綠色礦山遴選遙感技術應用探討

胡官兵，廖志堅，裴 捷，羅光明，張 碩

(1.云南省地質(zhì)技術信息中心，云南 昆明 650051；2.云南省國土資源規(guī)劃設計研究院，云南 昆明 650051)

黨的十八大將生態(tài)文明建設納入中國特色社會主義事業(yè)“五位一體”總體布局，全面推進，為持續(xù)深入推進新時代生態(tài)文明建設，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，加快轉變礦業(yè)發(fā)展方式，大力推進綠色礦業(yè)發(fā)展和綠色礦山建設[1-2]，自然資源部在前期四批綠色礦山試點工作的基礎上，自2019年起，每年開展全國綠色礦山遴選工作[3]。根據(jù)2020年度綠色礦山遴選工作的通知，要求申報礦山企業(yè)需要滿足證照合法有效等5項先決條件，以及對礦區(qū)環(huán)境等6項一級指標、21項二級指標、100項三級指標進行考核評分，并擇優(yōu)選取納入全國綠色礦山名錄。目前綠色礦山評估方法以查詢資料和現(xiàn)場實地調(diào)查為主，存在部分評價指標受人眼視域窄的影響而難以客觀評估，具有一定的局限性，且評估多以定性評價為主，定量分析較少。遙感技術具有不受時間、地域等條件限制的特點，若在遴選過程中，引入該手段，能客觀、宏觀、直觀、快速實時地反映綠色礦山部分評價指標的實際情況，尤其是對于礦山的宏觀空間布局(分布位置、空間關系、相對距離)和局部細節(jié)信息(礦山綠化、礦山道路、開采臺階情況)等相關方面的要素，評價效果更佳；同時，利用往年多期遙感影像對比分析，可以反映礦山開發(fā)動態(tài)變化的情況，如開采面、礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理及開發(fā)占地在監(jiān)測期的變化情況。在綠色礦山遴選過程中，將遙感技術手段應用于礦山企業(yè)自評估、第三方機構評估、自然資源部門審查和監(jiān)管等，可以縮減評估時間，提高評估效率和質(zhì)量。隨著國產(chǎn)衛(wèi)星和無人機遙感技術的快速發(fā)展，不同傳感器、不同時相、不同空間分辨率的影像數(shù)據(jù)更易獲取，遙感逐漸成為自然資源領域不可或缺的技術手段，在自然資源調(diào)查監(jiān)測評價與管理方面發(fā)揮著重要的作用，但在綠色礦山遴選方面的應用研究較少。基于此，本文首先簡單介紹了全國綠色礦山遴選的基本情況，并在選取部分申報礦山進行試驗應用和參考前人相關應用成果的基礎上，從綠色礦山遴選先決條件和評分指標等方面探討遙感輔助審核的具體應用，期望起到拋磚引玉的作用，使更多的研究成果涌現(xiàn)，對綠色礦山遴選工作發(fā)揮積極的作用。

1 綠色礦山遴選基本情況

按照自然資源部辦公廳《關于做好2020年度綠色礦山遴選工作的通知》(自然資辦函〔2020〕839號)文件要求，2020年度全國綠色礦山遴選程序按照時間先后，分別包括網(wǎng)上申請預審核、礦山自評估、第三方評估、材料審核、實地核查、公示等6個階段，最終通過自然資源部復核并納入全國綠色礦山名錄[4]。在自評估和第三方評估過程中，需根據(jù)《非金屬礦行業(yè)綠色礦山建設規(guī)范》等9項相關行業(yè)標準，并對照綠色礦山建設先決條件和評價指標進行評估，其中先決條件共包括5個方面，分別為證照合法有效、三年內(nèi)未受行政處罰(或處罰已整改到位)、礦業(yè)權人未列入異常名錄、礦山正常運營且剩余儲量可采年限不少于三年、礦區(qū)范圍未涉及各類自然保護區(qū)等[5]，先決條件具有一票否決權，有一項達不到要求，則在綠色礦山遴選過程中會被淘汰出局；評價指標包括礦區(qū)環(huán)境、資源開發(fā)方式、資源綜合利用、節(jié)能減排、科技創(chuàng)新與智能礦山和企業(yè)管理與企業(yè)形象等6個一級指標，包含21項二級指標、100項三級指標，共計1 000分，在評估過程中，根據(jù)各申報礦山三級指標建設情況，進行對照評分，通過評估的要求為：總分原則上不低于800分，且單項一級指標得分不低于該級指標總分值的75%[6]。在遴選工作中，同時要求對往年已經(jīng)納入全國綠色礦山名錄的礦山開展實地抽查，不符合標準的礦山同樣會被除名。

