基于遙感的礦山環境變化分析研究的應用
——以杭州閑湖城礦山為例

陳喜芬，吳文淵＊，鄭瑤瑤，傅顯浩，孫靜怡

（杭州師范大學理學院，浙江 杭州 311121）

在上個世紀90年代以前，杭州市閑林區內礦山大部分為建筑石料等礦山，余杭區歷史上開采的礦坑有220個，不同程度地影響著地形地貌、植被、生態環境和土地資源。隨著余杭閑林地區城市建設的發展，廢棄后的礦山環境改善，最為典型的就是東海閑湖城研究區所在的礦山，得到了環境保護利用和開發。尤其近年來，礦山的分布面積縮小，礦區得到了重建，變成了樓盤及水體，土地資源得到了較好的開發和利用[1-5]。

遙感技術的快速發展使得“多點位”、“多波段”“多時相”“多高度”的獲取和“多次增強”遙感信息處理的特征，為礦山地質環境調查研究工作提供了可靠的技術支持。近年來，不少研究工作者以遙感影像為基礎，對礦山開展了監測分析研究，對廢棄后的尾礦環境處理和治理建立了礦山環境遙感監測的工作，為環境的治理保護和廢棄礦山土地資源的利用開發提供了較為重要的信息基礎[6-14]。

本文以杭州市余杭區閑湖城礦山研究區為研究區域，使用1964年的鎖眼衛星Keyhole影像并結合1990年的Landsat TM影像、2000年的Landsat ETM+影像、2010年的Landsat TM影像和2018年的高分一號GF-1遙感影像，對54年來杭州閑林閑湖城礦山地區進行礦山環境變化分析研究，提取了近60年來的土地利用類型變化情況，利用遙感技術對礦山環境開展了監測研究，為礦山環境保護的監測工作提供了應用示例和方法。研究使用的美國鎖眼偵查衛星（Keyhole）于20世紀60年代開始運行，具有成像時間早分辨率高的特點，較好地還原了局部地區礦山環境的歷史信息，為遙感監測礦山環境提供了有力的歷史數據基礎。

1 研究區概況及遙感數據

研究區位于余杭閑林鎮，地處浙江省東北部，礦山資源豐富，主要有大理石礦、鉬鐵礦、麥飯石礦、石灰和水泥石礦等，其中研究區中為鉬鐵礦礦坑，上個世紀末，余杭區閑林礦山大多廢棄了，礦山土地復墾和恢復治理等工作不容忽視。

本次研究針對礦山地質環境監測狀況和變化情況，通過5期遙感影像，選取了1964年的鎖眼衛星Keyhole影像，1990年的Landsat TM影像、2000年的Landsat ETM+影像、2010年的Landsat TM影像，2018年的高分一號遙感影像（圖1），進行礦山環境保護的監測工作。

圖1 1964年～2018年遙感影像圖

圖2 1964年～2018年杭州閑湖城研究區地物類型分布圖

2 研究方法

2.1 數據預處理

本文所用的主要數據為覆蓋閑林礦山區的5期遙感影像，對1964年的鎖眼衛星影像做了正射校正、幾何精校正等預處理工作，對1990年11月9日、2000年10月11日、2010年5月24日的Landsat影像做了大氣校正、幾何精校正等預處理工作，對2018年5月3日的高分影像做了正射校正、幾何精校正等預處理工作。

2.2 礦區地物類型分類

為了更好的識別礦物地物變化和監測礦區環境保護變化，工作中在研究區選取了城鎮建設用地、草地、林地、水體、礦山用地等五大地物類型，對五期影像進行分類。

對1990年、2000年和2010年的Landsat TM影像結合輔助數據，包括NDVI植被指數、NDWI水體指數、NDBI城鎮指數等相應指數影像，通過最大似然法的方法對地物進行了分類，并利用實地采樣數據進行混淆矩陣的精度評估，3期遙感影像分類精度分別為90.67%，90.65%和93.98%。1964年的鎖眼衛星采用監督分類及目視解譯的方式，對影像進行了地物分類。分類精度達到90.22%。GF-1遙感影像使用面向對象分類的方式，分類精度達到93.59%。

2.3 礦區地物類型變化分析

工作中對分類后的地物類型數據進行轉換矩陣變化分析，得到了1964年～1990年礦區地物類型變化情況，1990年～2000年礦區地物類型變化情況，2000年～2010年礦區地物類型變化情況，2010年～2018年礦區地物類型變化情況，以及完成了1964年～2018年礦區地物類型變化的總情況研究。

