采煤沉陷区地理国情监测中地表覆盖分类体系探索研究

王丽男

(辽宁省自然资源事务服务中心，辽宁 沈阳 130034)

1 引言

煤炭资源作为我国国民经济和社会发展的基础和支柱产业，在社会经济发展中占有非常重要的战略地位，然而煤炭资源开发本身就是一柄“双刃剑”，在推动社会发展为国民经济创造财富的同时，也引发了地质灾害、土地资源破坏、矿山环境污染等一系列问题，其中地表塌陷问题最具代表性。党的“十八大”以来，围绕着生态文明体系建设的需求，资源枯竭型城市转型升级的强烈倡导，矿区环境动态监测已成为学者的研究重点，而构建地表覆盖分类体系是实现矿区动态监测的基础和依据。随着地理国情监测常态化的推进，围绕生态文明体系建设的需求，将地理国情监测数据应用于矿山环境监测无疑是未来重要的发展方向。

目前，研究矿区地表覆盖变化问题所采用的分类体系，我国尚无行业标准出台，大多参考已有的土地利用/土地，但此类分类体系在应用于采煤沉陷区地表覆盖变化研究时均有一定的局限性[1，2]，主要表现在一是监测内容上过于单一片面，或侧重土地利用，或侧重自然属性，规避了二者的双重表达；二是监测区域上多为全域型，要素提取指标比较宽泛，针对小范围沉陷区内的要素进行了综合取舍或归并处理，导致分类结果的精度大大降低。鉴于此，本文以抚顺露天矿采煤沉陷区为研究区，基于地理国情监测分类体系构建了一套采煤沉陷区地表覆盖变化遥感监测的内容与指标体系，利用多时相高分辨率遥感影像提取地表覆盖信息，并对统计结果进行分析和验证，为同类型小面积采煤沉陷区地表覆盖变化监测积累经验(图1)。

图1 采煤沉陷区地表覆盖变化监测技术流程

2 研究区概况

抚顺市，位于辽宁省东部，有“煤都”之称。东与吉林省接壤，西距沈阳45 km，北邻铁岭，南与本溪相望。由龙凤矿和老虎台矿井工开采形成的地表沉降，总面积18.41 km2。沉陷区域内居民住宅、大中型企业遭到巨大破坏，被迫迁出沉陷区；部分土地被淹没在水中，无法恢复利用。随着井下采区的进一步扩大，地表破坏还将继续加重。采煤沉陷区搬迁治理工程、西露天矿滑移区搬迁治理工程、环境治理和生态恢复工程、灾害影响区基础设施恢复工程是抚顺市政府确立的矿山环境治理四大工程。

3 资料收集

收集资料包括：①2010年、2013年、2015年3期航空影像资料，其中2010年、2013年为数字正射影像数据，分辨率0.2 m，2015年为倾斜摄影正射影像数据，分辨率为0.08 m。②该区域地理国情普查地表覆盖矢量成果、遥感解译样本成果等各类信息。③采煤沉陷区沉降监测成果、综合治理情况、土地复垦情况。

4 监测内容与分类指标体系建立

地表覆盖是自然地物和人造地物的要素统称，具有一定的空间性和时间性。矿区的地表覆盖则主要反映的是区域内的植被、地形地貌、水域以及裸露地表等要素信息，并能够真实地描述这些信息所属地物类别、范围、面积大小以及地理位置等等。根据研究区特点和研究目的，基于地理国情监测地表覆盖分类体系，本文采用多级方式将采煤沉陷区地表覆盖监测内容确定为2级，共7个类别。根据采煤沉陷区影像数据源的情况，结合监测目的与需求，初步建立了抚顺采煤沉陷区地表覆盖监测内容与分类指标体系，见表1。

5 地表覆盖变化信息提取

(1)影像数据处理。分别对2010年、2013年、2015年的航空正射影像数据进行坐标系转换、影像拼接、裁切等处理。

表1 采煤沉陷区地表覆盖分类指标体系

(2)监测数据生产。采用人工解译编辑的分类方法，按照所建立的采煤沉陷区地表覆盖分类指标体系分别提取了2010年、2013年、2015年地表覆盖信息。

(3)内业数据编辑与整理。基于高分辨率数字正射影像数据，对监测区内地表覆盖的范围、位置及类别进行采集、编辑，以保证其拓扑关系和空间位置关系的准确性(图2)。

6 结果分析验证

图3显示：①种植土地面积和林草覆盖面积均呈线性下降。种植土地面积占比由2010年的19.49%下降至2015年的17.5%，林草覆盖面积占比由2010年的26.89%下降至2015年的21.96%。除监测周期影像实相和种植情况略有不同，整体上与期间城镇发展、采煤沉陷等对耕地占用这一趋势相符。②水域面积明显增加。由2010年的4.72%增加至2015年的5.37%，研究区面积不大，除季节性河流变化影响外，增加部分均来自坑塘，正是采煤沉陷区内的积水所导致。③房屋建筑区、道路、人工堆掘地等人工建设用地面积占比显著上升。这与城镇发展、开采工作持续进行这一情况基本吻合。

图2 采煤沉陷区地表覆盖分类(2010～2015年)

图3 采煤沉陷区地表覆盖类别面积占比示意

7 结语

本文以抚顺露天矿采煤沉陷区为研究实例，在地理国情监测基础上结合实地情况，构建了地表覆盖分类指标体系，利用2010年、2013年和2015年遥感影像数据，采集制作了多时相监测数据，通过对比分析，验证了指标体系的合理性与适用性。该分类指标体系包括自然生态地表和人工建设用地两大类，在后续专项研究时，可以根据需要进一步细化，如可以结合专题资料或外野调查，明确水域中坑塘的类型，区分天然形成的坑塘和沉陷导致的坑塘。实验结果与实际情况基本吻合，对开展同类型小面积矿区地表覆盖监测具有一定的参考价值。下一步可进一步收集不同时期的影像数据，结合采煤沉陷区规划、生态环境、治理效果等方面的专题资料，开展地表覆盖变化监测结果分析研究。