西藏礦山環(huán)境恢復治理現(xiàn)狀遙感研究

陳玲

中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083

黨的“十八大”以來，生態(tài)環(huán)境工作被提到了前所未有的高度。在習總書記“十九大”報告中，更明確地要求“著力解決突出環(huán)境問題”，構建政府為主導、企業(yè)為主體、社會組織和公眾共同參與的環(huán)境治理體系。礦山環(huán)境恢復治理逐漸成為衡量地方礦政管理部門工作業(yè)績的重要指標之一。而遙感具有宏觀、客觀、快速等技術優(yōu)勢，近些年逐漸被應用于礦山環(huán)境恢復治理情況的調查與監(jiān)測[1-2]。

雖然很早就有學者探討過礦山環(huán)境的問題[3-5]，但迄今關于使用遙感技術開展礦山環(huán)境恢復治理情況調查與監(jiān)測的報道尚不多。楊金中等[1-2]在《中國礦山地質環(huán)境遙感監(jiān)測》專著中報道了全國礦山環(huán)境恢復治理情況遙感調查成果概況；楊顯華等[6]報道了利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)研究冕寧牦牛坪稀土礦的礦山環(huán)境綜合治理情況；陳琪等[7]報道了利用遙感和GIS技術開展云南省元陽某金礦礦集區(qū)的礦山環(huán)境恢復與治理規(guī)劃情況；王海慶等曾報道過山東濟寧[8]和西藏日喀則[9]礦山環(huán)境恢復治理情況遙感監(jiān)測的工作成果。

但利用遙感技術開展礦山開發(fā)占損土地的報道卻已屢見不鮮，尤其是近些年來，隨著中國地質調查局部署的礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標遙感調查與監(jiān)測、礦產(chǎn)資源開發(fā)多目標遙感監(jiān)測、全國礦產(chǎn)衛(wèi)片遙感解譯、礦山遙感調查與監(jiān)測、全國礦產(chǎn)資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測、全國2017年新增的恢復治理狀況監(jiān)測、全國礦山開發(fā)狀況遙感地質調查與監(jiān)測、全國礦山環(huán)境恢復治理狀況遙感地質調查與監(jiān)測等一系列礦山遙感監(jiān)測項目在全國的實施，對礦山開發(fā)占損土地面積的遙感調查方法日趨成熟。比如，魚磊等[10]、王昊等[11]、楊涵水等[12]、汪潔等[13]、楊顯華等[14]、馬國胤等[15]、于博文等[16]、王曉紅等[17]、鄧瑩[18]、蔣勁等[19]、楊金中等[20]、強建華和于浩[21]、路云閣等[22]、周英杰等[23]、高永志等[24]、強建華[25]、方雪娟等[26]、郝利娜等[27]從不同角度介紹了礦山遙感監(jiān)測的技術方法或調查成果；王海慶等利用遙感技術開展了多項礦山開發(fā)損毀土地方面的調查研究[28-32]。

上述報道為本文的研究提供了思路和借鑒。本文綜合利用以上報道的技術方法，結合承擔項目的實際情況，對西藏自治區(qū)礦山環(huán)境恢復治理現(xiàn)狀進行遙感調查研究，分析不同恢復治理措施的治理效果，進而提出相應的推廣建議及適用地區(qū)。

1 研究區(qū)概況

西藏地處青藏高原，是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。據(jù)百度網(wǎng)絡資料，西藏的地貌大致可分為喜馬拉雅高山區(qū)、藏南谷地、藏北高原和藏東高山峽谷區(qū)。藏南和藏北氣候差異很大。藏南谷地受印度洋暖濕氣流的影響，溫和多雨，年平均氣溫8 ℃，最低月均氣溫-16℃，最高月均氣溫16 ℃以上。藏北高原為典型的大陸性氣候，年平均氣溫0 ℃以下，冰凍期長達半年，最高的7月不超過10 ℃，6～8月較溫暖，雨季多夜雨，冬春多大風。總體來說，西藏海拔高，空氣稀薄，植被生長極其緩慢，礦山環(huán)境恢復治理難度大。

