李 麗 ，楊金中 ，陳 棟 ，于 航 ，邢 宇 ，汪 潔

（中國(guó)自然資源航空物探遙感中心，北京 100083）

2016年9月印發(fā)的《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，中國(guó)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽等11個(gè)省（直轄市），面積約205×104km2。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶江蘇段是中國(guó)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)區(qū)域，區(qū)內(nèi)分布大量的建材及其他非金屬礦產(chǎn)。礦山開(kāi)發(fā)過(guò)程不可避免地會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和廢水污染問(wèn)題突出，遺留的露天廢棄礦山不僅破壞自然景觀，更造成土地資源的 浪費(fèi)[1-4]。

近年來(lái)，我國(guó)廢棄礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)工程呈現(xiàn)出較快的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)有不少學(xué)者對(duì)廢棄礦山生態(tài)修復(fù)、礦山環(huán)境污染、礦山水體污染等問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)查和研究。李建中等[5]提出了全國(guó)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的思路、目標(biāo)任務(wù)和部署設(shè)想；殷亞秋等[6]運(yùn)用遙感技術(shù)，調(diào)查了我國(guó)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶0～50 km范圍內(nèi)廢棄礦山存在的環(huán)境問(wèn)題，并提出生態(tài)修復(fù)對(duì)策；劉向敏[7]針對(duì)歷史遺留的廢棄礦山，探討了礦山輸出的生態(tài)產(chǎn)品內(nèi)涵，總結(jié)了廢棄礦山修復(fù)的主要模式；武強(qiáng)等[8]探討了礦山環(huán)境治理模式，并用實(shí)際案例討論其適用性；陳緒鈺[9]在獲得河南大峪溝煤礦區(qū)4個(gè)時(shí)期遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境變化規(guī)律進(jìn)行分析；賈斌等[10]以北京房山區(qū)廢棄礦山為例，探討了廢棄礦山生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)的應(yīng)用。研究人員針對(duì)廢棄礦山的修復(fù)做了很多探索，然而就如何發(fā)揮當(dāng)?shù)氐乩砣宋淖匀画h(huán)境的優(yōu)勢(shì)，發(fā)掘一條符合地方特色的礦山修復(fù)之路仍需“具體問(wèn)題具體分析”。

目前，針對(duì)研究區(qū)廢棄礦山修復(fù)治理情況進(jìn)行持續(xù)多期的監(jiān)測(cè)，并快速作出對(duì)策分析的研究尚不普遍。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有宏觀、快速和同步觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可直觀反映研究區(qū)各個(gè)時(shí)期的變化，高分辨率遙感影像也可直接觀測(cè)到具體礦山的生態(tài)修復(fù)情況[11-14]。本文獲取了江蘇省長(zhǎng)江干流兩岸10 km范圍內(nèi)露天廢棄礦山土地占用損毀和4 期礦山生態(tài)修復(fù)變化信息，分析廢棄礦山存在的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，總結(jié)區(qū)內(nèi)生態(tài)修復(fù)措施并提出建議。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為江蘇長(zhǎng)江干流兩岸各10 km范圍，途經(jīng)南京、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、常州、無(wú)錫、蘇州、泰州、南通等8個(gè)地市，面積約8 033.40 km2。沿長(zhǎng)江地區(qū)地處北亞熱帶，四季分明，雨量充沛；研究區(qū)水系發(fā)育，分布數(shù)量眾多的池塘、水庫(kù)、溝渠及人工河流；主要為低山丘陵及平原地貌，西部山丘和谷地平原相間分布，東部為長(zhǎng)江下游沖積平原區(qū)。

2 數(shù)據(jù)源

為查明研究區(qū)的生態(tài)修復(fù)情況和存在的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，本文使用2017—2020年4 期遙感數(shù)據(jù)，各期影像具體信息如表1所示。

