鞍山矿区环境动态遥感监测

1、第10卷第3期资源与产业2008年6月RESOURCES&INDUSTRIESVol110No13Jun12008资源管理鞍山矿区环境动态遥感监测偶星,白中科,钱铭杰(中国地质大学土地科学技术学院,北京100083)摘要:运用遥感技术动态地监测矿区环境,对保护矿区生态,合理开发矿产资源有着重要的意义。本文以鞍山矿区为研究区,通过遥感技术,利用不同时相和不同分辨率的遥感影像,从宏观到微观,从整体到局部监测鞍山矿区环境的动态变化情况。鞍山矿区铁矿、煤矿等矿产资源丰富,是我国重要的能源基地,但长期大规模和高强度的开采,造成矿区环境逐年恶化,成为制约地区社会经济和生态发展的一个重要瓶颈。研究表明:20

2、002006年,鞍山矿区土地利用类型发生变化,工矿用地规模不断扩大,生态环境有所恶化,需要进行科学的生态重建。关键词:矿区环境;动态监测;变化监测;鞍山中图分类号:X87文献标识码:-0084-04NORINGVIAREMOTESENSINGONMINEENVIRONMENTINANSHANOUXing,BAIZhong2ke,QIANMing2jie(SchoolofLandScienceandTechnology,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)Abstract:Itisofsignificancetodynamically

3、monitorthemineenvironmentviaremotesensingforprotectingmineecologyanddevelopingmineralresources.Thispaper,basedonacasestudyofAnshanminearea,monitorsthemineenvironmentalchangesdynamicallyviaremotesensingatdifferenttimephasesanddifferentresolutions.Anshanmineareaasavitalenergybaseabundantinironandcoalr

4、esourceshasbeenlargelymined,resultinginadeterioratingmineenvironmentandbecomingabarriertoeconomyandecology.Thisstudyrevealsthatduring2000to2006thelandutilizationtypeshavebeenchanged,industrialandminingareaswereenlargedwhilethevegetationcoveragedeclinesandtheenvironmentbecomesdeteriorated,andpresents

5、asuggestiontoreestablishaecologicalenvironmentinAnshanminearea.Keywords:mineenvironment;dynamicmonitoring;environmentalchange;Anshan面积的土地资源、固体废弃物的污染、开发规模的无限1概述矿产资源是我国经济和社会发展的重要保证,但大规模的开采和高强度的利用,必然造成土地资源严重浪费、生态环境日益恶化,制约区域经济的发展1。利用遥感影像,通过图像处理、图像增强、要素提取、模式识别,按照各环境要素的影像特征,可以获取矿区环境状况信息2制扩大、水土严重流失、地质灾害频发及

6、无证开采等等3。目前,国内外许多科研人员针对矿区环境问题,利用多种方法进行研究和监测。遥感技术在其中发挥了重要作用,是目前运用最广泛的一种技术,相对于其他传统方法而言,具有时效性强,信息多样等优点。鞍山矿区地处辽宁省中南部,属于温带大陆性季风气候区,矿产资源分布密集,主要以铁矿、煤矿、石灰岩矿等为主。该地区矿产资源开发强度大,有乱采滥挖及越界开采的现象,局部矿区矿业秩序混乱,山区有零星的小型铁矿分布,并且大小规模的采石场很多。由采矿引发的地质灾害频发,生态环境破坏严重,生态环境治理欠账较多。运用遥感技术进行矿区环境动态监测,为合理开发矿产资源提供基础性数据资料,实现矿产资源的可持续发展,是生态

7、环境领域研究的重要课题。矿区环境的主要问题包括:地表植被破坏、压占大收稿日期:2008-03-16;修订日期:2008-04-08;责任编辑:刘英姿。基金项目:教育部高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目(706011)第一作者简介:偶星(1984),男,硕士生,主要从事土地资源管理研究。E2mail:ouxing2004sina1com第3期偶星等:鞍山矿区环境动态遥感监测852鞍山矿区遥感信息源的选取选择合适的遥感信息源,提取和分析遥感影像上反映的地物信息,是进行矿区环境动态监测的关键。常用的信息源有航空遥感图像和卫星遥感影像3-4。本次研究在监测之前先对鞍山矿区进行了一定的调查,发现该

