遥感技术在矿山生态修复调查中的应用

王月琪

（华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000）

在我国经济快速发展的过程中，国家对资源的开发力度越来越大，导致了许多废弃矿山的出现，对生态环境造成了巨大影响。为了保护自然生态环境，在生态修复理念的引导下，人们开始对废弃矿山的生态环境进行整治，目前已经取得了良好的效果。在对矿山生态环境进行调查的过程中，遥感技术体现出了较强的优势，可以在极短时间内帮助技术人员采集到不同的生态资料，构建废弃矿山的三维空间模型，为矿山生态修复工作的具体开展打下了良好的基础[1]。

1 遥感技术概述

地球上每一种物体时刻都在吸收和反射能量，这种能量是多种形式组成的，其中电磁波是人类最早认识并利用的一种能量。遥感技术建立在不同物体反射的不同特征的电磁波的基础上，通过对物体反射和发射的电磁波进行探测的方式，获取物体真实的信息，达到远距离识别物体的目的。遥感技术在不同领域的作用是不同的，例如气象预测方面，可以对天气进行观测，也可以对陆地上的土地、河流、森林等信息进行观测。

遥感技术的成像方法一般分为两种。第一种是传统的胶卷成像，是通过照相机与胶卷实现对被测物体的成像。通常在对被测物体进行拍摄后，相关人员需要对胶卷进行冲洗、印像以及放大，最终生成完整的遥感相片。另外一种是科技发展背景下的数字成像，原理和电脑成像的方式类似。数字成像即通过卫星对被测物体进行拍摄，并将采集到的数字信息传输到计算机设备中，最终通过计算机成像的方式形象的展示被测物体。应用遥感技术的过程中，因为拍摄点的高度不同，其成像分辨率有较大差异，并且采集信息的方式不同，成像的分辨率也不同。以遥感卫星为例，其飞行高度在600km~4000km之间，图像分辨率在1m~1km之间。

2 矿山生态修复调查中遥感技术的应用现状分析

2.1 矿山开发秩序恶化

尽管目前国家正在整顿和规范矿产资源的开发秩序，但是从目前的情况来看，国内矿产的开发秩序呈现逐渐恶化的趋势。由于矿界不清，现阶段界外开采的情况越来越严重，因此在未来矿山生态修复调查中，遥感技术的观测范围需要进一步扩大，这对遥感技术自身提出了很高的技术性要求。从国内废弃矿山的生态情况来看，因开采引发的矿山生态问题仍然严峻，矿产资源的开采为矿山生态环境留下了巨大的地质灾害隐患。例如以煤矿资源开采为主的黑龙江、内蒙古、甘肃等地区，矿山地质灾害以滑坡、裂缝、塌陷为主，尤其是地面沉降的问题非常严重，对当地生态环境造成了严重影响。从目前矿山生态修复情况来看，修复力度还有待加强，开采活动导致了大量农用土地被占用，是影响生态修复工作进程的主要因素。

2.2 入库工作有待加强

从当前我国开展的矿山生态修复工作来看，很多废弃矿山还没有开展相关修复工作，主要原因是相关部门对矿山生态修复工作的认识度不足。在具体开展修复工作的过程中，相关部门需要加强遥感调查、信息监测的力度，不过因为遥感技术将全国范围内所有废弃矿山当作观测点，在进行矿山生态修复调查的时候需要面对庞大的工作量和数据量，数据入库工作有待加强。在强化数据入库工作的基础上，相关部门才能够在全国范围内的废弃矿山上构建多目标遥感信息系统，促进矿山生态修复调查项目应用效率的提升[2]。

3 遥感技术在矿山生态修复调查中观测成果分析

3.1 观测成果

我国利用遥感技术对全国范围内废弃矿山的生态环境进行调查的过程中，制定并完善的《矿山遥感监测工作指南》（文中称《指南》），《指南》中具体包括了观测项目术语、定义、标准、范围、遥感图像处理、成果图鉴编制等各方面的内容，为我国后续矿山生态修复工作提供了强大的决策支持和技术支持。到目前为止，我国已经连续14年利用遥感技术对全国范围内的各大矿山进行观测，实现了对废弃矿山的全面覆盖。通过遥感卫星、无人机拍摄等方式实现了遥感技术的具体操作，同时还在遥感技术的应用背景下研发出了矿山地物变化信息提取技术，在遥感技术下构建了相对完善的矿山生态修复体系。在对遥感技术进行深入研究的过程中，已经可以应用航天、航空、陆地、低空等多样化的观测方式对废弃矿山生态环境进行观测。