西藏自治區(qū)已開發(fā)利用的礦產(chǎn)有30余種。礦產(chǎn)資源開采主要集中在岡底斯成礦帶[32]，尤其是拉薩市墨竹工卡縣—日喀則市謝通門縣一帶，拉薩市的礦山相對密集，其余地區(qū)礦山比較分散。遙感調查發(fā)現(xiàn)，西藏自治區(qū)總體礦山開采強度不高，正在利用的涉礦用地面積為86.54 km2[31]，廢棄的涉礦用地面積小于正在利用的涉礦用地面積[1-2]。礦業(yè)活動對環(huán)境的影響主要是地表景觀破壞、固體廢棄物裸露、地表揚塵以及礦山地質災害等。

表1 常見恢復治理前后情況對比Table 1 Comparison between common situations before and after rehabilitation

2 調查方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)源與預處理

為了實現(xiàn)本文的研究目的，獲取了西藏自治區(qū)2016和2017年度同一時間節(jié)點、并經(jīng)過專業(yè)隊伍預處理的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。2016年度的遙感影像的類型涉及GF1、GF2、ZY3、YG8、CB04、PLB、RE、SPOT6、SPOT7、BJ2等，包括單波段的灰度圖像和真彩色合成圖像；空間分辨率以5 m為主，其次是2 m，人口密集區(qū)域為1 m或0.5 m。2017年度的遙感影像的類型涉及GF1、GF2、ZY3、YG8、02C、PLB、RE、SPOT6、BJ2、WV2等，也包括單波段的灰度圖像和真彩色合成圖像；空間分辨率以5 m為主，人口密集區(qū)域、主要礦區(qū)為2 m或1 m。兩個年度的衛(wèi)星圖像中，云雪覆蓋較少，且主要集中在喜馬拉雅等高山區(qū)；大部分地區(qū)都有植被覆蓋，但受采礦作業(yè)影響，礦區(qū)內植被稀少；成像質量較佳；結合GoogleEarth等網(wǎng)絡遙感影像資源，可以較好地用于識別礦山地物和調查礦山環(huán)境恢復治理面積等。獲取的遙感數(shù)據(jù)較好地覆蓋了西藏自治區(qū)全境，為本文研究奠定了良好的遙感數(shù)據(jù)基礎。

鑒于兩個年度的衛(wèi)星圖像涉及多種衛(wèi)星傳感器和不同的空間分辨率，在使用之前，首先進行數(shù)據(jù)預處理，包括高精度幾何糾正和空間配準、地圖投影校正等，以確保礦山地物在地理位置、空間形態(tài)與面積、不同來源圖像匹配等方面的準確。

2.2 遙感識別方法

恢復治理前的礦山開發(fā)占損土地遙感識別方法成熟，前人、尤其是礦山遙感監(jiān)測技術人員，對礦產(chǎn)資源開發(fā)占損土地的遙感識別方法有過大量報道，其技術方法比較成熟，本文不再贅述。

遙感解譯和調查結果表明，西藏自治區(qū)主要的恢復治理措施有：自然恢復、回填平整、綠化、改造再利用等。恢復治理后土地類型主要是農(nóng)業(yè)用地、林地、草地、建設用地、水域、以及平整后的空閑地、裸露地、內陸灘涂等，通過多期遙感數(shù)據(jù)對比，易于識別。常見的恢復治理前后情況對比影像見表1。

表2 不同恢復治理措施涉及圖斑數(shù)量和面積一覽表Table 2 List of the number and area of patches involved in different rehabilitation methods

2.3 野外驗證情況

野外驗證是開展礦山遙感監(jiān)測必不可少的工作環(huán)節(jié)，也是提高遙感調查成果質量的必要措施。野外驗證的主要工作內容是驗證室內遙感解譯成果的正確性，比如遙感判別的恢復治理措施是否正確、遙感判定的恢復治理效果是否合適、遙感圈定的圖斑邊界是否恰當?shù)龋⒏鶕?jù)驗證結果修改完善室內遙感解譯成果。