上述衛(wèi)星影像均為多波段圖像。影像數(shù)據(jù)基本無(wú)畸變，無(wú)條帶，云量較少。在對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正、融合和鑲嵌等預(yù)處理后，制作的解譯用圖圖像清晰，色彩色調(diào)豐富，滿足解譯要求。

3 信息提取方法

3.1 主要技術(shù)流程

根據(jù)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，建立信息提取技術(shù)流程（圖1）。在收集區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)資源和遙感影像資料后，提取研究區(qū)內(nèi)廢棄露天礦山開(kāi)發(fā)占地圖斑等信息，包括采場(chǎng)、中轉(zhuǎn)場(chǎng)地、固體廢棄物、礦山建筑、礦山生態(tài)修復(fù)前土地類型、修復(fù)后土地類型等。室內(nèi)信息提取完成后開(kāi)展野外踏勘工作，以驗(yàn)證和修正室內(nèi)解譯成果，最后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和綜合分析[14-15]。

圖1 主要技術(shù)流程圖Fig.1 Work flow of main technology

當(dāng)解譯圖斑數(shù)量龐大時(shí)，野外實(shí)地驗(yàn)證工作需在安全生產(chǎn)的前提下，采取點(diǎn)、線、面相結(jié)合的方式進(jìn)行。結(jié)合礦山開(kāi)發(fā)的可解譯程度（遙感數(shù)據(jù)的分辨率、地形地貌和植被覆蓋情況、開(kāi)發(fā)礦種和方式等）和以往的工作程度等資料，野外驗(yàn)證的方式可分為三種：解譯效果較好的區(qū)域以點(diǎn)驗(yàn)證為主，解譯效果中等的區(qū)域則選擇有代表性的路線進(jìn)行驗(yàn)證，影像和解譯效果均較差的區(qū)域則采取面驗(yàn)證的方式[9]。

野外驗(yàn)證工作主要分為資料準(zhǔn)備和實(shí)地驗(yàn)證兩個(gè)階段，具體步驟為：

①進(jìn)行初步解譯后，提取疑問(wèn)點(diǎn)信息；

②綜合考慮點(diǎn)線面的野外驗(yàn)證方式，規(guī)劃好野外路線，繪制野外路線圖；

③準(zhǔn)備好野外工作手圖和統(tǒng)一格式的野外記錄本、質(zhì)量控制相關(guān)表格和野外設(shè)備；

④按規(guī)劃路線開(kāi)展野外驗(yàn)證工作并做好相關(guān)記錄。

3.2 遙感影像解譯標(biāo)志

研究區(qū)主要解譯的圖斑類型為采場(chǎng)、中轉(zhuǎn)場(chǎng)地、固體廢棄物、礦山建筑、礦山生態(tài)修復(fù)情況等。各類型圖斑影像特征如下：

采場(chǎng)通常連接著一條或多條道路，附近有選礦裝置或車輛。研究區(qū)主要為低山丘陵及平原地貌，采場(chǎng)在遙感圖像上多顯示為不規(guī)則負(fù)地形，挖損后的土地高亮，與周圍環(huán)境明顯不同。

研究區(qū)中轉(zhuǎn)場(chǎng)地包括選礦場(chǎng)和其他礦石堆，一般分布在附近，方便礦石篩選。在遙感圖像上表現(xiàn)為正地形的堆積式礦堆。

固體廢物包括排土場(chǎng)和廢石堆，其圖像黃白相間，大型礦山的排土場(chǎng)往往連片分布，圖像邊界清晰，紋理規(guī)則，一般出現(xiàn)在靠近采場(chǎng)的位置，位置相對(duì)固定。

礦山建筑是指用于礦山生產(chǎn)、生活或辦公的房間，在圖像上通常以藍(lán)色或紅色整齊、規(guī)則地排列。

礦山生態(tài)修復(fù)后的圖斑色調(diào)多為淺綠色-深黃色，其中正在進(jìn)行覆土堆填的礦山圖斑由于堆滿大量沙土，在影像上呈黃灰色調(diào)正地形；場(chǎng)地平整后的圖像紋理清晰，形態(tài)規(guī)則，邊界輪廓明顯，人工措施明顯；削坡降坡圖像與修復(fù)前相比，邊坡更加規(guī)則、平緩，表面光滑，或呈臺(tái)階狀，如圖2所示。