3.2 执行成果

从目前情况来看，我国在对矿山生态环境进行修复的过程中，遥感技术的应用率以及应用范围正在逐渐提高。在对全国各大废弃矿山进行观测的过程中，发现对生态环境造成影响的主要问题有：泥石流灾害、采空区坍塌、地面裂缝、渣场占地等。结合调查数据在制定修复建议的过程中，以土地复垦、绿化施工、回填坍塌区和裂缝为主。通过应用遥感技术对废弃矿山生态环境进行观测，我们发现全国范围内只有少数矿山生态环境修复达到了正常标准，还有很多矿山没有完成生态修复工作，甚至还有部分矿山至今未采取修复工作。相比而言，国有大型企业下的矿山生态修复工作质量较高，在各省份逐渐加大对矿权的整合力度之后，矿山生态修复的效果初显，界外开采的现象明显减少。在开采矿产资源的过程中，企业的不规范操作会产生大量废石、废土、废气和废水，胡乱排放的方式对矿山周边生态造成了巨大冲击，如河流、草地、林地、耕地等遭到了巨大破坏，甚至留下了严重的灾害隐患。在使用遥感技术对废气矿山进行观测的过程中，我们发现因矿产开采导致的地质安全隐患主要集中在甘肃、湖南、内蒙古等煤炭资源发达的地区，而这些地区也是矿难灾害多发的地区。同时受自然环境影响，如四川、云南、贵州等地区降水丰富，导致矿山岩体破碎情况严重，土壤软化增加了泥石流、滑坡等灾害的发生概率。在矿山生态修复调查中，坍塌是最常见的一种现象，一系列观察数据表明，相关部门还需要对矿山生态修复工作引起足够的重视。

4 对矿山生态修复动态信息进行调查的方法分析

矿山生态修复包括了土地再利用、环境保护、地质灾害预防、生态绿化建设等多个方面。在应用遥感技术对矿山生态进行调查的过程中，需要将土地、环境、植被状态作为三大评估标准，并依次在矿山设立观测点，主要对土壤环境、水污染情况、大气成分等情况进行观测[3]。这些观测点都可以利用遥感技术获取有用的信息，并且必须是多时相遥感技术，所以在获取调查对象的空间分布信息时，还需要密切关注调查对象的动态变化信息，最终利用三维空间模型为后续矿山生态修复工作打下良好数据、技术基础。

4.1 植被指数

矿山生态环境下植被容易受自然环境、重金属污染、水资源污染等各种因素的影响，这些因素都会导致矿山植被覆盖率下降，严重的时候植被甚至会完全消失。因为植被具有较强的土壤修复、水质修复作用，能够降低地质灾害发生的概率，具有较强的改善生态环境的效果，所以在矿山生态修复中对土地生态进行修复时，需要重点将植被当作有利的修复“工具”。利用遥感技术所探测的电磁波数据不同波段反射率的组合算式，提取相应范围内的植被生长情况并作出评价，即植被指数。遥感技术探测植被指数主要是通过植物吸收红光波段和反射近红外波段的差异，并将这两种不同波段的观测值进行组合，最终得到相应的植被指数，如垂直交叉点、反向中断符等。通过植被指数可以将植被的覆盖情况以及植被的变化信息形象的呈现出来，相关人员对植被的长势情况进行评价，有利于对植被的种类进行划分。

