申彥科，張林欣，趙星偉，羅 勇，李瑞鴻，王 莉

(中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 河西 300222)

基于“3S”技術(shù)的新疆某礦區(qū)生態(tài)影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

申彥科，張林欣，趙星偉，羅 勇，李瑞鴻，王 莉

(中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 河西 300222)

以新疆某鐵礦為例，基于GIS技術(shù)，利用2011年的Landsat 5 TM遙感影像及地形圖，對(duì)礦區(qū)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，礦區(qū)項(xiàng)目建設(shè)及運(yùn)營(yíng)對(duì)礦區(qū)生態(tài)的影響主要體現(xiàn)在土地利用、植被、生態(tài)景觀、冰川4個(gè)方面。擴(kuò)建工程占用土地類(lèi)型以裸地、冰川、永久積雪、采礦用地及草地為主，植被主要為臺(tái)狀蚤綴、墊狀點(diǎn)地梅植被和線(xiàn)葉蒿草草甸。項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)結(jié)束后，土地利用結(jié)構(gòu)變化不大，但需采取人工措施將項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響減到最小。

“3S”技術(shù)；生態(tài)影響評(píng)價(jià)；礦區(qū)建設(shè)；土地利用；植被類(lèi)型；景觀生態(tài)環(huán)境；冰川變化

由于近年來(lái)我國(guó)對(duì)鐵礦石需求量大，新疆某鐵礦涉及范圍廣、開(kāi)采規(guī)模大、項(xiàng)目數(shù)量多。為提高此次礦區(qū)規(guī)劃的科學(xué)性，預(yù)防和減輕規(guī)劃實(shí)施后造成環(huán)境污染和生態(tài)破壞，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，本文以新疆某鐵礦為例，基于3S技術(shù)，利用遙感影像數(shù)據(jù)，分析與評(píng)價(jià)礦區(qū)開(kāi)采對(duì)生態(tài)的影響。

1 研究區(qū)概況

新疆某鐵礦位于中天山主分水嶺一帶，由侵蝕剝蝕—構(gòu)造高山地貌和剝蝕—堆積高山河谷地貌組成，屬半濕潤(rùn)半干旱高山寒冷大陸性氣候。植被類(lèi)型屬新疆草原區(qū)—天山南坡山地草原省—尤爾都斯盆地洲，草原建群種主要為座花針茅(Stipasubsessiliflora)、紫針茅(S.purpurea)、長(zhǎng)芒針茅(S.kr-ylovii)、狐茅(Festucakryloviana、F.sulcata)等組成的各個(gè)群系。土壤侵蝕的主要類(lèi)型為微度水力和凍融交錯(cuò)侵蝕區(qū)，其中侵蝕剝蝕高山區(qū)主要為凍融侵蝕，剝蝕堆積高山河谷區(qū)主要為微度水力侵蝕。

該鐵礦為露天采礦，2008年開(kāi)發(fā)建設(shè)，目前形成了包括1個(gè)露天采礦場(chǎng)(包括1座干選站)、2座選礦廠(chǎng)及各自對(duì)應(yīng)的尾礦庫(kù)、1個(gè)廢石場(chǎng)以及生活區(qū)等生產(chǎn)、生活設(shè)施。截至目前，礦山露天境界內(nèi)結(jié)存礦石 2 500 萬(wàn) t，服務(wù)年限剩余5年左右即將采完，急需進(jìn)行露天境界外礦體的開(kāi)采設(shè)計(jì)，以保證鐵礦的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。擴(kuò)建工程采用地下開(kāi)采，使用無(wú)底柱分段崩落法，運(yùn)營(yíng)期間將產(chǎn)生地表塌陷等地形地貌的變化。本研究擬預(yù)測(cè)擴(kuò)建工程對(duì)生態(tài)的影響。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

Landsat TM數(shù)據(jù)來(lái)源于ftp://ftp.glcf.umd.edu/glcf/Landsat/，下載數(shù)據(jù)格式為GeoTIFF，空間分辨率為30 m。本次研究采用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)采用2011年9月TM數(shù)據(jù)，依1∶50 000 的解譯精度提取土地利用、植被、景觀等信息。

3 研究方法

根據(jù)遙感影像信息源的季象和研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T2007)》于2011年對(duì)鐵礦周邊土地利用和植被現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合野外控制點(diǎn)測(cè)量和土地利用分類(lèi)訓(xùn)練區(qū)的野外調(diào)查，將遙感影像解譯為草地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地和其他土地等5個(gè)一級(jí)地類(lèi)。

