遥感技术在矿山环境治理中运用

2022-09-21 16:45:31 来源:写作指导

摘要:矿产资源经过长期、高强度及大规模开采后,矿山环境问题日趋突出,水土流失、地形地貌景观破坏以及生态环境破坏等问题不断加重。文章运用遥感技术作为主要监测手段,对矿山环境和治理信息进行提取,结合野外验证,总结典型的矿山环境治理方案。文章较为全面地介绍遥感技术在矿山环境恢复过程中的应用,对矿山生态环境重建具有重要的意义。

关键词:遥感技术;矿山环境;时间分辨率;应用探析

矿山在开采过程中对土地资源、生态环境等造成破坏,同时导致地质灾害和安全问题频发。遥感技术作为新兴的信息获取技术,能够提供矿山周期性的数据信息,开展大面积、高时效监测。利用遥感技术还能直接或间接获得矿山环境治理的相关信息,遥感数据量大、信息全、速度快的特点,为矿山环境治理成效的评价提供保障。随着遥感技术的深入发展,遥感影像的空间分辨、光谱分辨以及时间分辨率不断提高,利用遥感技术对矿区环境治理进行监测和评价,是未来矿山环境治理工作必然的发展趋势。

1矿山地质环境问题

矿山环境问题主要是在矿山开采、加工和运输过程中,对周围环境造成的破坏和影响。矿山环境问题对自然环境、人居环境等造成影响,已然成为阻碍生态文明建设的典型问题。由采矿造成的环境问题种类较多,文章主要从地形地貌景观破坏、土地损毁、地下水破坏以及地质灾害四个方面进行研究[1]。

1.1地形地貌景观破坏问题

露天采矿严重破坏原有的地形地貌与景观,砍伐植物、剥离表土,取而代之的是大片裸地、废渣堆、高深矿坑、矿山建筑以及陡峻的崖壁等。生产区内采坑分布散乱,采掘无序,荒料堆积压占土地,废石就地就坡长期堆放;矿山工业场地、道路等缺少规划、肆意建设。地下采矿造成地下采空区以及地下水的疏排,导致地下空间被压缩,这种作用传导到地表表现为塌陷、积水。同时,居民集中区周边露天采矿活动,造成视觉污染,人居环境受到严重影响。采矿活动对地形地貌景观造成严重影响。

1.2土地损毁问题

土地资源破坏问题主要表现为采矿引起的耕地、林草地的破坏,破坏方式主要有挖损和压占。挖损主要表现为露天采坑,压占主要表现为剥离物、废石、表土等对原地类的压占。压占损毁同时伴随有土壤环境和土壤理化性状恶化,土壤有机质含量下降,营养元素减少,土壤结构遭到破坏,土层变浅,土体板结等问题。采矿活动对土地资源影响程度较严重。

1.3地下水破坏问题

采矿活动对地下水的破坏表现为对水位、水质以及水量造成影响。对地下水的疏排导致地表浅层地下水渗漏,河湖坑塘水位下降乃至干涸,农业生产和居民生活取水困难。对水质的影响主要是生产废水和生活污水未经处理直接排放,对地表和地下水资源造成污染,从而对当地农业和居民健康造成严重危害,继而引起一系列社会问题。另外,在降雨作用下,矿山粉尘和各类堆积的淋滤作用,造成有害物质在土壤中汇集,不断深入地下,向浅水层乃至更深含水层迁移,对地下水资源造成严重的污染[2]。1.4地质灾害问题地质灾害主要是矿山露采过程,形成地面塌陷、滑坡、崩塌、泥石流等危险性和危害性较明显的地质灾害,以及地采活动诱发的上述地质灾害。地质灾害对矿区工作人员的生命安全造成严重的影响,造成严重的经济损失,制约企业长久的发展和进步[3]。

2遥感技术在矿山环境治理中的应用

2.1快速识别矿山环境问题

遥感技术的典型特点是获取信息的速度快,周期短,可以在短期内获得目标地区不同时段的影像,通过对边发现地表变化情况。同时,中、小型无人机大量普及,使得随时随地可以获取第一手资料。矿山环境问题分布于地表和地下。地表主要表现为大面积的地形或地表覆盖层破坏。在遥感影像上这种变化情况与周边想成色差鲜明的对比特征,可以通过目视解译快速圈定。地下采矿的环境问题主要表现为采空区塌陷,这种作用传导到地表间接表征为地表的塌陷和积水。利用遥感影像对水体识别的优势能可以较为准确判断地下塌陷的位置。

