长江经济带废弃露天矿山生态修复典型模式遥感监测：以湖北省为例

孙娅琴，邸宝刚，安 娜，张 仙，邢 宇，冀雅琳，瞿永泽，严 明

(1.中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083；2.中国地质大学(北京)，北京 100083；3.中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心，河北 廊坊 065000)

长江是中华民族的生命河，是中国发展的重要支撑。长江经济带覆盖全国11个省(市)，面积约205万km2，人口和经济总量均超全国的40%，综合实力强，生态地位重要。长江经济带矿产资源丰富，是我国重要的矿产资源支撑区域之一，黑色金属、有色金属、稀土、锂等战略新兴矿产、磷矿、页岩气等在我国具有重要地位。据统计，长江经济带锂矿和磷矿储量分别占全国的92%和86%，稀土占比超过60%。 2016年长江经济带非油气矿产矿石产量占全国的36.9%，其中，磷矿产量约占全国的97%，锑矿和钨矿占比超过80%。目前，长江经济带的发展仍面临着诸多问题，长期过量、粗放、违规的矿产资源开发导致长江流域生态环境急剧退化，环境污染问题日益严重，生态环境状况形势严峻即为其中之一。2016年3月25日中共中央政治局审议通过了《长江经济带发展规划纲要》，明确提出要大力保护和修复长江生态环境，共抓大保护，不搞大开发[1-4]，因此，对长江经济带进行生态保护和修复至关重要。

湖北省位于“长江之腰”，交通枢纽地位突出，自然资源丰富，是长江流域重要的水源涵养地和国家重要的生态屏障，生态安全地位举足轻重，保护长江的责任重大、任务艰巨。湖北省矿产资源种类丰富，优势矿种明显，其中磷矿已探明储量位居全国前列。长期的矿产资源开发在带来经济效益的同时也引发了一系列矿山地质环境问题，如矿山地质灾害、地形地貌景观破坏、地下水平衡系统破坏、环境污染、损毁土地和植被资源等[5-6]，亟待对大量的废弃矿山进行生态修复。

根据2016—2018年遥感影像解译成果，长江干流及主要支流两岸各10 km范围废弃露天矿山遥感解译图斑共4 694处，面积共1.74万hm2[7]。湖北省总磷和重金属水土污染问题突出，矿山生态修复重点是废渣治理、防治污染、恢复植被，同时注重对长江干流及主要支流沿线建材类非金属废弃露天矿山生态恢复和地形地貌景观修复，确保看不见矿山“伤疤”。

根据遥感技术全天候、宽覆盖、快速、高效的特点，对废弃露天矿山生态修复工程进行多期次、全覆盖遥感监测，短期内可获得废弃露天矿山的生态修复进展情况，在提高监督监管力度的同时节省了大量的人力和财力。本文使用国产高分辨率遥感数据对湖北省长江经济带废弃露天矿山生态修复情况进行动态监测，在摸清生态修复进展情况的同时，归纳总结了湖北省长江经济带废弃露天矿山生态修复典型模式，可为湖北省其他区域乃至全国开展废弃露天矿山生态修复措施提供借鉴。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

湖北省位于长江中游，地跨秦岭褶皱系和扬子准地台两大构造区，地质构造复杂，元古代-新生代各时代地层发育齐全，岩浆活动频繁。铁、铜、金、银、磷、石膏、盐及建材类非金属等矿产资源丰富。本文研究区位于湖北省长江干流及主要支流两侧各10 km范围内。长期的矿产资源开采破坏了地质环境和地形地貌景观，造成水土、大气、固体废弃物等环境污染，引发滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、采空塌陷等地质灾害，严重破坏了生态环境，影响了人们的生命安全[8-14]。近年来，湖北省高度重视矿山生态环境恢复治理，尤其在开展长江经济带废弃露天矿山生态修复工作以来，积极推进，全面推动长江经济带生态保护与修复工作进行。

1.2 数据源

本文使用2019—2021年度国产高分辨率遥感数据，如高分一号(GF-1)、高分二号(GF-2)、高分六号(GF-6)、资源三号(ZY-3)、北京二号(BJ-2)等，对湖北省长江经济带干流及重要支流两侧各10 km范围内的废弃露天矿山生态修复情况进行动态监测，所用数据均经过了辐射定标、大气校正、正射校正、图像融合等处理。 本文主要数据源参数见表1。

2 工作方法

本文以经过预处理和图像增强处理的多期次国产高分辨遥感数据为基础，根据废弃露天矿山生态修复特征建立解译标志，使用计算机自动信息提取和人机交互解译技术，对长江经济带废弃露天矿山生态修复情况进行遥感监测。对监测结果进行野外查证，修改并完善室内解译结果，得到最终的湖北省长江经济带废弃露天矿山生态修复遥感监测成果。主要技术路线如图1所示。

