长江经济带江苏段废弃露天矿山分布与生态修复遥感调查研究

李 丽 ，杨金中 ，陈 栋 ，于 航 ，邢 宇 ，汪 洁

（中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083）

2016年9月印发的《长江经济带发展规划纲要》指出，中国长江经济带覆盖上海、江苏、浙江、安徽等11个省（直辖市），面积约205×104km2。长江经济带江苏段是中国长江经济带的关键节点区域，区内分布大量的建材及其他非金属矿产。矿山开发过程不可避免地会破坏当地的生态环境，矿区地质灾害风险和废水污染问题突出，遗留的露天废弃矿山不仅破坏自然景观，更造成土地资源的 浪费[1-4]。

近年来，我国废弃矿山生态环境修复工程呈现出较快的发展趋势，国内有不少学者对废弃矿山生态修复、矿山环境污染、矿山水体污染等问题进行了调查和研究。李建中等[5]提出了全国矿山地质环境调查的思路、目标任务和部署设想；殷亚秋等[6]运用遥感技术，调查了我国长江经济带0～50 km范围内废弃矿山存在的环境问题，并提出生态修复对策；刘向敏[7]针对历史遗留的废弃矿山，探讨了矿山输出的生态产品内涵，总结了废弃矿山修复的主要模式；武强等[8]探讨了矿山环境治理模式，并用实际案例讨论其适用性；陈绪钰[9]在获得河南大峪沟煤矿区4个时期遥感数据的基础上，对研究区生态环境变化规律进行分析；贾斌等[10]以北京房山区废弃矿山为例，探讨了废弃矿山生态修复治理技术的应用。研究人员针对废弃矿山的修复做了很多探索，然而就如何发挥当地地理人文自然环境的优势，发掘一条符合地方特色的矿山修复之路仍需“具体问题具体分析”。

目前，针对研究区废弃矿山修复治理情况进行持续多期的监测，并快速作出对策分析的研究尚不普遍。遥感监测技术具有宏观、快速和同步观测等优点，可直观反映研究区各个时期的变化，高分辨率遥感影像也可直接观测到具体矿山的生态修复情况[11-14]。本文获取了江苏省长江干流两岸10 km范围内露天废弃矿山土地占用损毁和4 期矿山生态修复变化信息，分析废弃矿山存在的地质环境问题，总结区内生态修复措施并提出建议。

1 研究区概况

研究区为江苏长江干流两岸各10 km范围，途经南京、扬州、镇江、常州、无锡、苏州、泰州、南通等8个地市，面积约8 033.40 km2。沿长江地区地处北亚热带，四季分明，雨量充沛；研究区水系发育，分布数量众多的池塘、水库、沟渠及人工河流；主要为低山丘陵及平原地貌，西部山丘和谷地平原相间分布，东部为长江下游冲积平原区。

2 数据源

为查明研究区的生态修复情况和存在的地质环境问题，本文使用2017—2020年4 期遥感数据，各期影像具体信息如表1所示。

上述卫星影像均为多波段图像。影像数据基本无畸变，无条带，云量较少。在对影像数据进行几何纠正、融合和镶嵌等预处理后，制作的解译用图图像清晰，色彩色调丰富，满足解译要求。

3 信息提取方法

3.1 主要技术流程

根据矿产资源开发遥感监测技术规范，结合以往工作经验，建立信息提取技术流程（图1）。在收集区域地质矿产资源和遥感影像资料后，提取研究区内废弃露天矿山开发占地图斑等信息，包括采场、中转场地、固体废弃物、矿山建筑、矿山生态修复前土地类型、修复后土地类型等。室内信息提取完成后开展野外踏勘工作，以验证和修正室内解译成果，最后进行统计和综合分析[14-15]。

图1 主要技术流程图Fig.1 Work flow of main technology

当解译图斑数量庞大时，野外实地验证工作需在安全生产的前提下，采取点、线、面相结合的方式进行。结合矿山开发的可解译程度（遥感数据的分辨率、地形地貌和植被覆盖情况、开发矿种和方式等）和以往的工作程度等资料，野外验证的方式可分为三种：解译效果较好的区域以点验证为主，解译效果中等的区域则选择有代表性的路线进行验证，影像和解译效果均较差的区域则采取面验证的方式[9]。