圖2 研究區(qū)遙感影像解譯標(biāo)志Fig.2 Interpretation marks of remote sensing images in the study area

4 研究區(qū)2017年廢棄露天礦山分布情況及環(huán)境影響

4.1 廢棄露天礦山總體分布

本文對(duì)研究區(qū)2017年高分遙感影像數(shù)據(jù)（圖3）進(jìn)行解譯后，對(duì)解譯信息采取室內(nèi)檢查和野外檢查的方式進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。質(zhì)量自檢、互檢率為100%，自檢、互檢中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)判/漏判圖斑均已修改；野外調(diào)查率為100%，并根據(jù)野外驗(yàn)證結(jié)果修改完善圖斑內(nèi)容。圖斑具體信息經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門詳細(xì)調(diào)查后予以認(rèn)可，最終確定2017年研究區(qū)范圍內(nèi)需進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的廢棄露天礦山占地圖斑有225 個(gè)。礦山分布在江蘇省7 個(gè)市，其中南京市73 個(gè)、鎮(zhèn)江市110 個(gè)、常州市3 個(gè)、無(wú)錫市21 個(gè)、揚(yáng)州市4 個(gè)、泰州市4 個(gè)、南通市10 個(gè)。研究區(qū)廢棄露天礦山圖斑面積共計(jì)981.32 hm2，占全長(zhǎng)江干流兩岸10 km范圍內(nèi)廢棄露天礦山面積的11.17%[6]（圖4）。

圖3 研究區(qū)遙感影像圖（2017年）Fig.3 Remote sensing images of the study area(2017)

圖4 研究區(qū)廢棄礦山分布圖（2017年）Fig.4 Distribution of abandoned mines in the study area(2017)

各地市廢棄礦山占地面積如圖5所示，其中鎮(zhèn)江市面積最大，為443.03 hm2；其次是南京市，面積為292.46 hm2。

圖5 研究區(qū)各地市廢棄礦山面積Fig.5 Areas of the abandoned mines in various cities in the study area

4.2 礦山占地類型及環(huán)境影響

研究區(qū)露天廢棄礦山面積主要表現(xiàn)為礦山的采場(chǎng)和中轉(zhuǎn)場(chǎng)地，分別占研究區(qū)廢棄礦山面積的73.45%和25.57%。廢棄礦山采場(chǎng)主要存在的問(wèn)題是挖損土地導(dǎo)致地形地貌景觀破壞、植被破壞、發(fā)生崩塌或滑坡等地質(zhì)災(zāi)害、廢土廢渣堆積等。原露天開(kāi)采形成大量采場(chǎng)，嚴(yán)重破壞了礦區(qū)原有地貌，導(dǎo)致自然山體殘缺不全，裸露的地表與周邊自然環(huán)境極不協(xié)調(diào)，嚴(yán)重影響長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)景觀。

礦山原生產(chǎn)活動(dòng)占用大片場(chǎng)地（中轉(zhuǎn)場(chǎng)地），場(chǎng)地上的廢土石堆、廢土渣和加工、運(yùn)輸場(chǎng)等壓占土地，使得植被難以恢復(fù)生長(zhǎng)。部分礦山采礦產(chǎn)生的固體廢棄物，經(jīng)雨水沖刷、浸潤(rùn)，其有害成分極易滲入水和土壤中，對(duì)礦區(qū)及其下游的地表水、地下水和土壤造成污染[16-18]。

4.3 礦種分布及環(huán)境影響

廢棄礦山涉及礦種有白云巖、建筑石料用灰?guī)r、建筑用白云巖、建筑用砂、膨潤(rùn)土、水泥用灰?guī)r、磚瓦用黏土等。其中，建筑石料用灰?guī)r和建筑用砂礦山占地面積較大，分別為461.67 ，343.36 hm2。

