礦山地質環(huán)境評價分區(qū)結果圖Fig.2　Division result map of the mine geological environment assessment in Heilongjiang Province

4.2對策建議

（1）針對黑龍江省礦產開發(fā)技術落后等情況，建議健全有關礦山開采的法律法規(guī)，從源頭杜絕采礦浪費情況；對已不能再次利用的廢棄固體廢棄物和廢棄采場進行土地平整、邊坡治理、復綠等礦山環(huán)境恢復治理工作.

（2）需要進一步加大礦山地質災害的治理力度，嚴重的地區(qū)應組織居民搬遷.重視不穩(wěn)定邊坡的調查與監(jiān)測，采取必要的防范與治理措施，危險時及時疏散群眾，或者提前組織搬遷.平衡礦產資源開發(fā)與人民生活環(huán)境的關系，適當限制人口密集區(qū)、重要經(jīng)濟區(qū)、重要水系區(qū)、重要交通干線附近的礦產資源開發(fā).對礦山地質災害應以預防和繞避為主，在開采礦產資源時，應盡量繞避居民地、交通干線、重要水系等密切關系人民生活、工農業(yè)生產的地物.

（3）改善礦山環(huán)境恢復治理現(xiàn)狀.各級政府和礦山企業(yè)要重視礦山環(huán)境恢復治理工作，加大礦山環(huán)境治理資金的投入力度.國土資源部門要加強礦山環(huán)境監(jiān)督管理，定期就本行政區(qū)域采礦權人對礦山環(huán)境治理的情況進行依法監(jiān)督檢查，與有關部門密切協(xié)作，共同搞好礦山環(huán)境治理工作，改善礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境.

（4）強化政府職能，建立健全有關政策與法規(guī)體系，采取強有力的監(jiān)管措施，對企業(yè)自籌完成的復綠工程進行有效組織、管理與協(xié)調.明確各級政府、礦山企業(yè)的責任、權利及義務.

（5）加強土地復墾制度管理、理論研究和技術方法創(chuàng)新.逐步建立科學合理、切實可行的礦業(yè)用地制度.治理廢棄礦山時要因地制宜，因礦施治，礦山植被恢復應與土地復墾、水土流失治理、物種多樣化和發(fā)展生態(tài)農業(yè)有機結合.

［1］郭長林.黑龍江省礦山地質環(huán)境綜合評價［J］.中國地質災害與防治學報，2005，16（4）：47—52.

［2］周愛國，周建偉，梁合誠，等編.地質環(huán)境評價［M］.武漢：中國地質大學出版社，2008.

［3］曹樹剛，武曉敏，劉敏.重慶市礦山地質環(huán)境評價方法探討［J］.山東科技大學學報：自然科學版，2007，26（2）：1—4.

［4］魯明星，孫金華，吳班.基于GIS的唐山市區(qū)環(huán)境地質模糊評價分析［J］.地震工程與工程振動，2006，26（3）：34—36.

［5］孔志召，董雙發(fā)，姜雪，等.基于層次分析法的礦山環(huán)境評價——以阜新礦集區(qū)為例［J］.世界地質，2012，31（2）：420—425.

［6］徐友寧.中國西北地區(qū)礦山環(huán)境地質問題調查與評價［M］.北京：地質出版社，2006.

［7］王海慶，陳玲.玲瓏-萊西地區(qū)礦山地質環(huán)境評價［J］.資源與產業(yè)，2011，13（3）：73—76.

Assessment of geological environment of mines in Heilongjiang Province based on RS and GIS

GAO Yong-zhi,ZHENG Wei-zheng,CHU Yu
Heilongjiang Institute of Geological Exploration and Research,Harbin 150036,China

Supported by the technology of remote sensing（RS）and geographic information system（GIS）,the geological environment of mines in Heilongjiang Province is assessed.With quantitative evaluation of the environmental quality,the evaluated results are classified to find out the main environmental geological problems and areas.The evaluation results would provide basis for planning and decision-making to protect and improve the geological environmental of mines and to eliminate and reduce the environmental geologicalhazards.

RS;GIS;mine;geological environment;assessment;Heilongjiang Province

1671-1947（2016）02-0171-05

X820.3

A

2015-08-18；

2015-12-21.編輯：張哲.

黑龍江省礦產資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測項目（編號12120115060401）資助.

高永志（1981—），男，碩士，工程師，主要從事遙感地質相關工作，通信地址黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)新鄉(xiāng)里街9號，E-mail//gaoyz@qq.com