野外验证工作主要分为资料准备和实地验证两个阶段，具体步骤为：

①进行初步解译后，提取疑问点信息；

②综合考虑点线面的野外验证方式，规划好野外路线，绘制野外路线图；

③准备好野外工作手图和统一格式的野外记录本、质量控制相关表格和野外设备；

④按规划路线开展野外验证工作并做好相关记录。

3.2 遥感影像解译标志

研究区主要解译的图斑类型为采场、中转场地、固体废弃物、矿山建筑、矿山生态修复情况等。各类型图斑影像特征如下：

采场通常连接着一条或多条道路，附近有选矿装置或车辆。研究区主要为低山丘陵及平原地貌，采场在遥感图像上多显示为不规则负地形，挖损后的土地高亮，与周围环境明显不同。

研究区中转场地包括选矿场和其他矿石堆，一般分布在附近，方便矿石筛选。在遥感图像上表现为正地形的堆积式矿堆。

固体废物包括排土场和废石堆，其图像黄白相间，大型矿山的排土场往往连片分布，图像边界清晰，纹理规则，一般出现在靠近采场的位置，位置相对固定。

矿山建筑是指用于矿山生产、生活或办公的房间，在图像上通常以蓝色或红色整齐、规则地排列。

矿山生态修复后的图斑色调多为浅绿色-深黄色，其中正在进行覆土堆填的矿山图斑由于堆满大量沙土，在影像上呈黄灰色调正地形；场地平整后的图像纹理清晰，形态规则，边界轮廓明显，人工措施明显；削坡降坡图像与修复前相比，边坡更加规则、平缓，表面光滑，或呈台阶状，如图2所示。

图2 研究区遥感影像解译标志Fig.2 Interpretation marks of remote sensing images in the study area

4 研究区2017年废弃露天矿山分布情况及环境影响

4.1 废弃露天矿山总体分布

本文对研究区2017年高分遥感影像数据（图3）进行解译后，对解译信息采取室内检查和野外检查的方式进行精度评价。质量自检、互检率为100%，自检、互检中发现的错判/漏判图斑均已修改；野外调查率为100%，并根据野外验证结果修改完善图斑内容。图斑具体信息经过当地相关部门详细调查后予以认可，最终确定2017年研究区范围内需进行生态修复的废弃露天矿山占地图斑有225 个。矿山分布在江苏省7 个市，其中南京市73 个、镇江市110 个、常州市3 个、无锡市21 个、扬州市4 个、泰州市4 个、南通市10 个。研究区废弃露天矿山图斑面积共计981.32 hm2，占全长江干流两岸10 km范围内废弃露天矿山面积的11.17%[6]（图4）。

图3 研究区遥感影像图（2017年）Fig.3 Remote sensing images of the study area(2017)

图4 研究区废弃矿山分布图（2017年）Fig.4 Distribution of abandoned mines in the study area(2017)

各地市废弃矿山占地面积如图5所示，其中镇江市面积最大，为443.03 hm2；其次是南京市，面积为292.46 hm2。

图5 研究区各地市废弃矿山面积Fig.5 Areas of the abandoned mines in various cities in the study area

4.2 矿山占地类型及环境影响

研究区露天废弃矿山面积主要表现为矿山的采场和中转场地，分别占研究区废弃矿山面积的73.45%和25.57%。废弃矿山采场主要存在的问题是挖损土地导致地形地貌景观破坏、植被破坏、发生崩塌或滑坡等地质灾害、废土废渣堆积等。原露天开采形成大量采场，严重破坏了矿区原有地貌，导致自然山体残缺不全，裸露的地表与周边自然环境极不协调，严重影响长江经济带生态景观。

矿山原生产活动占用大片场地（中转场地），场地上的废土石堆、废土渣和加工、运输场等压占土地，使得植被难以恢复生长。部分矿山采矿产生的固体废弃物，经雨水冲刷、浸润，其有害成分极易渗入水和土壤中，对矿区及其下游的地表水、地下水和土壤造成污染[16-18]。

4.3 矿种分布及环境影响

废弃矿山涉及矿种有白云岩、建筑石料用灰岩、建筑用白云岩、建筑用砂、膨润土、水泥用灰岩、砖瓦用黏土等。其中，建筑石料用灰岩和建筑用砂矿山占地面积较大，分别为461.67 ，343.36 hm2。

该类矿种集中在低山丘陵地区，其采矿活动易引发地形地貌景观破坏、矿山地质灾害和土地植被资源损毁。研究区的建筑石料用灰岩矿大多采用斜坡式开采方式，已经形成比较陡峭的边坡，废弃后的坡面岩石受原先开采震动影响和节理裂隙切割及长期风化等作用，岩体较为破碎，在遇到频繁降雨天气时易发生堆土体边坡失稳，岩石坍塌滚落，造成崩塌、滑坡等地质灾害。废弃的建筑用砂矿也由于局部边坡陡立、结构松散，受雨水冲刷后易形成小型滑坡或造成水土流失。部分废弃露天矿山离周边居民集中区较近，地质灾害隐患将威胁群众的生命财产安全[18-19]。