表1 主要数据源有效载荷参数Table 1 Primary data source payload parameters

图1 主要技术路线图Fig.1 Main technology roadmap

3 遥感监测结果分析

湖北省长江干流及主要支流(汉江、清江)两岸各10 km范围内共有废弃露天矿山图斑537处，待治理面积共2 225.19 hm2，涵盖湖北省15个市(州)、39个县(市、区)。 通过2019—2021年遥感动态监测及野外查证发现，湖北省长江干流及主要支流废弃露天矿山已治理面积为1 125.51 hm2，占待治理面积总和的50.58%；正在治理面积为642.53 hm2，占待治理面积总和的28.88%。截至2021年8月底，湖北省长江干流及主要支流废弃露天矿山总体治理效果良好(表2和图2)。

表2 湖北省长江干流及主要支流废弃露天矿山治理情况Table 2 Treatment of abandoned open-pit mines in main stream and main tributaries of the Yangtze River in Hubei Province

图2 湖北省长江干流及主要支流废弃露天矿山治理情况遥感监测图Fig.2 Remote sensing monitoring map of abandoned open-pit mines in main stream and main tributaries of the Yangtze River in Hubei Province

4 矿山生态修复典型模式分析

根据“一矿一策、因地制宜”原则，湖北省对长江干流及主要支流两岸各10 km范围内的废弃露天矿山进行了生态修复。通过遥感动态监测和野外实地查看，可将湖北省长江经济带露天废弃矿山生态修复模式分为生态复绿模式、景观再造模式、农业用地模式、自然封育模式、综合治理模式等5类。

1) 生态复绿模式。生态复绿模式是指通过岩土体平整、地质体整形、植被修复等技术，对矿山开采产生的地貌景观破坏、生态植被破坏、地质灾害等进行治理，主要治理措施有削坡、锚固、土地平整、灌排工程、修建挡土墙、土壤重构、植被重建等。植被以适宜地方环境的灌木、乔木、植草为主，如刺槐、白杨、马尾松、红叶石楠、构树、野菊、狗尾草、鬼针草、小飞蓬、猪毛蒿等。湖北省长江干流及主要支流废弃露天矿山生态修复以此种模式为主。

图3为原黄石市西塞石磊山碎石厂，采矿权于2017年过期，位于黄石市西塞山区黄家塆西南侧，距长江干流约3 km。在2019年遥感影像上，矿山开采痕迹清晰可见，地貌景观、植被破坏严重，遥感图像影纹结构粗糙；在2020年遥感影像上，该矿山正在进行恢复治理，已完成削坡、土地平整等，图像结构细腻，色调相对均一；从2021年遥感影像上可见该矿山已完成恢复治理，图像结构均一。从野外照片上可见该废弃矿山修复治理效果较好，植被长势喜人，野外查证时坡面上的灌溉设备正在进行浇灌作业。

图3 原西塞石磊山碎石厂生态修复前后遥感影像和修复后野外照片Fig.3 Remote sensing images before and after ecological restoration and field photos after restoration of Xisai Shilei Mountain Gravel Plant

2) 景观再造模式。该模式应对于对景观要求较高的地区，如靠近城镇、主要道路、城乡结合处等，通过创建生态景观公园、游乐园、生态廊道等，配合城乡建设，在实现生态修复的同时给周围居民带来休闲娱乐场所。

图4为原横林镇横林砖瓦厂，位于天门市横林镇友谊新村。从2019年遥感影像可见，该废弃矿山修复前为矿渣、弃土、垃圾的堆场，挖损形成的坑塘、洼地等；2020年该废弃矿山经过了土地平整工程、田间道路工程、灌溉与排水工程、植被绿化工程等，实施了坑塘清淤、植草砖护坡、修建步道和健身场地、废渣填埋、回填土方、修建坑塘和水闸、种植植被等措施，种植植被主要为白玉兰、桂花、红叶石楠、栀子花、杜鹃、栾树等；从2021年遥感影像可见，原砖厂中转场地处已修建为小型生态公园，可供附近居民休闲散步。

图4 原横林砖瓦厂生态修复前后遥感影像和修复后野外照片Fig.4 Remote sensing images before and after ecological restoration and field photos after restoration of the former Henglin Brick and Tile Factory

3) 农业用地模式。本着因地制宜的原则，让有限的土地能够有效持续利用，根据地形地貌特征将废弃露天矿山治理为农业用地，耕种当地优势农作物，恢复土地的生产活力。此模式可在对废弃矿山进行生态修复的同时带来经济效益，主要的修复措施包括土地平整、废渣填埋、土壤修复、修建灌排系统等。

图5为原天门市多祥镇东号子村砖瓦用黏土矿，在2019年遥感影像上砖窑和晒砖厂仍清晰可见；2020年遥感影像上砖窑已被拆除，正在进行土地平整；2021年遥感影像上可见已恢复治理为耕地，种植有豆类、玉米等植被，田间道路明显。此废弃矿山主要开展的修复措施有废渣填埋、土地翻整培肥、新建排水沟和田间道、复垦耕种、路边种植桂花树等。从实地照片上看，种植的农作物长势良好。

图5 原东号子村砖瓦用黏土矿生态修复前后遥感影像和修复后野外照片Fig.5 Remote sensing images before and after ecological restoration and field photos after restoration of clay mine used for brick and tile in Donghaozi Village

