塵福艷，王亞紅，杜玉娥，陳香菱

（中國煤炭地質(zhì)總局航測遙感局，陜西 西安 710199）

0 引言

黨的十八大以來，黨中央、國務(wù)院把生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護擺在更加重要的戰(zhàn)略位置[1-3]。習(xí)近平總書記多次作出重要批示，要求進一步加強自然保護區(qū)建設(shè)與管理。自然保護區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)勘查、開發(fā)一直是環(huán)境污染、環(huán)境破壞的“大戶”，被認為是對自然界的強烈改造活動[4]。無節(jié)制的礦產(chǎn)開發(fā)直接破壞了原有土地利用方式以及地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，引發(fā)景觀格局改變[5]。因此，對自然保護區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)勘查、開發(fā)項目的生態(tài)環(huán)境影響評估和地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估已經(jīng)成為社會關(guān)注的熱點[6-7]。礦產(chǎn)勘查與礦山開發(fā)設(shè)置的礦業(yè)權(quán)是具有特殊自然環(huán)境要素的場地，往往以地貌景觀破壞、地面塌陷、土地挖損和壓占、土壤植被破壞及地下水含水層破壞等方式造成生態(tài)環(huán)境破壞和土地損毀。礦業(yè)活動具有人類工程活動強烈、對自然環(huán)境破壞性大、地域分布廣、持續(xù)時間長、修復(fù)難度大等特點，各礦業(yè)權(quán)范圍生態(tài)環(huán)境破壞已經(jīng)成為制約區(qū)域經(jīng)濟綠色發(fā)展的重要因素。

青藏高原的地質(zhì)環(huán)境保護給地質(zhì)工作者、環(huán)境工作者提出了新的要求，尤其是自然保護區(qū)的地質(zhì)環(huán)境保護顯得尤為重要[8-10]。青海省自然保護區(qū)礦業(yè)權(quán)退出分布較廣、數(shù)量較多，涉及祁連山國家級自然保護區(qū)、三江源國家級自然保護區(qū)、青海湖國家級自然保護區(qū)等多個國家級、省級自然保護區(qū)，主要分布在青海省的北部地區(qū)、南部地區(qū)及東部地區(qū)，中部地區(qū)少量分布，涉及天峻縣、門源縣、祁連縣、海晏縣等14 個縣（市）。按照黨中央、國務(wù)院的相關(guān)要求，自2014 年以來，青海省全面停止了三江源國家級自然保護區(qū)、祁連山國家級自然保護區(qū)等的地質(zhì)勘查開發(fā)活動，全省11 個自然保護區(qū)中的6 個共涉及85宗礦業(yè)權(quán)退出。2019 年，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導(dǎo)意見》，要求“實行最嚴格的生態(tài)環(huán)境保護制度，強化自然保護地監(jiān)測、評估、考核、執(zhí)法、監(jiān)督等，形成一整套體系完善、監(jiān)管有力的監(jiān)督管理制度”。2019 年6 月，青海省啟動了以國家公園為主體的自然保護地體系示范省建設(shè)。

通過以青海省某探礦權(quán)和采礦權(quán)工程為研究對象，進行恢復(fù)治理前后的兩期高分辨率遙感圖像監(jiān)測、低空無人機遙感監(jiān)測和地面調(diào)查，旨在摸清礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理現(xiàn)狀，監(jiān)測恢復(fù)治理前后礦山地質(zhì)環(huán)境變化趨勢，為礦業(yè)權(quán)退出地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理驗收提供技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 遙感監(jiān)測方法

衛(wèi)星遙感技術(shù)在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題監(jiān)測方面發(fā)揮了重要作用[11]。礦山在勘探、開采過程中，勢必會產(chǎn)生一些固體廢棄物，而這些廢棄物往往沒有進行科學(xué)處理，對山體自然環(huán)境或者周邊居住環(huán)境造成影響[12]。利用遙感技術(shù)進行監(jiān)測，可以清晰顯示裸露的基巖或是植被破壞情況，進而為有關(guān)部門采取相應(yīng)措施提供參考和依據(jù)。部分礦山地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容針對開采過程產(chǎn)生的廢水、廢氣以及廢渣等[13]，若處理不當(dāng)會造成礦山環(huán)境的污染[14]，例如在石灰?guī)r礦山開采時，常產(chǎn)生粉塵污染物，使用遙感技術(shù)對礦山開采中排放的廢水進行監(jiān)測，并分析判斷水體中的化合物，可以提前預(yù)防地下水污染。