8、地区有较大的矿山,有大面积的废渣堆和尾矿库,如鞍山矿区的大孤山铁矿区,有小型矿山正在开采。按照经济实用的原则,并鉴于动态监测的重点和客观条件,研究选用卫星遥感影像图作为调查图件。具体图件包括:空间分辨率为18m的2000年ETM数据;空间分辨率为10m的2003年SPOT4数据;空间分辨率为215m的2006年SPOT5数据;空间分辨率为32m的2006年“北京一号”数据;空间分辨率为016m的2006年QuickBird数据。光-近红外范围内的光谱反射特征与周围未被扰动的地物有较大差异,这样就使得利用遥感技术确定矿产开发规模和数量成为可能。5矿区环境动态监测整理不同时相和不同分辨率解译数据,

9、分析矿区20002006年开采资源过程中环境的发展变化。针对主要矿点开采数量和面积的分析,达到监测矿区环境、土地利用及土地整理、复垦状况等一系列相关信息的目的,同时也为提出改善鞍山矿区环境科学方法提供了基础性的资料,为相关单位和部门制定合理有效的管理措施作了充分的准备。511矿区矿产资源规划执行情况信息分析3手段,。实践证明,这些监测内容和技术方法在一定程度上满足了矿区动态监测的目的。311监测内容通过利用不同分辨率、不同成像方式、不同时相的遥感图像,提取矿山开采在地面形成的采矿设施、道路、矿产品加工、分选场地、开采面、尾矿库、剥离物堆积占地等信息,提取由矿产资源开发引发的地质灾害(地面塌陷、

10、地裂缝、滑坡、崩塌、泥石流)的分布和范围信息,提取由采矿活动引发的污染、植被破坏、土地占用等信息,综合分析已有的各方面的资料,达到对监测地区矿产资源开发活动的全面了解和动态监测的目的3。312监测技术方法鞍山矿区环境动态监测的技术手段主要分3个步骤进行:1)小比例尺矿产资源规划执行情况监测;2)中比例尺重点区矿产资源开发多目标监测;3)大比例尺关键区矿产资源开发多目标监测。4数字图像处理及信息提取数字图像的处理按照图像预处理、几何纠正、影像融合、数字镶嵌、图像增强、图像解译等相关步骤进行5。矿区动态监测的信息提取采用目视解译与数字图像处理提取方法相结合即人机交互式解译的方法6。信息提取工作主要

11、是在MAPGIS软件平台上进行,在此过程中建立适当的解译标志7可以在很大程度上帮助工作的进行,并通过野外实地勘察,调整信息提取的准确性。其中鞍山矿区矿产开发规模和数量的信息提取是环境监测的重点。由于矿产的开发必然会产生人为的干扰场地,而这些场地中的地物在可见开展此项调查,、,、矿产资源分布、资源开采规划、矿山环境治理规划、自然保护区分布和风景区分布等信息,以便更好地认识研究区域的状况。空间分辨率为32m的2006年“北京一号”数据和空间分辨率为18m的2000年ETM数据(ETM影像色彩比较模糊,只能用来作为宏观监测资料)分辨率很低,对于矿种及各种地类的判读具有一定的难度,基本只判读矿点的数量

12、和位置。在相关解译标志的帮助下,实际工作中借助了2006年规划矿界,以此来判断矿产资源的开采状况,这样可以大大减轻工作量,同时也相应的提高了准确性。虽然所提取的采矿用地规模和采矿引发的环境破坏及变化的大致信息相对于高分辨的数据来说存在着不准确性,但从宏观上分析整个矿区发展状况还是有很大的帮助的。经分析,2006年“北京一号”所提取的大部分矿产资源的开采数量和面积都比2000年ETM所提取信息多,说明从20002006年,矿产的开采规模在进一步的扩大,开采强度也是逐年扩大,这与经济的发展和技术进步有一定的联系。具体分析“北京一号”数据,发现有大量的开采矿点分布于2006年规划矿界之外,较2000

13、年ETM多,说明违规开采和滥开滥采矿产资源的形势不容乐观,需要进行矿区开采的整治工作(图1、图2)。图1、2中黑线为鞍山矿区规划界线,区域为影像解译矿点范围,越界开采的现象很明显,并且有愈演愈烈的趋势。2000年矿点开采规模比较小,多为小型矿区,并且在规划矿界范围内,2006年,矿区开采范围向北推移,先前小型矿点由于资源开采完毕,先后闭矿,在影像上表现为裸土地,本次研究并没有解译出该地类信息。由于“北京一号”图像颜色和分辨率的问题,矿点开采面积很难进行准确提取,所以此类变化趋势的监测还需要高分辨率影像的配合,利用2006年SPOT5数据与2000年ETM数据进行对比分析。在信息比较过程中,对采

