采煤沉陷區地理國情監測中地表覆蓋分類體系探索研究

王麗男

(遼寧省自然資源事務服務中心，遼寧 沈陽 130034)

1 引言

煤炭資源作為我國國民經濟和社會發展的基礎和支柱產業，在社會經濟發展中占有非常重要的戰略地位，然而煤炭資源開發本身就是一柄“雙刃劍”，在推動社會發展為國民經濟創造財富的同時，也引發了地質災害、土地資源破壞、礦山環境污染等一系列問題，其中地表塌陷問題最具代表性。黨的“十八大”以來，圍繞著生態文明體系建設的需求，資源枯竭型城市轉型升級的強烈倡導，礦區環境動態監測已成為學者的研究重點，而構建地表覆蓋分類體系是實現礦區動態監測的基礎和依據。隨著地理國情監測常態化的推進，圍繞生態文明體系建設的需求，將地理國情監測數據應用于礦山環境監測無疑是未來重要的發展方向。

目前，研究礦區地表覆蓋變化問題所采用的分類體系，我國尚無行業標準出臺，大多參考已有的土地利用/土地，但此類分類體系在應用于采煤沉陷區地表覆蓋變化研究時均有一定的局限性[1，2]，主要表現在一是監測內容上過于單一片面，或側重土地利用，或側重自然屬性，規避了二者的雙重表達；二是監測區域上多為全域型，要素提取指標比較寬泛，針對小范圍沉陷區內的要素進行了綜合取舍或歸并處理，導致分類結果的精度大大降低。鑒于此，本文以撫順露天礦采煤沉陷區為研究區，基于地理國情監測分類體系構建了一套采煤沉陷區地表覆蓋變化遙感監測的內容與指標體系，利用多時相高分辨率遙感影像提取地表覆蓋信息，并對統計結果進行分析和驗證，為同類型小面積采煤沉陷區地表覆蓋變化監測積累經驗(圖1)。

圖1 采煤沉陷區地表覆蓋變化監測技術流程

2 研究區概況

撫順市，位于遼寧省東部，有“煤都”之稱。東與吉林省接壤，西距沈陽45 km，北鄰鐵嶺，南與本溪相望。由龍鳳礦和老虎臺礦井工開采形成的地表沉降，總面積18.41 km2。沉陷區域內居民住宅、大中型企業遭到巨大破壞，被迫遷出沉陷區；部分土地被淹沒在水中，無法恢復利用。隨著井下采區的進一步擴大，地表破壞還將繼續加重。采煤沉陷區搬遷治理工程、西露天礦滑移區搬遷治理工程、環境治理和生態恢復工程、災害影響區基礎設施恢復工程是撫順市政府確立的礦山環境治理四大工程。

3 資料收集

收集資料包括：①2010年、2013年、2015年3期航空影像資料，其中2010年、2013年為數字正射影像數據，分辨率0.2 m，2015年為傾斜攝影正射影像數據，分辨率為0.08 m。②該區域地理國情普查地表覆蓋矢量成果、遙感解譯樣本成果等各類信息。③采煤沉陷區沉降監測成果、綜合治理情況、土地復墾情況。

4 監測內容與分類指標體系建立

地表覆蓋是自然地物和人造地物的要素統稱，具有一定的空間性和時間性。礦區的地表覆蓋則主要反映的是區域內的植被、地形地貌、水域以及裸露地表等要素信息，并能夠真實地描述這些信息所屬地物類別、范圍、面積大小以及地理位置等等。根據研究區特點和研究目的，基于地理國情監測地表覆蓋分類體系，本文采用多級方式將采煤沉陷區地表覆蓋監測內容確定為2級，共7個類別。根據采煤沉陷區影像數據源的情況，結合監測目的與需求，初步建立了撫順采煤沉陷區地表覆蓋監測內容與分類指標體系，見表1。

5 地表覆蓋變化信息提取

(1)影像數據處理。分別對2010年、2013年、2015年的航空正射影像數據進行坐標系轉換、影像拼接、裁切等處理。

表1 采煤沉陷區地表覆蓋分類指標體系

(2)監測數據生產。采用人工解譯編輯的分類方法，按照所建立的采煤沉陷區地表覆蓋分類指標體系分別提取了2010年、2013年、2015年地表覆蓋信息。

(3)內業數據編輯與整理。基于高分辨率數字正射影像數據，對監測區內地表覆蓋的范圍、位置及類別進行采集、編輯，以保證其拓撲關系和空間位置關系的準確性(圖2)。

6 結果分析驗證

圖3顯示：①種植土地面積和林草覆蓋面積均呈線性下降。種植土地面積占比由2010年的19.49%下降至2015年的17.5%，林草覆蓋面積占比由2010年的26.89%下降至2015年的21.96%。除監測周期影像實相和種植情況略有不同，整體上與期間城鎮發展、采煤沉陷等對耕地占用這一趨勢相符。②水域面積明顯增加。由2010年的4.72%增加至2015年的5.37%，研究區面積不大，除季節性河流變化影響外，增加部分均來自坑塘，正是采煤沉陷區內的積水所導致。③房屋建筑區、道路、人工堆掘地等人工建設用地面積占比顯著上升。這與城鎮發展、開采工作持續進行這一情況基本吻合。

圖2 采煤沉陷區地表覆蓋分類(2010～2015年)

圖3 采煤沉陷區地表覆蓋類別面積占比示意

7 結語

本文以撫順露天礦采煤沉陷區為研究實例，在地理國情監測基礎上結合實地情況，構建了地表覆蓋分類指標體系，利用2010年、2013年和2015年遙感影像數據，采集制作了多時相監測數據，通過對比分析，驗證了指標體系的合理性與適用性。該分類指標體系包括自然生態地表和人工建設用地兩大類，在后續專項研究時，可以根據需要進一步細化，如可以結合專題資料或外野調查，明確水域中坑塘的類型，區分天然形成的坑塘和沉陷導致的坑塘。實驗結果與實際情況基本吻合，對開展同類型小面積礦區地表覆蓋監測具有一定的參考價值。下一步可進一步收集不同時期的影像數據，結合采煤沉陷區規劃、生態環境、治理效果等方面的專題資料，開展地表覆蓋變化監測結果分析研究。