在野外驗證時側重于遙感解譯有疑問圖斑的驗證，側重于遙感判別不確定圖斑的驗證，側重于遙感判定有爭議圖斑的驗證，側重于邊界不明確圖斑的驗證。共驗證恢復治理圖斑78個。其中，野外觀察結果與室內遙感判定結果一致的圖斑有67個，占86%；野外觀察結果與室內遙感判定結果不一致的圖斑有11個，占14%。不一致的主要原因是部分地區(qū)遙感數(shù)據(jù)分辨率不高、數(shù)據(jù)質量不是很好，造成了一定的誤判。

3 調查結果

根據(jù)獲取的遙感數(shù)據(jù)，開展遙感調查，在西藏自治區(qū)共圈定礦山環(huán)境恢復治理圖斑213個(不含連帶治理)，涉及面積85.08 km2。涉及的開采礦種主要有：砂金、建筑用砂、鐵礦、金礦、石灰?guī)r、花崗巖等。主要分布于藏北高原和藏南谷地，藏東高山峽谷區(qū)和喜馬拉雅高山區(qū)相對較少。回填平整是最主要的恢復治理措施，無論圖斑數(shù)量還是圖斑面積都排在首位；其次是自然恢復；然后是改造再利用，以及綠化(表2)。

4 恢復治理措施推廣建議

4.1 恢復治理效果簡析

經(jīng)遙感室內解譯與野外調查驗證，發(fā)現(xiàn)西藏自治區(qū)的礦山環(huán)境恢復治理已取得了一定的效果，改變了原先礦山開采遺留的不良地貌景觀，不同程度地改善了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。但如前文所述，西藏自治區(qū)植被生長極其緩慢，不同恢復治理措施需要的維護成本不一，恢復治理效果也有差異(表3)。

總體上，改造再利用需要的投入較多，效果也較好；洪水恢復能夠將礦業(yè)用地變成自然地貌形態(tài)，效果也不錯；而綠化后需要較多的后期維護(圖1)，其效果因當?shù)貧夂驐l件和后期維護程度而異；自然復綠并不能改變礦業(yè)用地的地貌形態(tài)，在西藏特殊的氣候制約下，自然復綠需要較長的時間；涉及圖斑數(shù)量和面積最多的回填平整，能夠改變礦業(yè)用地的地貌形態(tài)，但在回填平整過程中可能破壞更多土地[9]，且在西藏特殊的氣候制約下，短時間內難以恢復成自然地貌形態(tài)(圖2)。

表3 不同措施恢復治理效果Table 3 Governance effect of different rehabilitation methods

圖1 缺少后期維護而枯死的樹苗Fig.1 Dead seedlings due tolack of late maintenance

圖2 某礦坑回填平整三年后現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.2 On-site photographs of a mine after backfilling and leveling for three years

4.2 恢復治理措施推廣建議

根據(jù)西藏自治區(qū)恢復治理現(xiàn)狀遙感調查成果，結合其獨特的地理氣候條件，建議在城區(qū)及人口相對集中的鄉(xiāng)村附近，可采用改造再利用的方式開展礦山環(huán)境恢復治理；在水量豐富的喜馬拉雅山地區(qū)、三江并流地區(qū)、河流谷地等地區(qū)，可采用綠化的方式開展礦山環(huán)境恢復治理，但需要加強后期維護；在河流谷地，可等待洪水恢復；其余地區(qū)可使用回填平整與自然恢復相結合的方式開展礦山環(huán)境恢復治理，但回填平整過程中應盡量減少破壞附近的土地(表4)。

表4 恢復治理措施推廣建議Table 4 Suggestion on promotion of rehabilitation measures

5 結 論

(1)本文分析了西藏自治區(qū)礦山環(huán)境恢復治理現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)回填平整是最主要的恢復治理措施，無論圖斑數(shù)量還是圖斑面積都排在首位；其次是自然恢復；然后是改造再利用，以及綠化。

(2)西藏自治區(qū)的礦山環(huán)境恢復治理已取得了一定的效果，改變了原先礦山開采遺留的不良地貌景觀，不同程度地改善了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

(3)綜合恢復治理所需投入和效果，建議在西藏自治區(qū)采用自然恢復為主、回填平整為輔、多種恢復治理措施相結合的策略，因地制宜地開展礦山環(huán)境恢復治理工作。

(4)本文探討的恢復治理效果相對簡單，未能深入探討生態(tài)環(huán)境質量等內容，望有志學者繼續(xù)深入研究。