2 綠色礦山建設先決條件輔助審核

在綠色礦山建設先決條件方面，遙感技術能夠監(jiān)測礦山是否存在疑似違規(guī)開采、礦山開發(fā)占地范圍是否涉及自然保護區(qū)以及露天礦山儲量變化情況等，涉及先決條件中的三年內(nèi)未受行政處罰、礦業(yè)權人異常名錄、剩余儲量可采年限不少于三年、礦區(qū)范圍及位置等。

2.1 疑似違規(guī)開采情況

在對綠色礦山建設先決條件進行審核時，自然資源與生態(tài)環(huán)境等部門審核申報礦山是否受到行政處罰或列入礦業(yè)權人異常名錄，并出具相應的證明。若礦山出現(xiàn)違規(guī)開采情況，則會被處罰或列入礦業(yè)權人異常名錄，其中違規(guī)開采情況包括過期開采、越界開采、開采礦種與登記礦種不一致等。遙感技術在監(jiān)測礦山開發(fā)秩序方面具有較強的優(yōu)勢，已有大量的相關應用，且形成了比較成熟的技術方法體系，尤其是2006年起，由中國航空物探遙感中心組織的全國礦產(chǎn)資源開發(fā)遙感調(diào)查與監(jiān)測項目，采用多期次遙感數(shù)據(jù)開展常態(tài)化的礦產(chǎn)資源開發(fā)秩序監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)大量的涉嫌違規(guī)開采情況，為礦政管理及時提供有效的技術支撐[7-9]。

礦山開發(fā)秩序遙感監(jiān)測主要技術流程為：首先建立區(qū)域內(nèi)不同礦種的開發(fā)要素(開采面、中轉場地、礦山建筑、固體廢棄物等)解譯標志并進行詳細解譯，利用解譯結果判定礦山開采面(點)位置、開采方式(露天、地下、聯(lián)合)、開采狀態(tài)(正在開采、停產(chǎn)或關閉)、開采礦種等，最后根據(jù)采礦權登記的位置、礦種、有效期等信息判定該礦山是否存在相關疑似違規(guī)開采行為，從而圈定礦產(chǎn)資源疑似違規(guī)開采點(圖1)。在判定露天礦山開采面越界方面，除了從傳統(tǒng)的平面進行解譯判讀外，也可在立體空間上對開采面的上標高、下標高是否存在疑似越界進行判定，通過無人機傾斜攝影測量，構建監(jiān)測礦區(qū)三維數(shù)字地表模型，并與采礦權進行空間疊加分析，能反映礦區(qū)開采面的上標高、下標高是否在規(guī)定的高程范圍內(nèi)[10-11]。在監(jiān)測過程中，可利用不同時期遙感影像對存在疑似違規(guī)開采的同一礦山進行多期次動態(tài)監(jiān)測，以監(jiān)測礦山是否存在持續(xù)違規(guī)開采，是否按要求及時整改到位，其分析結果可供綠色礦山遴選評估及審核參考使用。

(注：1-解譯開采面；2-解譯中轉場地；3-采礦權范圍。)圖1 某采石場開采面疑似越界遙感監(jiān)測圖Fig.1 Remote sensing monitoring picture of suspectedcross-border mining surface of a quarry

2.2 礦區(qū)范圍涉及自然保護區(qū)情況

綠色礦山建設先決條件第五項為礦區(qū)范圍及位置未涉及各類自然保護區(qū)，同時按照“就高不就低”的原則，各省份可根據(jù)實際情況進行調(diào)整，如云南省將生態(tài)保護紅線納入先決條件[12]。在審核過程中，利用遙感影像可以快速圈定申報礦山的開發(fā)占地范圍，并同采礦權界線、各類自然保護區(qū)線和生態(tài)保護紅線進行疊加分析(圖2)，以確定礦山是否涉及各類保護線。根據(jù)三者之間的關系，可具體分為4種情況，即采礦權界線和礦山開發(fā)占地界線都涉及自然保護區(qū)、兩者都不涉及、采礦權范圍內(nèi)不涉及但實際礦山開發(fā)占地涉及和采礦權范圍內(nèi)涉及但遙感解譯地表無任何開采破壞形跡，在具體使用分析過程中，可區(qū)分對待，同時進行定量分析，圈定出具體涉及保護界線的礦權范圍和礦山開發(fā)占地范圍，計算其面積大小，從而有的放矢，在下步工作中進行重點整改。