在充分收集恢復(fù)治理方案、高分遙感影像的基礎(chǔ)上，梳理評估區(qū)域自然地理、勘查歷史、探礦工程分布等信息，初步開展恢復(fù)治理遙感解譯，圈定無人機航拍區(qū)域，并進行無人機航拍及現(xiàn)場調(diào)查驗證。通過綜合對比分析，開展恢復(fù)治理成效評估。具體技術(shù)路線如圖1 所述。

圖1 自然保護區(qū)礦業(yè)權(quán)退出地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估工作流程圖Fig.1 Flow chart for the effectiveness evaluation of geological environment restoration and governance after the mining rights withdrawal in natural reserves

2 礦山地質(zhì)環(huán)境狀況

2.1 探礦權(quán)概況

探礦權(quán)案例為青海省某煤礦探礦權(quán)，該礦山東南距天峻縣城約140 km，距西寧市約446 km，西距德令哈市約225 km，天木公路（天峻-木里）約112 km 處有便道，車輛可通行，交通較方便。該礦區(qū)位于祁連山地段，屬于敏感區(qū)域，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，勘探單位在該區(qū)域內(nèi)進行了大量的煤炭資源勘查工作，在地面形成了11 個探坑、8 個渣堆，導(dǎo)致了不同程度的環(huán)境破壞。

根據(jù)相關(guān)資料，礦區(qū)內(nèi)主要的礦山地質(zhì)環(huán)境問題為比較凌亂的探坑未進行回填，形成了高陡邊坡，部分坑底有積水；已復(fù)綠渣臺因受氣候、海拔、土壤等因素的影響，復(fù)綠效果不好，后期需根據(jù)現(xiàn)場情況進行補種；老四號渣臺、二八號渣臺、五號渣臺、養(yǎng)護隊渣臺、七九號渣臺表面存在勘查過程中遺留的煤堆若干；五號煤堆上堆放的原煤未處理；生活區(qū)尚有未拆除的板房。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，探坑的開挖直接造成了礦區(qū)上部含水層的結(jié)構(gòu)破壞，主要影響凍結(jié)層以上的第四系松散巖類凍結(jié)層和基巖凍結(jié)層以及侏羅系凍結(jié)層下承壓含水層，可能會使部分凍結(jié)層上水和凍結(jié)層下水導(dǎo)通。由于凍結(jié)層的作用，礦區(qū)內(nèi)最高的靜止水位標高為4 305.41 m，未對多年凍結(jié)層以下的含水層造成破壞，僅對凍結(jié)層上部的含水層造成破壞。同時，由于礦區(qū)周圍僅為溝岔集流水，流量小，地表水體滲漏問題?。粌鼋Y(jié)層上含水層含水性弱，補給僅為大氣降水，地下水補給條件差，涌水量較小，不會產(chǎn)生大范圍的地下水疏干，不會造成明顯的地下水水位下降?，F(xiàn)狀條件下，含水層水位下降幅度小，探坑開挖對含水層結(jié)構(gòu)破壞的影響程度較輕。

2.2 采礦權(quán)概況

采礦權(quán)案例為青海省某砂石采礦場，該礦山采用露天開采方式，行政區(qū)劃隸屬海北州甘子河鄉(xiāng)管轄。該礦山進行了大規(guī)模的開采，形成一條長約1 000 m，寬約200 m，面積約19.13 hm2的工作面；采深約6 m，標高3 213.56～3 206.98 m 未見地下水泄出；挖損土地面積19.13 hm2。

該礦山主要工程布置有工業(yè)場地、加工場地、采礦區(qū)、礦區(qū)道路、排土場；人類工程活動主要為采礦工程活動，經(jīng)過多年開采，改變了礦區(qū)地形地貌。同時，修筑礦山基礎(chǔ)設(shè)施以及礦區(qū)內(nèi)開采地段、輔助設(shè)施區(qū)建設(shè)開挖擾動范圍對礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境改變較大。

礦區(qū)內(nèi)無常年性河流和季節(jié)性沖溝發(fā)育，僅在暴雨季節(jié)有少量地表水滲入地下，礦山開采最大深度為坡高5.5～6.0 m，而地下水埋深大于50 m，礦山未揭露地下水，對含水層影響破壞程度較輕。該礦山采用露天開采方式，不具備地面塌陷發(fā)生的條件，不會造成地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害。開采區(qū)采礦方式自標高3 213.56 m 至上而下開采，最終開采至標高3 206.98 m，存在潛在不穩(wěn)定邊坡，基本條件為高度6 m，寬度200 m，坡度35°，由砂礫石構(gòu)成，坡體整體失穩(wěn)的可能性小。