采用遙感和地理信息系統(tǒng)相結(jié)合的方法，制作研究區(qū)域2011年的土地利用圖和植被類(lèi)型圖，并運(yùn)用ArcGIS空間分析功能，預(yù)測(cè)鐵礦擴(kuò)建后占用的各類(lèi)型土地利用和植被。對(duì)不同地類(lèi)的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。衛(wèi)片解譯使用ERDAS 9.1軟件，數(shù)據(jù)分析使用ArcGIS 9.3軟件。

4 研究結(jié)果與分析

4.1 對(duì)土地利用的影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

依據(jù)前述方法，將擴(kuò)建工程運(yùn)營(yíng)期受影響的邊界與現(xiàn)狀的土地利用圖進(jìn)行疊加分析，得到運(yùn)營(yíng)期土地利用的影響結(jié)果(表1，圖1)。

表1 運(yùn)營(yíng)期擴(kuò)建土地利用影響Tab. Effects of land use in operation period hm2

從現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果及遙感影像解譯的土地利用圖來(lái)看，地下采場(chǎng)位于評(píng)價(jià)區(qū)北部海拔 3 200 m以上的高山區(qū)，占地類(lèi)型主要為裸地、冰川及永久積雪、采礦用地和天然牧草地等；副井井口工業(yè)場(chǎng)地、西北回風(fēng)井工業(yè)場(chǎng)地和西回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道路位于現(xiàn)有露天采場(chǎng)北側(cè)，占地類(lèi)型主要為天然牧草地；主平硐硐口工業(yè)場(chǎng)地、機(jī)修辦公區(qū)和運(yùn)輸平洞口聯(lián)絡(luò)道路位于現(xiàn)有露天采場(chǎng)西南側(cè)約 6 300 m，占地類(lèi)型主要為天然牧草地；東回風(fēng)井井口工業(yè)場(chǎng)地和東回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道路位于塌陷區(qū)東側(cè)，占地類(lèi)型主要為冰川及永久積雪和裸地；表土堆場(chǎng)位于辦公機(jī)修區(qū)南側(cè)深凹坑，占地類(lèi)型為天然牧草地。

圖1 運(yùn)營(yíng)期擴(kuò)建工程對(duì)土地利用的影響Fig.1 The structure effects of landuse in operation period

由于該鐵礦為地采，其開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中對(duì)土地的破壞類(lèi)型也不相同。按照地采工藝的區(qū)別，本次地采工程對(duì)項(xiàng)目區(qū)土地的破壞方式共分為5種，分別為：①土地挖損—露天開(kāi)采區(qū)開(kāi)采形成的采坑；②土地壓占—本項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域內(nèi)主要為表土場(chǎng)；③土地塌陷—井下開(kāi)采礦區(qū)形成的采空區(qū)會(huì)引起地表塌陷；④土地占用—主要為風(fēng)井的建設(shè)和礦巖運(yùn)輸?shù)缆返男藿ǎ虎萃恋匚廴尽憩F(xiàn)在采坑塌陷影響區(qū)、聯(lián)絡(luò)道路等在生產(chǎn)與利用中對(duì)土地的擾動(dòng)與破壞。

這5種土地破壞方式都會(huì)造成占地區(qū)域內(nèi)土地利用功能的改變，原有的天然牧草地、冰川及永久積雪地將變?yōu)楣さV用地，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域內(nèi)工礦用地增加。但是從項(xiàng)目建設(shè)所在地的評(píng)價(jià)區(qū)整體范圍看，建設(shè)區(qū)域內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)的改變不會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)整體區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生較大影響。

4.2 對(duì)植被的影響分析

運(yùn)營(yíng)期間，將本項(xiàng)目地采塌落界限、工業(yè)場(chǎng)地等分布情況進(jìn)行定位，并與植被圖進(jìn)行疊加處理，可以預(yù)測(cè)本次地下采礦工程對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)植被的破壞情況(圖2)。

圖2 運(yùn)營(yíng)期擴(kuò)建工程對(duì)植被類(lèi)型的影響Fig.2 Effects of vegetation types in operation period

從圖2可以看出，本次地下采礦工程、選廠(chǎng)及尾礦庫(kù)的建設(shè)造成植被地表植被破壞的主要為臺(tái)狀蚤綴、墊狀點(diǎn)地梅植被和線(xiàn)葉蒿草草甸，占地面積為5.08 hm2，造成地表植被生物損失量約386 t/a。