5 废弃露天矿山生态修复及变化情况

5.1 生态修复监测结果

经监测发现，截至2020年10月，江苏省长江经济带露天废弃矿山正在修复矿山图斑45 个，面积约287.61 hm2；已完成修复图斑57 个，面积385.59 hm2。其中，2018年已修复面积126.32 hm2；2019年已修复面积为265.46 hm2，正在修复面积137.09 hm2；2020年10月已修复面积上升到385.59 hm2，正在修复面积287.61 hm2。2018—2020年已修复面积和正在修复面积均呈上升趋势。

5.2 修复措施及效果

截至2020年10月，研究区正在修复图斑的修复措施主要有场地平整、覆土堆填、削坡降坡等。其中，正在进行覆土堆填的工程主要措施是对矿山的废石、废土进行清运后，对废弃采坑或中转场地进行覆土堆填，具体见表2。

表2 正在修复图斑统计表（2020年10月）Table 2 Statistics of under restoration spot（Oct.2020）

完成修复的图斑主要恢复为耕地、林地、草地、建设用地、坑塘水面等，具体见表3。

表3 完成修复图斑统计表（2020年10月）Table 3 Statistics of complete restoration spot（Oct.2020）

研究区矿山修复工程修复效果良好，从修复面积来说，整体修复率约为67.08%（含正在修复矿山）。在已完成或正在进行的矿山修复工程中，针对生态环境破坏程度较小的矿山，采取简单的封闭、围挡、设置警示牌等措施，让群众有效避让地质灾害隐患；对景观生态和地质环境破坏严重的矿山，进行降坡削坡，人工修整，清除边坡表面危岩体，加固稳定，防止水土流失等措施，在形成的台阶上进行土地整治[20-21]。

对采场或中转场地进行客土回覆，采用有机肥对土壤进行培育，进行种植复绿（图6）；清理松散岩石、重建植被、建截排水沟和清运废渣，治理后的土地与耕地建设用地增减挂钩，或与市场运作等相结合，纳入城市建设的总体规划中，既能恢复生态环境，又能充分利用土地，创造经济效益[22-24]。

图6 某建筑石料用灰岩矿生态修复影像及野外照Fig.6 Image and field photo of ecological restoration of one limestone mine

5.3 矿山生态修复典型案例

（1）典型生态修复案例1

图7为已完成治理的图斑4期影像变化图，该矿山位于江苏省南京市栖霞区西岗街道桦墅村，为废弃砖瓦用黏土矿。可以看出2017—2018年该矿山均处于待治理状态，2019年矿山正在进行修复工作，主要措施是进行削坡、废渣清运和覆土平整，2020年完成土地平整，平整面积分别为3.07 hm2和5.84 hm2。修复后土地纳入城市建设规划，修复效果良好。

图7 研究区某露天废弃矿山4期影像变化Fig.7 Image changes of the 4 phases of an open-pit abandoned mine in the study area

（2）典型生态修复案例2

位于南京市江宁区江宁街道的露天废弃矿山，开采矿种为建筑石料用灰岩矿，修复前占地类型为采场，存在的主要问题是压占土地和景观破坏。该处废弃矿山由江宁区江宁街道负责修复，主要修复措施为边坡整治、场地平整、植被重建，修复效果良好（图8）。

图8 江宁区建筑石料用灰岩矿采场修复Fig.8 Restoration of stope of Sandstone Mine in Jiangning District

6 结论与建议

（1）2017年调查数据显示，长江经济带江苏段废弃矿山主要集中在7个地市，其中镇江市和南京市需修复面积较大，分别为443.03 hm2和292.46 hm2。区内露天废弃矿山面积主要表现矿山采场和中转场地这两类占地，面积分别为720.83 hm2和250.88 hm2，占研究区废弃矿山面积的73.45%和25.57%。涉及矿种以建筑石料用灰岩和建筑用砂矿为主，分别为461.67 hm2和343.36 hm2。研究区存在的主要矿山环境问题有地形地貌破坏、矿山地质灾害、矿区生态环境破坏和水土污染等。

（2）截至2020年10月，研究区露天废弃矿山正在修复图斑的面积约287.61 hm2，已完成修复图斑的面积为385.59 hm2。2018—2020年已修复面积和正在修复面积均呈上升趋势。研究区矿山修复工程修复效果良好，修复面积占比67.08%（含正在修复矿山）。主要生态修复措施有自然恢复、客土回填、土地平整、削坡、土地综合治理等。

（3）部分矿山生态修复工程会在一定程度上破坏矿山周边的林地或其他类型土地，完工后虽有场地平整等措施，但很难将破坏的自然环境恢复原貌。建议在进行修复治理工程时，最大限度地保护矿区原有地貌，减少裸露地面，增加绿化面积，使占地修复治理和治理后的区域与周边地形地貌景观相协调，以充分利用土地资源。