3 礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估

由于自然保護區(qū)內(nèi)各礦業(yè)權(quán)范圍內(nèi)地形地貌景觀、植被發(fā)育程度、土壤條件好壞、工程活動強度、探礦方式的不同，探礦工程活動造成的地質(zhì)環(huán)境破壞方式、破壞程度差異很大，各礦山恢復(fù)治理工程量、工程措施、施工周期也不同。不同礦業(yè)權(quán)人在編制恢復(fù)治理實施方案時設(shè)定的恢復(fù)治理預(yù)期目標和驗收標準不同，存在驗收標準高低參差不齊等情況。對自然保護區(qū)礦業(yè)權(quán)退出地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效監(jiān)測評估投入不足，恢復(fù)治理現(xiàn)狀摸底調(diào)查不系統(tǒng)，不同礦業(yè)權(quán)缺乏可供橫向?qū)Ρ仍u價的標準體系。

工作收集各礦業(yè)權(quán)的恢復(fù)治理方案資料，依據(jù)資料進行恢復(fù)治理成效評估。無論是探礦權(quán)還是采礦權(quán)，由于評估區(qū)域內(nèi)基本無常年性河流和季節(jié)性沖溝發(fā)育，僅在暴雨季節(jié)有少量地表水滲入地下，含水層水位下降幅度小，礦區(qū)及周圍地表水體未漏失；且地下水埋深大于礦山開采最大深度，未揭露地下水。因此，礦業(yè)活動對含水層影響較輕。由于井工開采的煤礦具有引起地面塌陷的潛力，此次評價的85 宗礦業(yè)權(quán)退出均未涉及井工開采，其中，11 宗采礦權(quán)均為露天采礦，采礦規(guī)模較小，在2016 年以前已經(jīng)政策性退出且進行了恢復(fù)治理，后續(xù)未進行采礦活動。因此，本次地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估在確定成效評估方法時未考慮地下水含水層破壞和地面塌陷。

3.1 評估原則

根據(jù)不同的礦山地質(zhì)環(huán)境特征，并以各類礦山地質(zhì)環(huán)境問題的空間分布、發(fā)育現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢為依據(jù)，以兼顧地質(zhì)環(huán)境背景和突出重點的地質(zhì)環(huán)境問題為原則，評估恢復(fù)治理工程的成效。

3.2 評估方法

礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估內(nèi)容主要包括生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益三個方面[15-17]。青海省自然保護區(qū)礦業(yè)權(quán)退出地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估以生態(tài)效益評估為主，常見評價指標有地質(zhì)穩(wěn)定性、地形地貌與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)一致性、植被恢復(fù)效果、管護措施及管護效果等。為了使恢復(fù)治理成效評估問題簡單化，需要制定簡單可行的標準和方法，綜合青海省礦業(yè)權(quán)退出地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作目的、任務(wù)和普遍面臨的問題，確定以礦山開采、探礦工程對礦山地質(zhì)環(huán)境影響為主、兼顧地質(zhì)環(huán)境背景的評估指標作為本次評價的因子，分別為景觀一致性、植被恢復(fù)效果、管護措施三個普遍適用的指標，逐一對恢復(fù)治理工程進行綜合量化評價，見表1。

表1 礦業(yè)權(quán)退出地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評價打分表Table 1 Scoring table for the effectiveness evaluation of geological environment restoration and governance after the mining rights withdrawal

根據(jù)評價原則和礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境特點，以及三個評價指標的重要性，分別賦予不同權(quán)重，采用指數(shù)加權(quán)綜合法計算單個工程點恢復(fù)治理現(xiàn)狀最終得分，并進行恢復(fù)治理成效評估等級劃分。根據(jù)單工程恢復(fù)治理效果加權(quán)求和得分，將恢復(fù)治理效果劃分為好、較好、一般、較差和差五個等級：①80 分<得分≤100 分為恢復(fù)治理效果好；②60 分<得分≤80 分為恢復(fù)治理效果較好；③40 分<得分≤60 分為恢復(fù)治理效果一般；④20 分<得分≤40 分為恢復(fù)治理效果較差；⑤0 分<得分≤20 分為恢復(fù)治理效果差。

3.3 評估結(jié)果

1）探礦權(quán)。參考該礦區(qū)的礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理方案，前期進行了探礦活動，形成了地面探坑、渣臺、生活區(qū)場地、道路等，后經(jīng)環(huán)境綜合整治工程對大部分探坑進行了回填，對渣臺進行了修整等治理，但仍有部分探坑、渣臺未全部完成治理，現(xiàn)狀條件下對土地資源有一定程度的壓占、破壞。