項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)地表植被產(chǎn)生一定的擾動(dòng)和破壞，但是這種影響會(huì)隨著項(xiàng)目服務(wù)期滿(mǎn)后逐步消減。若對(duì)礦區(qū)采取植被恢復(fù)或綠化措施，在建設(shè)期和生產(chǎn)期損失的地表植被生物總量會(huì)得到一定的補(bǔ)償。

4.3 對(duì)景觀環(huán)境的影響分析

根據(jù)對(duì)景觀現(xiàn)狀調(diào)查，評(píng)價(jià)區(qū)的系統(tǒng)穩(wěn)定性取決于草甸景觀、裸地景觀、水域濕地景觀、冰川及永久積雪景觀和草原景觀等共同作用的結(jié)果，在這種景觀格局下，項(xiàng)目建設(shè)期(對(duì)地表擾動(dòng)最大)評(píng)價(jià)區(qū)范圍內(nèi)景觀格局變化情況如表3所示。

從表3可以看出，在項(xiàng)目建設(shè)期，項(xiàng)目建設(shè)會(huì)帶來(lái)人工景觀優(yōu)勢(shì)度增加、草甸景觀及裸地景觀優(yōu)勢(shì)度減少，但對(duì)于整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)范圍來(lái)說(shuō)相對(duì)較小。另外，根據(jù)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查可知，該鐵礦為高山區(qū)，由于各主要工程建設(shè)場(chǎng)地是依照所處位置的地形地貌及項(xiàng)目要求進(jìn)行了較為合理的布局，項(xiàng)目建設(shè)只是將原有的冰川及永久積雪景觀、裸地景觀、草甸景觀改變?yōu)楣さV用地景觀，對(duì)于相鄰的冰川及永久積雪景觀、裸地景觀等的景觀格局和功能不會(huì)帶來(lái)明顯改變。對(duì)于整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)，局部單個(gè)斑塊面積的改變不會(huì)引起整個(gè)景觀格局和功能的改變。對(duì)于運(yùn)輸平硐，由于為地下工程，其形成只會(huì)在進(jìn)出口處對(duì)所處的景觀類(lèi)型結(jié)構(gòu)和功能造成影響。因此，評(píng)價(jià)區(qū)主要景觀格局要素在建設(shè)前后所在評(píng)價(jià)區(qū)優(yōu)勢(shì)度變化在-0.50～1.00之間，變化不大，對(duì)景觀格局影響較小，不會(huì)改變當(dāng)?shù)氐木坝^生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)。

表3 建設(shè)前后景觀格局變化對(duì)比Tab.3 Change of landscape types after project construction

圖3 塌落界限范圍內(nèi)冰川影響范圍Fig.3 Impact range of glaciers within the limits of collapse

4.4 對(duì)冰川變化的影響分析

本項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)區(qū)域冰川變化的影響主要為塌陷區(qū)冰川塌陷、鍋爐煙塵排放導(dǎo)致大氣溫度變化，以及粉塵排放導(dǎo)致大氣中粉塵濃度變化。

1)塌陷區(qū)冰川塌陷

通過(guò)疊加分析，塌落界限范圍內(nèi)冰川及永久積雪面積約67.64 hm2(圖3)。地下采礦工程運(yùn)行期間將有可能導(dǎo)致冰川及永久積雪崩落。一方面，導(dǎo)致該冰川區(qū)域海拔降低，雪線(xiàn)以上將消融。另一方面，塌落界限處兩側(cè)冰川錯(cuò)位，導(dǎo)致冰川消融區(qū)面積增加，使得冰川表面反射率降低，從而加速冰川消融。

2)鍋爐煙塵排放導(dǎo)致大氣溫度變化

現(xiàn)有鍋爐房位于露天采場(chǎng)西北側(cè)，煙塵排放量為 6 200 Nm3/h，煙氣排放溫度為150℃，項(xiàng)目運(yùn)行后將停運(yùn)。本項(xiàng)目新建2個(gè)鍋爐間，分別位于副井井口工業(yè)場(chǎng)地和辦公機(jī)修區(qū)，共計(jì)4臺(tái)鍋爐，煙塵排放量為 172 927 Nm3/h，煙氣排放溫度為80℃。通過(guò)熱量對(duì)比，本項(xiàng)目建成前后，輸入該區(qū)域熱量將增加，將影響區(qū)域內(nèi)溫度上升，加速冰川消融。