2.2合理开展治理工程规划

遥感影像对地表的宏观反应较全面,治理区内-区外以及区内各地段的细部特征反应较直观。在治理方案论证阶段,基于遥感影像可以方便且快速地制定不同的治理方案,从而有利于方案的比选并确定最终的治理思路。同时,在后续的室内详细设计阶段,利用影像和高程数据形成的3D展示,可以较为真实地还原现场特征,极大地提高设计的效率。

2.3对治理成效的长期监测

矿山环境治理往往是一个植被重塑、景观格局重塑的过程,相对于2~5年的工程建设期,植被和土壤的恢复、生态环境的成熟是个长期的过程。工程验收侧重的是程序性工作的完结,对设计和施工质量的深度评判则需要在更长时间尺度上完成。综合考虑时间长度、资金、人员及设备的因素,遥感监测是最便捷、经济成本低且技术可行的长期评价手段。利用卫星影像或者无人机上搭载传感器快速对数据进行采集并即时回传,利用专业的遥感和地理信息软件对数据信息进行处理,将极大地提高效率降低生产成本。从遥感影像可以方便提取植被指数、覆盖度等直观参数,继而还可建立矿山生态弹性度等模型深入评价生态效益。通过多年数据的累积,可以较为客观评价治理区生态恢复的发展趋势。同时,在长期监测中,对于汛期等特殊时期,可以高频率地监测,通过对比、研判确定治理工程的运行情况,及时发现并排除隐患。

2.4促进数字化矿山建设

数字化矿山的建设,将最大限度地减少矿山环境问题数量和致损程度。随着矿山建设理念的变化,数字化矿山的建设和高质量信息化管理,是未来矿山建设的主要方向。遥感技术应用,可以获得更加全面、时效性更强的数据资料,是实现数字化矿山建设的基本手段。遥感技术配合无人操控、实时操控等技术,可以使矿山开采活动更规范化、定量化、精准化。从而使矿山地质环境问题在产生之初,即受到人工干预,降低后续治理的难度。遥感技术能够在地形复杂区域,凭借良好的实测效率,快速地对矿山地形、地貌等相关信息进行精准获取,以此来作为矿山资源开采的基本数据资料,为数字化矿山的建设提供数据支撑[4]。同时,行业主管部门可以使用遥感技术等对矿产资源实际开采情况进行空间的实时监控,对开发不合理的情况进行资料拍摄,将所有问题资料进行整理后,严格对违法开采的企业进行整顿[5],从监管层面推动数字化矿山建设。

3依托遥感技术的典型治理案例分析

3.1建设生态公园

矿山开采区域往往具有面积大、地形变化大、有积水等特点,这些采矿造成的破坏问题,恰是构建生态公园的有力因素。利用遥感影像的宏观特征,可以方便地完成生态公园的功能规划。例如,三明市的竹林矿区,就是因为对矿山资源的过度开采,导致矿山大面积水土流失,同时矿区内土场、尾矿库等都存在较多安全隐患。在这样的背景下,当地政府依托技术单位利用遥感影像对矿山及周边区域进行较为全面调查、统一规划,将矿区建设成为生态公园。在公园建设完成后,通过遥感监测该地区的治理面积已经逐渐完成,水土流失情况得到有效地控制,有效地解决尾矿和土地存在的安全隐患问题。现在该矿山的土地质量有着明显的改善,园林绿化景观和休闲设施不断完善,已经成为全新的生态休闲区域。