依據(jù)工作的目的任務(wù)，結(jié)合礦山自然地理條件、恢復(fù)治理措施、預(yù)期目標、礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)自然規(guī)律及礦山實際情況（現(xiàn)場調(diào)查），本次礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理遙感解譯工作基于恢復(fù)治理前2018 年GF2 影像、恢復(fù)治理后2020 年GF2 影像及2021 年秋季航拍影像所反映的探礦工程的變化特征，分別從反映探礦工程恢復(fù)治理措施和成效的景觀一致性變化、植被恢復(fù)變化及復(fù)綠管護措施變化的三個維度進行對比解譯。

典型探坑恢復(fù)治理前后影像如圖2 所示，具體特征情況如下所述。周邊地形地貌及植被特征：位于山前谷地，植被發(fā)育區(qū)；景觀一致性變化特征：全面開展了土石方回填、刷坡、坡面修飾、地貌整飾及覆土工作，景觀一致性好；植被恢復(fù)特征：植被恢復(fù)整體較好，局部斜坡上碎石裸露，復(fù)綠效果較差；管護措施特征：追肥、無紡布、網(wǎng)圍欄和警示牌均有，管護措施到位。

圖2 典型探坑恢復(fù)治理前后影像對比Fig.2 Comparison of images before and after restoration and governance of typical probing pit

煤堆恢復(fù)治理前后影像如圖3 所示，具體特征情況如下所述。周邊地形地貌及植被特征：位于山前斜坡的植被稀疏區(qū)；景觀一致性變化特征：進行了煤堆剝離，填平、平整，景觀一致性較好；植被恢復(fù)特征：植被恢復(fù)效果較好；管護措施特征：管護措施有追肥、無紡布和網(wǎng)圍欄。

圖3 煤堆恢復(fù)治理前后影像對比Fig.3 Comparison of images before and after restoration and governance of dump

根據(jù)匯總統(tǒng)計，共解譯了37 個恢復(fù)治理工程，其中，恢復(fù)治理效果評級達“好”的工程為8 個，占比21.62%；恢復(fù)治理效果評級達“較好”的工程為16 個，占比43.24%；恢復(fù)治理效果評級達“一般”的工程為6 個，占比16.22%；恢復(fù)治理效果評級達“較差”的工程為6 個，占比16.22%；恢復(fù)治理效果評級達“差”的工程為1 個，占比2.70%。通過對比恢復(fù)治理前后遙感影像礦區(qū)內(nèi)的各項恢復(fù)治理工程，共解譯了10 個探坑，探坑位于有植被發(fā)育的區(qū)域，所有探坑均需機械進行回填、平整、復(fù)綠。其中，6 個探坑恢復(fù)治理效果為“好”或者“較好”，3 個探坑恢復(fù)治理效果為“較差”，1 個探坑治理效果為“一般”。此外，還解譯了8 個渣臺、14 個煤堆，恢復(fù)治理效果均為“較好”；礦區(qū)道路部分存在復(fù)綠效果不好路段；房屋建筑區(qū)域未清理垃圾、平整、復(fù)綠；區(qū)內(nèi)探槽均未恢復(fù)治理。

綜合分析認為礦區(qū)內(nèi)探礦工程恢復(fù)效果總體較好，管護工作比較全面，但存在執(zhí)行程度不均的問題。對于個別探坑治理不到位、景觀一致性較差，結(jié)合周邊地形地貌和自然地理條件，建議采取繼續(xù)回填、平整并復(fù)綠；渣臺南側(cè)坡面繼續(xù)補種復(fù)綠，加強管護，增強復(fù)綠效果；對探槽進行回填、平整并復(fù)綠；部分礦區(qū)道路需補種。

礦區(qū)探礦工程通過回填、平整、清理等措施，解決了景觀一致性，部分開展了種草和相關(guān)的養(yǎng)護措施，牧草已初步恢復(fù)。通過上述人工輔助修復(fù)，為后期自然恢復(fù)奠定了基礎(chǔ)，創(chuàng)造了必要條件。

2）采礦權(quán)。依據(jù)恢復(fù)治理方案，恢復(fù)治理工程分為邊坡治理和采坑沙地治理兩部分，主要為地形地貌景觀恢復(fù)，對邊坡采取植樹造林的治理措施，對采坑沙地采取種草的治理措施。種植草地時要求采用機械重耙松土和覆土種植并覆蓋無紡布。