(注：1-遙感解譯礦山開發(fā)占地范圍；2-采礦權范圍；3-生態(tài)保護紅線范圍。)圖2 某采石場各類界線疊加分析圖Fig.2 Overlay analysis diagram of various boundariesof a quarry

2.3 年開采變化及剩余儲量情況

綠色礦山遴選先決條件第四項要求礦山正常運營，且剩余儲量可采年限不少于三年。對于露天開采礦山，通過利用多期遙感影像對比分析，可以快速圈定開采面是否存在變化，尤其是部分采石場，可監(jiān)測儲量的變化情況，并推算出礦山剩余可開采儲量。其主要技術方法為：在平面上，利用兩期高分辨率正射影像圖，提取兩時期開采面范圍線，并進行對比分析，判定礦山開采面在監(jiān)測期內(nèi)是否有變化，以確定礦山在監(jiān)測期內(nèi)是否正常開采。在三維模型上，通過無人機傾斜攝影測量，建立兩期影像的高精度數(shù)字高程模型，利用數(shù)學方法計算出監(jiān)測期內(nèi)礦山開采面的體積變化，計算出動用的儲量，根據(jù)最新儲量核實報告和礦產(chǎn)資源開發(fā)利用方案，結合已消耗的儲量，估算出剩余儲量，以判定礦山剩余儲量是否能夠滿足可開采年限不少于三年的先決條件。在利用無人機傾斜攝影測量計算礦山監(jiān)測期間開采動用儲量方面，應用較多，且技術日益成熟，謝洪斌等[13]利用無人機傾斜攝影技術，獲取監(jiān)測礦區(qū)兩期數(shù)字地表模型，并在GIS軟件中計算出開采面體積變化量，根據(jù)礦石比重估算出開采運用量，為驗證數(shù)據(jù)的準確性，通過同傳統(tǒng)的RTK測量進行對比分析，認為無人機遙感技術具有較高的可信度，能夠滿足露天礦山動態(tài)儲量監(jiān)測的精度要求，且能大幅度降低外業(yè)勞動，提高工作效率[13-15]。

3 綠色礦山評價指標輔助評分

在綠色礦山建設評價指標方面，遙感技術能宏觀、動態(tài)地反映礦區(qū)的功能分區(qū)、礦區(qū)綠化、礦區(qū)恢復治理、資源開采情況等，涉及礦區(qū)環(huán)境、資源開發(fā)方式等一級評價指標。

3.1 礦區(qū)環(huán)境

礦區(qū)環(huán)境一級指標中，遙感可應用于礦容礦貌和礦區(qū)綠化兩個二級指標的輔助評分。礦容礦貌方面，要求各申報礦山企業(yè)按照生產(chǎn)、生活、管理等功能進行分區(qū)，各個功能區(qū)分布要合理，尤其是對周邊居民生產(chǎn)生活具有影響的排土(矸)場、廢渣堆置場、尾礦庫、選礦場等要管理規(guī)范，并與生活區(qū)保持一定安全距離[5]。通過遙感影像可以快速展示礦山各功能區(qū)的分布情況以及同周邊環(huán)境包括居民區(qū)、道路、水源地等之間的空間位置關系，結合數(shù)字高程模型，制作出礦區(qū)遙感三維立體模型，可以反映各功能分區(qū)的地勢高低情況，能更清晰直觀地分析判定礦山開采活動對周邊環(huán)境造成的影響。如某申報礦山，開采礦種為金礦，開采方式為露天開采，利用高分辨率影像解譯出各功能分區(qū)具體信息(圖3)，包括開采區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)、排土場等形態(tài)大小、分布情況和相對位置。其中，辦公區(qū)和住宿區(qū)位于礦區(qū)最東側，離村莊較近，交通方便；排土場包含兩處區(qū)域，占地規(guī)模較大，分別位于礦區(qū)東南側和西側，離居住區(qū)和村莊較遠，且在地勢上位于村莊的下方，對居民影響較小；溶液池離村莊較近，最短距離約25 m，但在地勢上，相比村莊更低，對周邊居民影響較小，以上解譯成果能較好地輔助判定綠色礦山建設相關功能分區(qū)符合情況。礦區(qū)綠化方面，要求礦區(qū)在能夠綠化區(qū)域里實現(xiàn)綠化全覆蓋，無大面積表土裸露，同時對進場道路和辦公區(qū)等區(qū)域的綠化情況作出明確要求。利用遙感技術可以快速圈定礦區(qū)范圍內(nèi)各地段綠化范圍、面積，計算其面積占比等，如礦區(qū)道路分布情況、道路類型及道路兩側綠化情況等，反映出礦區(qū)的綠化指標情況。