3.2恢复农业用地

土地复垦是矿山环境治理中较为常见的治理方式,通过复垦不仅能够实现对土地资源的充分利用,改善矿山周边土地质量,还可以带来较大的经济效益。因此,在一部分土地环境质量较差的矿山地区,可以选择矿山复垦的方式,对矿山地质环境情况进行恢复,实际工作开展的环节中,加强对复垦落实的管理情况,科学合理的对复垦手段进行优化和选择,以此来保证最终的矿山复垦效果。在复垦的过程中,可以利用遥感技术获取复垦前后的影响特征,对复垦工程的实施情况进行监测。同时,利用长期遥感监测对复垦效应进行评判,对存在的不足之处进行整改。现阶段,矿山复垦工作开展的阶段中,遥感技术能够对原本矿山环境情况进行调查,利用全色遥感影像最终结果,对矿山实际环境进行判决,在复垦工作完成之后,遥感技术需要在此全面对矿山环境进行扫描、呈像,将两账户呈像最终进行参数对比,从而对复垦的效果进行确定。在遥感技术应用的过程中,可以从相关影响上很清楚的看出矿山的治理效果,在矿山中大量植被分布较为密集,在野外调查中也发现矿山大部分区域都得到良好的复垦效果,工作人员也使用不同技术进行修复和治理,比如修建护坡、填充土石、修理烂渣坝等,对矿山区域的土地进行整理,利用桂花、罗汉松、花黄等植物在基地中进行种植,从而提升治理的最终效果。

3.3自然生态环境的恢复

由于我国地域分布情况较为广泛,不同地区的矿山环境都有一定的不同,在实际环境治理的过程中,需要结合实际的气候环境情况开展。现阶段多数矿山地区的气候环境较为湿润,全面降雨较为充足,这种气候环境下,植物会具有较为良好的生长环境,植物存活率较高。多数矿山在环境治理的阶段中,经常会因为矿物资源开采或者地形环境险恶等多种特殊性,在自然环境回复治理的阶段中,需要工作人员加以重视,在工作准备阶段中,利用遥感技术对矿山环境实际分布情况、地质情况、结构情况等进行勘测调查,以此来为后续工作的开展奠定扎实良好的基础。同时,矿山环境治理工作的开展具有较为明显的长期性,在自然环境恢复中需要定期使用遥感技术进行摄像,将最终测量结果进行分析,从而对恢复治理效果进行保障。如果影像上的绿色植物纹理较多,说明矿山环境恢复治理效果较为良好;如果影像上的空旷区域较多或者从色彩上很难进行分辨,则需要进一步分析和治理。除此之外,在经过工作人员野外调查之后,矿山的自然恢复建设可以使用花岗岩或者矿山区域内较为坚硬的岩壁进行处理,但是这一部分环境恢复治理工作也相对困难,需要加以重视。目前。我国多数矿山的立面都已经形成自然风化的现象,在矿山区域内杂草不断生长,当地政府部门已经放弃对矿山的治理。

3.4普通植物的恢复

在矿山区域范围内经常会包含原有的自然植物,将原有普通的植物进行恢复,是现阶段矿山环境治理工作中较为常见的环境恢复手段。在我国多数矿山在停止开采后,需要及时开展护坡修建、土石填充、复垦、植物修复等多种工作,这也是矿山环境修复工作的重要基础。在普通植物修复中,遥感技术需要全面的将矿山区域中含有的植物进行扫描,利用相关的数据报告,对植物实际生长情况进行初步掌握和了解,以最终结果为基础制定环境治理方案,保障方案具有较高的可行性和有效性。在经过野外调查之后,需要对矿山区域采空部位进行降坡处理,做成台阶样式,在台阶上将植物树苗进行种植和付汇,对矿山区域的平面进行原有植物的修复处理,保证矿山普通植物生长的效果和质量,以此来为最终矿山环境治理效率奠定基础。

4结语

随着社会的不断发展和进步,人们对于矿产资源的需求量也在不断增加,这对采矿工作效率和综合质量提出更高要求。为了强化矿山地质环境问题源头控制,并在后期治理过程中提高设计的效率和质量,创造生态产品价值,企业需要加大对遥感技术等现代化测绘技术进行应用,从而获得更加精准的勘测信息,为矿山建设、开采以及治理提供数据支持。同时,广义的遥感产品———地形高程信息、影像、照片及录像等,为实现矿山的自动化、智能化及无人化生产提供实时的多源数据,是未来矿山发展的主要方向。

作者:张郝哲 许圣强 单位:河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院