14、矿信息有较大变化的地区进行筛选,此类地区也是近一段时间采矿活动频繁发生的地86资源与产业2008年点,需要利用比例尺为15万的高分辨率图像进一步分析其变化趋势。512重点区矿产资源开发多目标监测信息分析开展此项工作,重点从采矿密集区内各类矿山开发占地、矿区道路、采矿剥离物、废弃物的特征出发,进行矿山开采状况遥感调查与监测;从地面塌陷、滑坡、崩塌、地裂缝、泥石流的形态和分布特征、植被破坏、岩体地层错动等出发,进行矿区地质灾害遥感调查与监测。重点区以空间分辨率为215m的2006年SPOT5影像和空间分辨率为10m的2003年SPOT4影像作为分析图件。从影像图上提取了矿产开采点位置、矿产开采点性

15、质、矿区占地范围、固体废弃物分布、植被、耕地破坏及变化、尾矿库的面积及变化、采石场第3期偶星等:鞍山矿区环境动态遥感监测514信息综合分析87的数量及规模。在此基础上叠加采矿权数据,判断各类采矿点是否有非法开采与越界采矿现象(表1)。表1鞍山矿区2003年、2006年工矿用地数量信息工矿用地铁矿废渣堆尾矿库选矿厂石灰岩煤矿数量/个面积/hm2把3个步骤(小比例尺矿产资源规划执行情况监测、中比例尺重点区矿产资源开发多目标监测和大比例尺关键区矿产资源开发多目标监测)提取的信息和分析结果进行综合,这样可以避免逻辑错误的发生,同时也可以全面了解鞍山矿区的现状和环境的动态变化状况,预测未来整体和部分个体

16、的变化趋势,以利于解决措施的制定。6结论从鞍山矿区的整体情况看,资源开采规模在不断,并且复垦方式多样,矽石矿346016784。同采石场0432071时也为后期的土地整理与复垦工作积累了经验,为从数据来源:年SPOT4影根本上改善当地生态环境和生活环境打下了基础。像解译信息,矿区环境的恢复工作,应该从落实开采规划和进从表1可以分析出,2006年SPOT5的信息量明显行土地整理复垦工作抓起。开采规划是根据一定时期比2003年SPOT4的多,各矿种的数量和面积都逐年扩经济社会的发展状况所制定的,具有一定的科学合理大,特别是本地区的主要矿产资源铁矿和煤矿,开采性,所以必须严格执行8-9。土地整理和复

17、垦是重建的数量几乎增加了一倍。废渣堆和尾矿库的数量与面生态系统和恢复土地生产力的重要手段,所以必须制积也在大幅度地增加,工业废渣和废水有乱堆乱排的定合理的复垦方案和进行环境影响评价10。同时,要现象。从另一个方面来说,开采规模加大,矿点和附加大力度治理浪费国家资源的现象,从源头控制生态属的工矿设施用地的面积就会进一步相应的扩大,加环境恶化的状况发生。上无序地堆排工业废料废水,相应的植被覆盖面积、运用遥感技术进行矿区环境的动态监测,按照3水域面积就减少了,并且发生地质灾害和生态环境恶个层次,即小比例尺矿产资源规划执行情况监测、中化的可能性也就加大了。所以矿区环境的管理工作需比例尺重点区矿产资源开

18、发多目标监测及大比例尺关进一步的加强,相关的政策措施需要得到落实。键区矿产资源开发多目标监测,从宏观到微观,从整513高分辨率关键区矿产资源开发多目标监测信息体到局部进行全方位监测,是矿区环境实施动态监测的有效方法。高分辨率数据在实际工作中已得到很大的应用,所以在鞍山矿区的调查中,充分发挥了高分辨率数据参考文献图像的优势,详细提取关键区内与采矿活动有关的地1郭达志.矿区生态环境监测与整治J.四川测绘,1999,(22):物信息,在此基础上叠加采矿权数据,判断各类采矿1542158点是否有非法与越界采矿现象。2侯鹏.基于遥感和地理信息系统的矿区环境监测与评价D.青工作中,主要以分辨率为016m的2006年岛:山东科技大学,2004QuickBird影像为依据,详细提取了关键区内和重要3李成尊,聂洪峰,汪劲,等.矿山地质灾害特征遥感研究J.国矿区采矿活动有关的地物信息,达到关键地区