(注：1-采礦區(qū)；2-中轉場地(堆浸場)；3-排土場；4-倉儲住宿區(qū)；5-生產(chǎn)區(qū)；6-辦公住宿區(qū)；7-維修區(qū)；8-中轉場地(溶液池)；9-村莊。)圖3 某金礦功能分區(qū)影像圖Fig.3 Remote sensing image map of a gold minefunctional zone

3.2 資源開發(fā)方式

資源開發(fā)方式一級指標中，遙感對礦山環(huán)境恢復治理和資源開采兩個二級指標的輔助評分具有較好應用效果。礦山環(huán)境恢復治理方面，要求申報礦山企業(yè)需按照礦山地質(zhì)環(huán)境恢復治理與土地復墾方案，對規(guī)定區(qū)域進行治理與土地復墾，具體包括排土場、矸石場、露天采場、礦山工業(yè)場地等。遙感可監(jiān)測礦山開采過程中產(chǎn)生的相關環(huán)境地質(zhì)問題，包括礦山地質(zhì)災害、地貌景觀破壞、土地資源占用與損毀等，也可監(jiān)測礦山履行礦山地質(zhì)環(huán)境保護和土地復墾義務情況，包括礦山恢復治理的范圍、面積、時間、效果及治理后的土地類型等。如圖4所示，某磷礦開采方式為露天開采，開采過程中在礦區(qū)東北處設置排土場，并嚴格按照方案進行恢復治理，利用2015—2020年度遙感影像對該排土場連續(xù)監(jiān)測，2015年，該排土場正逐步利用，當年占地面積11.24 hm2；2016年，該排土場范圍明顯擴大，占地面積為18.97 hm2，且在下方修有攔土壩，也未開展恢復治理工作；2018年，排土場占地面積無增大，占地面積為17.51 hm2，并逐步開展恢復治理工作，影像上明顯可見修復臺階及部分綠色植被，到2020年，該排土場已完成修復，面積為18.12 hm2，恢復治理效果較好，現(xiàn)場調(diào)查見種植有大量的松樹、薰衣草等植被，治理后的排土場同周邊自然環(huán)境和景觀相協(xié)調(diào)。在資源開采方面，評選規(guī)則對露天礦山的開采工作面質(zhì)量作出相關要求，通過高分辨率遙感影像，可對礦山開采的局部細節(jié)信息進行詳細的展示，如露天礦山開采作業(yè)平臺的平整與通暢情況、有無雜物堆積、是否存在積水等。同時可以定量分析，包括臺階的分布、數(shù)量、寬度、高度、開采邊坡角度等，以判定臺階設計規(guī)范是否符合開發(fā)利用方案要求[13]。

圖4 礦山排土場占地至恢復治理遙感監(jiān)測全過程圖Fig.4 Diagram of the whole process of remote sensing monitoring from the land occupationof the mine dump to the restoration treatment

4 結 論

1) 通過將遙感技術引入綠色礦山遴選過程，可降低人為主觀影響，且部分指標可以定量化評價，提高評估的客觀性，提升了評估和審核的效率與質(zhì)量。

2) 在綠色礦山建設先決條件方面，遙感可以反映礦山是否存在疑似違規(guī)開采、礦山剩余儲量情況以及礦山開發(fā)占地范圍是否涉及各類自然保護地，并輔于適當?shù)耐鈽I(yè)核查，能查清申報礦山的先決條件符合情況等。

3) 在綠色礦山建設評價指標方面，遙感技術在礦區(qū)的功能分區(qū)、礦區(qū)綠化、礦區(qū)恢復治理、資源開采情況等礦區(qū)宏觀與局部細節(jié)方面具有較好的輔助評價作用。

4) 鑒于礦山開采活動的動態(tài)變化性和管理部門監(jiān)管需求，對于已經(jīng)入選綠色礦山名錄的礦山企業(yè)，同樣可以利用遙感技術進行監(jiān)測，掌握每個礦山開采變化情況，以判定是否存在風險點，便于后期輔助自然資源管理部門對綠色礦山的動態(tài)監(jiān)管。