該類礦種集中在低山丘陵地區(qū)，其采礦活動(dòng)易引發(fā)地形地貌景觀破壞、礦山地質(zhì)災(zāi)害和土地植被資源損毀。研究區(qū)的建筑石料用灰?guī)r礦大多采用斜坡式開(kāi)采方式，已經(jīng)形成比較陡峭的邊坡，廢棄后的坡面巖石受原先開(kāi)采震動(dòng)影響和節(jié)理裂隙切割及長(zhǎng)期風(fēng)化等作用，巖體較為破碎，在遇到頻繁降雨天氣時(shí)易發(fā)生堆土體邊坡失穩(wěn)，巖石坍塌滾落，造成崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。廢棄的建筑用砂礦也由于局部邊坡陡立、結(jié)構(gòu)松散，受雨水沖刷后易形成小型滑坡或造成水土流失。部分廢棄露天礦山離周邊居民集中區(qū)較近，地質(zhì)災(zāi)害隱患將威脅群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[18-19]。

5 廢棄露天礦山生態(tài)修復(fù)及變化情況

5.1 生態(tài)修復(fù)監(jiān)測(cè)結(jié)果

經(jīng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，截至2020年10月，江蘇省長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶露天廢棄礦山正在修復(fù)礦山圖斑45 個(gè)，面積約287.61 hm2；已完成修復(fù)圖斑57 個(gè)，面積385.59 hm2。其中，2018年已修復(fù)面積126.32 hm2；2019年已修復(fù)面積為265.46 hm2，正在修復(fù)面積137.09 hm2；2020年10月已修復(fù)面積上升到385.59 hm2，正在修復(fù)面積287.61 hm2。2018—2020年已修復(fù)面積和正在修復(fù)面積均呈上升趨勢(shì)。

5.2 修復(fù)措施及效果

截至2020年10月，研究區(qū)正在修復(fù)圖斑的修復(fù)措施主要有場(chǎng)地平整、覆土堆填、削坡降坡等。其中，正在進(jìn)行覆土堆填的工程主要措施是對(duì)礦山的廢石、廢土進(jìn)行清運(yùn)后，對(duì)廢棄采坑或中轉(zhuǎn)場(chǎng)地進(jìn)行覆土堆填，具體見(jiàn)表2。

表2 正在修復(fù)圖斑統(tǒng)計(jì)表（2020年10月）Table 2 Statistics of under restoration spot（Oct.2020）

完成修復(fù)的圖斑主要恢復(fù)為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、坑塘水面等，具體見(jiàn)表3。

表3 完成修復(fù)圖斑統(tǒng)計(jì)表（2020年10月）Table 3 Statistics of complete restoration spot（Oct.2020）

研究區(qū)礦山修復(fù)工程修復(fù)效果良好，從修復(fù)面積來(lái)說(shuō)，整體修復(fù)率約為67.08%（含正在修復(fù)礦山）。在已完成或正在進(jìn)行的礦山修復(fù)工程中，針對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞程度較小的礦山，采取簡(jiǎn)單的封閉、圍擋、設(shè)置警示牌等措施，讓群眾有效避讓地質(zhì)災(zāi)害隱患；對(duì)景觀生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境破壞嚴(yán)重的礦山，進(jìn)行降坡削坡，人工修整，清除邊坡表面危巖體，加固穩(wěn)定，防止水土流失等措施，在形成的臺(tái)階上進(jìn)行土地整治[20-21]。

對(duì)采場(chǎng)或中轉(zhuǎn)場(chǎng)地進(jìn)行客土回覆，采用有機(jī)肥對(duì)土壤進(jìn)行培育，進(jìn)行種植復(fù)綠（圖6）；清理松散巖石、重建植被、建截排水溝和清運(yùn)廢渣，治理后的土地與耕地建設(shè)用地增減掛鉤，或與市場(chǎng)運(yùn)作等相結(jié)合，納入城市建設(shè)的總體規(guī)劃中，既能恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，又能充分利用土地，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益[22-24]。