3)粉塵排放導(dǎo)致大氣中粉塵濃度變化

粉塵產(chǎn)生點(diǎn)有回風(fēng)井、鍋爐房、轉(zhuǎn)運(yùn)站、選廠(chǎng)等各工藝處，以及現(xiàn)有道路運(yùn)輸車(chē)輛產(chǎn)塵。通過(guò)“以新帶老”，擴(kuò)建工程建成前后粉塵排放量將由現(xiàn)有的316.42 t/a減小為51.67 t/a，粉塵排放削減量達(dá)264.75 t/a，輸入?yún)^(qū)域內(nèi)的粉塵量將大幅下降，從而落到冰川表面的粉塵量亦大幅下降，使得冰川表面反射率增高，冰川消融減少。

5 結(jié)語(yǔ)

1)擴(kuò)建工程占用土地類(lèi)型以裸地、冰川及永久積雪、采礦用地和天然牧草地等為主。本次工礦景觀面積的擴(kuò)大對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)現(xiàn)有景觀生態(tài)格局沒(méi)有太大改變，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)期間將破壞原地貌，但是從整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)范圍來(lái)看，在采取邊開(kāi)發(fā)邊恢復(fù)、對(duì)擾動(dòng)區(qū)域進(jìn)行治理等措施后，可以將其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響降到較低水平。運(yùn)輸平硐工程進(jìn)出口施工期對(duì)地表擾動(dòng)及景觀的影響較小。

2)本次工程造成地表植被破壞的主要為臺(tái)狀蚤綴、點(diǎn)地梅墊狀植被和線(xiàn)葉蒿草草甸，占地面積為5.08 hm2，在整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)中比例極小。因此，項(xiàng)目建設(shè)不會(huì)造成這些物種在評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的大量消失。

3)開(kāi)采完畢后，土地利用結(jié)構(gòu)變化較小，僅有部分牧草地轉(zhuǎn)化為工礦用地。擬建項(xiàng)目開(kāi)工建設(shè)后，部分區(qū)域自我調(diào)節(jié)能力降低，僅依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)是不能完全恢復(fù)的，因此需要采取人工干預(yù)，加速礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)改良；積極采取生態(tài)避免、減緩及恢復(fù)措施，將工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響降到最低。

[1] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則·非污染生態(tài)影響[M]．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1998：1-22．

[2] 戴昌達(dá)，雷莉萍．TM圖像的光譜信息特征與最佳波段組合//陸地衛(wèi)星遙感在中國(guó)[D]．北京：中國(guó)科學(xué)院遙感衛(wèi)星地面站，1994：255-265．

[3] 雷莉萍，戴昌達(dá)．TM圖像在縣級(jí)土地資源調(diào)查與開(kāi)發(fā)規(guī)劃中的應(yīng)用研究//陸地衛(wèi)星遙感在中國(guó)[D]．北京：中國(guó)科學(xué)院遙感衛(wèi)星地面站，1994：361-366．

[4] 班藝舫，王杰生．制作1∶5萬(wàn)TM影像圖的關(guān)鍵技術(shù)//陸地衛(wèi)星遙感在中國(guó)[D]．北京：中國(guó)科學(xué)院遙感衛(wèi)星地面站，1994：275-279.

[5] 彭天魁．3S技術(shù)在生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)專(zhuān)題圖中的應(yīng)用[J]．水力發(fā)電，2008，34(5)：16-20．

Ecological Impact Prediction and Evaluation of an Iron Mine inXinjiang Based on ‘3S’ Technology

SHEN Yanke, ZHANG Linxin, ZHAO Xingwei, LUO Yong, LI Ruihong, WANG Li

(China Water Resources Beifang Investigation, Design and Research Co. Ltd., Hexi， Tianjin 300222, China)

Based on the GIS technology, the Landsat 5 TM remote sensing image in 2011 and the topographic map were used to survey and evaluate the ecological environment in an iron mine in Xinjiang.The results showed that the ecological impacts of construction and running of projects mainly reflected on land use, vegetation, ecological landscape and glacier. Bare land, glacier, mining area and grass land were the major land types used for project contruction. The main vegetation were Arenaria musciformis, Androsace tapete and Artemisia subulata. After the project running was finished, the change of land structure was not obvious, however, measures should be adopted to minimize the ecological impact of project construction and running.Key words: ‘3S’ technology; ecological impact evaluation; mining area construction; land utilization; vegetation type; landscape; change of glacier

‘3S’ technology；ecological impact evaluation; construction of mining area; land use；vegetation；ecological landscape; change of glacier.

2017-03-24.

申彥科(1984-)，男，山西長(zhǎng)冶人，工程師.主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià).

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.03.003

S718.557；P208；P288.4；S771.8

A

1671-3168(2017)03-0009-04