參考青海省海晏縣某砂場礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理方案，海晏縣某砂場需要進行恢復(fù)治理的采礦工程類型主要為采坑、施工便道及復(fù)綠工程。本次礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理遙感解譯工作基于恢復(fù)治理前GF2 影像、恢復(fù)治理后GF2 影像及2021 年秋期航拍影像所反映的探礦工程的變化特征，分別從能較全面反映探礦工程恢復(fù)治理措施和成效的景觀一致性變化、植被恢復(fù)變化及復(fù)綠管護措施變化等三個維度進行對比解譯。

采坑1 恢復(fù)治理前后影像對比如圖4 所示，具體特征情況如下所述。周邊地形地貌及植被特征：位于湖積平原的植被發(fā)育區(qū)，土壤類型為高原草甸類，土層較薄；景觀一致性變化特征：現(xiàn)場耙痕較明顯，經(jīng)過刷坡、坡面整飾和平整，景觀一致性較好；植被恢復(fù)特征：對邊坡植樹造林，采坑沙地種草，林地長勢較好，草地長勢不均，植被整體恢復(fù)一般；管護措施特征：有網(wǎng)圍欄和警示牌管護措施。

圖4 采坑1 恢復(fù)治理前后影像對比Fig.4 Comparison of images before and after restoration and governance of mining pit 1

經(jīng)遙感解譯和現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，西部采坑周圍邊坡均進行了刷坡和坡面整飾，坡面進行了浮石清理，栽種沙柳，沙柳成活率尚可，套種的人工牧草長勢不均勻。在邊坡上部水土流失明顯，縱向沖溝發(fā)育，牧草稀疏，長勢較差；邊坡中下部牧草長勢旺盛。采坑中進行了地表清理、表土平整、輕耙和覆土、播撒草種，出苗率和長勢不均勻，草苗多沿耙溝條帶狀分布，局部地表斑塊狀裸露。東部采坑邊坡也進行了刷坡和坡面整飾，栽種沙柳，樹木成活率較高，采坑中進行了地表清理、表土平整、輕耙和覆土、播撒草種，底部雖然牧草長勢依然較差，草苗多沿耙溝條帶狀分布，總體牧草分布均勻。

對治理后的GF2 數(shù)據(jù)進行植被覆蓋度的提取，將礦區(qū)劃分為恢復(fù)治理效果較好區(qū)域和恢復(fù)治理效果一般區(qū)域，如圖5 所示。通過統(tǒng)計，礦區(qū)需要恢復(fù)治理面積2.988 5 km2，其中，恢復(fù)治理效果較好區(qū)域面積2.101 4 km2，占比70.32%；恢復(fù)治理效果一般區(qū)域面積0.887 1 km2，占比29.68%。通過遙感解譯和野外調(diào)查驗證，礦區(qū)邊坡造林效果較好，植株長勢好。在沙地種草治理區(qū)域，部分草種長勢較差且不均勻，整體復(fù)綠效果一般，土壤有沙化現(xiàn)象。

圖5 評估區(qū)域采坑恢復(fù)治理效果圖Fig.5 Effect map of restoration and governance of mining pit in the evaluation area

4 結(jié)論

1）礦區(qū)內(nèi)開展了大量的治理工作，取得了一定的治理效果。按照《青海省自然保護區(qū)礦業(yè)權(quán)退出地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理與驗收工作方案》中“因地制宜，實現(xiàn)與周邊自然地貌景觀基本協(xié)調(diào)一致”的原則，在確定探槽回填、機臺平整、硐探渣堆平整及具備土壤條件地段的種草復(fù)綠等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，治理后達到了環(huán)境恢復(fù)治理要求。

2）研究中采用的評估方法能較好地適應(yīng)青海省礦山數(shù)量眾多、規(guī)模大小不一、空間分布范圍較廣的特點，可為生態(tài)環(huán)境等相關(guān)部門開展礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估工作提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

3）礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估的監(jiān)測對象和指標在自然保護區(qū)礦業(yè)權(quán)退出地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理實施方案的基礎(chǔ)上總結(jié)確定，根據(jù)青海省若干礦區(qū)的特點歸納，也受對礦山地質(zhì)環(huán)境的認識程度、研究水平影響。研究中確定的評估指標和權(quán)重，難免存在不全面或者不準確之處。隨著礦山地質(zhì)環(huán)境研究水平的提高，礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理成效評估將會不斷得到補充完善、優(yōu)化調(diào)整。