4.2 大气遥感和水资源遥感

在对矿产资源进行开采后，通常会排放大量污染水资源和土壤的气体和水，给矿山生态带来了巨大压力，另一方面，开采完毕后会在地表滞留大量有毒废渣，例如煤吀石就是一种会散发有毒气体的废渣，会对矿山区域内外部大气环境造成污染。当前，我国在对矿山生态修复进行调查的过程中，普遍利用遥感技术对矿山区域的水质、大气进行监测，且技术相对成熟，其中遥感车、遥感卫星、无人机等设备是重要监测水质、大气的工具。因为遥感技术覆盖范围广，具有快速传输信息的特点，所以在对大型矿山生态修复进行调查的过程中，可以对污染物及其动态轨迹进行监测。值得一提的是，我国当前利用遥感技术在对水质进行监测的过程中，信息精度还有待加强[4]。通常情况下是利用水质传感器实现对矿山水资源的快速监测，并提取各项监测参数，最终对矿山内水资源的污染情况进行评价。利用遥感技术，已经实现了对水质污染程度的评价。在未来，相关部门还可以在监测精度上做出调整，因此遥感技术的未来发展潜力是巨大的。

4.3 土壤环境指标

在开展矿山生态修复调查工作的过程中，传统的调查方式以实地取样为主，调查流程相对复杂。相关人员在取得土壤样品后，还需要经过繁琐的实验环节，极其影响调查效率。尤其是在矿山生态修复中，土壤环境长期处于动态变化的过程中，相关人员采用实地取样的方式无法掌握实时土壤环境信息，因此多时相遥感技术的应用是非常重要的。当前，我国普遍采用激光技术与遥感技术相结合的方式，对土壤里重金属物质进行监测，主要包括锂、锛等元素的调查和分析。目前，我国还致力于三维激光扫描技术的应用，这是一种高精度、高分辨率的云测量技术，不但可以检测出土壤的污染情况，还可以测试出土壤的侵蚀情况，是未来矿山生态修复调查工作的发展趋势。

5 矿山生态修复手段分析

5.1 危险边坡修复

企业在开采矿产资源的过程中，通常会对陡岩石面进行开采，后期会留下大量不稳定的废料堆，很容易导致滑坡、崩塌事故的发生，所以需要对矿山坡面进行加固处理，降低矿山区域地质灾害发生的概率，为后期植被生长营造良好环境。对危险边坡进行修复，一般有物理、生物两种手段。物理手段即添加防护网、修筑挡土墙、砌筑块石等护坡方式，强化护坡能力。物理修复的方式虽然有较强的护坡能力，但是需要投入大量资金，且不利于矿山区域内植被生长，因此在条件允许的情况下，以生物修复为主。生物修复即植被护坡的方式，通过人工提前进行浇水、松土、施肥等处理，为后期植被的生长打造良好环境，最终选择合适的植物进行种植。植物根系具有较强的力学效应，而植物茎系具有较强的水文效应，能够起到边坡锚固的作用，尤其是在矿山区域降水丰富的情况下，不仅能为植物根系、茎叶的生长提供便利，植物还可以阻挡雨水，避免雨水对松散泥土造成冲击产生溅蚀效果。需要注意的是应用生物修复的方式会导致前期植物护坡力比较弱，且周期性比较长，需要投入大量人力对植物进行养护。不过生物修复的手段还具有景观修复的效果，是一种实用性强、生态性强的修复方式[5]。

5.2 植被恢复

矿山生态修复中，植被恢复是最重要的工作之一，是重建矿山区域生物群落的基础，通常以人工种植的方式为主，帮助矿山区域内植被快速恢复。受矿山恶劣的生态环境影响，植被的恢复难度是非常大的，例如土壤结构不稳定、土壤肥力不足、土壤中重金属含量过高等。因此，不同类型、不同地理环境的废弃矿山其植物定居规律有一定差别，在具体开展生态修复工作之前，相关人员应密切观察并分析矿区的地理性质，并及时找出威胁植物生长的因素，有针对性开展植被恢复工作。

6 结语

我国企业在开采矿产资源的过程中，留下了非常严重的生态隐患，因此针对废弃矿山开展生态修复工作是非常重要的。在修复矿山生态环境之前，需要利用遥感技术对矿山区域内各项情况进行观测和调查，遥感技术的应用可以帮助相关人员快速、准确地掌握相关信息，是一种实用性很强的技术。