表1 閑湖城研究區1964年～1990年地物類型變化矩陣

表2 閑湖城研究區1990年～2000年地物類型變化矩陣

表3 閑湖城研究區2000年～2010年地物類型變化矩陣

表4 閑湖城研究區2010年～2018年地物類型變化矩陣

表5 閑湖城研究區1964年～2018年地物類型變化矩陣

3 結果與討論

利用遙感分類和解譯的方法提取了1964年、1990年、2000年、2010年和2018年5期遙感影像的研究區的5種地物類型，得到了杭州閑湖城研究區地物類型分布圖（圖2）。

分類后的影像數據通過地物類型變化分析，得到了1964年～1990年、1990年～2000年、2000年～2010年、2010年～2018年以及1964年～2018年礦區地物類型變化結果（詳見表1～5）。

1964年～1990年（表1）礦區面積擴張，總增幅達23.793%，礦區面積的增長主要從1964年的林地、草地及居民地轉化而來；說明1964年～1990年間，閑湖城的礦山開礦擴張，不少林地、草地及居民地被開發成了礦山，同時城鎮建設用地和水體面積也有明顯增長幅度，其中城鎮建設用地增幅達85.632%，水體面積增長達167.91%，主要是由1964年的草地和林地變成了城鎮用地和水體，人為因素及生產建設對生態環境有一定的影響。

1990年～2000年（表2），林地較大幅度減少，減少總幅為24.641%；水體也在減少，從1964年～1990年其面積的占比減少63.415%，林地和水體均轉化為城市建設用地和草地。礦區的1.316%轉化未來城鎮建設用地。草地面積增長8.451%，其中50.372%由林地轉化而來。閑林這個時期內礦區整改的相關條例有一定的成效，體現在礦區面積增加較少，同時草地的面積較1990年有所增加，草地面積增加但是林地和河流、湖泊的面積減少。

2000年～2010年（表3），水體的面積增加明顯，增加了421.951%，其中由城鎮建筑用地轉化為水域面積的比例最大，占總變化量的57.243%，其次林地面積增幅為76.99%，平均每年增加7.69%，居民地面積持續增長。從2000年開始，杭州市余杭區開始土地整改，截至2010年底，全區除正在開采的7家礦山外，還有260多家已關停的露采廢棄礦山。研究中根據多個時段土地類型變化分析研究表明，杭州市閑林的礦上周圍環境變化主要驅動力為城市擴展的社會因素，礦區和草地、林地均轉換為居民地，城市土地利用類型的規劃方案及相關政策直接影響了礦山環境變化。

2010年～2018年（表4）林地和水體面積增長明顯，其中林地面積的增長9.818%，水體增長10.124%，居民地面積總增長1.899%；草地面積減少21.287%。從2011年浙江余杭區人民政府提出的《杭州市余杭區礦產資源規劃》中提出礦山自然生態環境保護目標：加強停采露天礦山，尤其是在城市周邊、交通要道、主要旅游景區的礦上治理，采取邊坡復綠方法，消除視覺污染和地質災害隱患，恢復生態環境；以資源轉換為手段，將開采后的礦山資源向建設土地、旅游用地等資源轉換，提高礦地綜合利用率和利用價值。及采取的另外一系列措施進行礦產資源的開發利用與保護，通過調整礦山布局、有效保護和利用礦產資源、提高礦地綜合利用水平，促進“環境立區”戰略發展。以杭州閑林閑湖城研究區為例，從10年開始林地的覆蓋面積及水體的覆蓋面積都保持著增長的趨勢，8年來分別增加9.818%和10.241%。

1964年～2018年（表5）增加最明顯的是水體增長288.051%，居民地增加81.306%，林地的面積增加76.931%，草地的面積減少幅度巨大為63.771%。水體面積的增加主要由草地、礦區和城鎮建設用地轉化而來，由草地轉化而來的占總變化面積的占50.174%，礦區土地轉化而來的占總變化面積的33.523%，城鎮建設土地類型轉化而來的占11.506%。城鎮建設用地主要由草地、礦區和林地轉化而來，草地轉化量占總變化量的75.285%，由礦區轉化而來的為10.2%，林地轉化量占總變化量的9.036%。

4 總結

本文使用1964年的鎖眼衛星影像、1990年、2000年、2010年的4期landsat TM、ETM+影像和2018年的高分衛星影像，研究了50多年來杭州余杭閑林地區的土地利用類型情況，土地利用類型分類精度達到90%以上。通過地物類型的轉移矩陣，分析不同時期內礦山的分布情況及礦山環境的變化情況，分析了1964年～2018年間杭州閑林閑湖城礦山研究區生態環境的變化情況，礦區面積逐年減少，最終消失，成為了居民地、水域、草地和林地。90年代以前礦山的開發擴張，但2000年以后，隨著生態意識的提高，資源的綜合利用力度加大，研究區礦山廢棄，同時環境得到了較好的整治和改善。