圖6 某建筑石料用灰?guī)r礦生態(tài)修復(fù)影像及野外照Fig.6 Image and field photo of ecological restoration of one limestone mine

5.3 礦山生態(tài)修復(fù)典型案例

（1）典型生態(tài)修復(fù)案例1

圖7為已完成治理的圖斑4期影像變化圖，該礦山位于江蘇省南京市棲霞區(qū)西崗街道樺墅村，為廢棄磚瓦用黏土礦?？梢钥闯?017—2018年該礦山均處于待治理狀態(tài)，2019年礦山正在進(jìn)行修復(fù)工作，主要措施是進(jìn)行削坡、廢渣清運(yùn)和覆土平整，2020年完成土地平整，平整面積分別為3.07 hm2和5.84 hm2。修復(fù)后土地納入城市建設(shè)規(guī)劃，修復(fù)效果良好。

圖7 研究區(qū)某露天廢棄礦山4期影像變化Fig.7 Image changes of the 4 phases of an open-pit abandoned mine in the study area

（2）典型生態(tài)修復(fù)案例2

位于南京市江寧區(qū)江寧街道的露天廢棄礦山，開(kāi)采礦種為建筑石料用灰?guī)r礦，修復(fù)前占地類型為采場(chǎng)，存在的主要問(wèn)題是壓占土地和景觀破壞。該處廢棄礦山由江寧區(qū)江寧街道負(fù)責(zé)修復(fù)，主要修復(fù)措施為邊坡整治、場(chǎng)地平整、植被重建，修復(fù)效果良好（圖8）。

圖8 江寧區(qū)建筑石料用灰?guī)r礦采場(chǎng)修復(fù)Fig.8 Restoration of stope of Sandstone Mine in Jiangning District

6 結(jié)論與建議

（1）2017年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶江蘇段廢棄礦山主要集中在7個(gè)地市，其中鎮(zhèn)江市和南京市需修復(fù)面積較大，分別為443.03 hm2和292.46 hm2。區(qū)內(nèi)露天廢棄礦山面積主要表現(xiàn)礦山采場(chǎng)和中轉(zhuǎn)場(chǎng)地這兩類占地，面積分別為720.83 hm2和250.88 hm2，占研究區(qū)廢棄礦山面積的73.45%和25.57%。涉及礦種以建筑石料用灰?guī)r和建筑用砂礦為主，分別為461.67 hm2和343.36 hm2。研究區(qū)存在的主要礦山環(huán)境問(wèn)題有地形地貌破壞、礦山地質(zhì)災(zāi)害、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞和水土污染等。

（2）截至2020年10月，研究區(qū)露天廢棄礦山正在修復(fù)圖斑的面積約287.61 hm2，已完成修復(fù)圖斑的面積為385.59 hm2。2018—2020年已修復(fù)面積和正在修復(fù)面積均呈上升趨勢(shì)。研究區(qū)礦山修復(fù)工程修復(fù)效果良好，修復(fù)面積占比67.08%（含正在修復(fù)礦山）。主要生態(tài)修復(fù)措施有自然恢復(fù)、客土回填、土地平整、削坡、土地綜合治理等。

（3）部分礦山生態(tài)修復(fù)工程會(huì)在一定程度上破壞礦山周邊的林地或其他類型土地，完工后雖有場(chǎng)地平整等措施，但很難將破壞的自然環(huán)境恢復(fù)原貌。建議在進(jìn)行修復(fù)治理工程時(shí)，最大限度地保護(hù)礦區(qū)原有地貌，減少裸露地面，增加綠化面積，使占地修復(fù)治理和治理后的區(qū)域與周邊地形地貌景觀相協(xié)調(diào)，以充分利用土地資源。