4) 自然封育模式。位于人迹罕至的偏僻区域或生态脆弱地区的废弃矿山，不宜大面积开展人工修复活动，可以自然恢复为主，对废弃矿山进行自然封育，限制人类活动对其产生的影响，依靠自然的力量使生态环境逐步得到恢复。

图6为原武穴市田镇黄金塔石灰岩矿区，在2019年遥感影像上废弃矿山建筑和分选设备、废弃采坑等仍可见；2020年对采坑底部部分地区进行了覆土，但并未进行平整，采面可见初步自然恢复迹象；从2021年遥感影像上可见采面自然恢复较好，图像平整光滑，该废弃矿山的生态修复以自然恢复为主。

图6 原黄金塔石灰岩矿区生态修复前后遥感影像和修复后野外照片Fig.6 Remote sensing images before and after ecological restoration and field photos after restoration of the former Huangjinta Limestone Mining Area

5) 综合治理模式。综合治理模式是在因地制宜、生态性的原则下，根据废弃矿山所处位置、矿山特征，将多种生态修复模式科学结合为一体，对废弃矿山进行综合治理，使其在恢复生态环境的同时带来经济效益和社会效益。

图7为原湖北香溪化工有限公司邓家冲采石场，采矿权于2017年过期。 在2019年遥感影像上，原矿山建筑完好，灰岩开采痕迹明显；从2020年影像上可见矿山建筑已拆除，部分区域进行了覆土平整；从2021年影像可见原开采面已完成削坡处理，道路和蓄水池进行了修整、硬化，但植被生长还不显著。 该废弃矿山进行生态修复的主要工程措施有减载工程、支拦挡工程、截排水工程、植被护坡工程、景观改造工程，最终部分区域治理为了林地，部分区域治理为草地，部分面积较大的平坦区域复垦为耕地，种植了芝麻、南瓜等，矿山入口处治理为园林景观供附近居民休闲娱乐，部分较陡立开采面保留岩层裸露样，作为典型地层坡面地质实训基地供科学研究。现场查看综合治理效果良好，植被长势喜人，农作物已丰收。

图7 原邓家冲采石场生态修复前后遥感影像和修复后野外照片Fig.7 Remote sensing images before and after ecological restoration and field photos after restoration of the former Dengjiachong Quarry

废弃矿山生态修复需要基于原有生态系统功能和当前破坏程度因地制宜地开展。位于长江流域两侧或人类活动较多区域的废弃矿山往往能产生明显的视觉冲击，多采用生态修复模式，通过岩土体平整、地质体整形、植被修复等技术对废弃矿山进行修复较快地达到恢复生态的目的，此类模式往往需要消耗较多的经济成本。在城镇附近、自然景观良好或拥有悠久矿业历史的废弃矿山可通过景观再造模式修复为矿山公园、生态公园等，宣扬矿山文化，为居民提供休闲娱乐场所，在恢复生态的同时产生经济效益和社会效益。农业用地模式主要在平原区或交通便利区域，当矿山开采前为农业用地，开采后水土污染较轻，土壤肥力无明显损失，水土保持能力较强，可充分利用土地资源将其修复为农业用地，恢复土地生产力，种植当地优势作物，在较短时间内产生经济效益。自然封育模式主要针对位于人迹罕至或生态脆弱地区的废弃矿山，在无人工干预或较少人工干预的情形下依靠自然的力量恢复矿区原有生态系统结构和功能。综合治理模式是在因地制宜和生态性的原则下，结合多种生态修复模式对其进行分区治理，统筹兼顾矿山的自然地理环境、地形地貌、开采模式、开采矿种等特征，在恢复生态环境的同时产生经济效益和社会效益。总之，无论采用何种模式，都需要首先消除地质灾害隐患，保障安全；其次考虑将其治理为农业用地，充分利用土地资源；最后是尽量通过自然的力量进行生态恢复，减少人工干预，节省经济成本。

5 结 论

本文使用多期次高分辨率遥感数据，对湖北省长江干流及主要支流两侧各10 km范围内的废弃露天矿山生态修复情况进行了动态监测，结合野外查证，对其生态修复模式进行了分析研究，结果如下所述。

1) 截至2021年8月底，湖北省长江干流及主要支流废弃露天矿山已治理面积为1 125.51 hm2，占待治理面积总和的50.58%；正在治理面积为642.53 hm2，占待治理面积总和的28.88%，总体治理效果良好。

2) 湖北省长江经济带废弃露天矿山生态修复模式主要可分为生态复绿模式、景观再造模式、农业用地模式、自然封育模式和综合治理模式等5类，其中生态复绿模式应用最多。根据“一矿一策、因地制宜”的原则，多种生态修复模式并行，在恢复生态环境的同时产生了一定的经济效益和社会效益，可为后续湖北全省乃至全国的废弃露天矿山生态修复工作提供参考借鉴。

3) 使用高分辨率遥感数据对废弃露天矿山进行多期次动态监测，可在获得废弃露天矿山生态修复情况的同时节省大量的人力、物力和财力。根据研究和应用目的，选择合适的遥感数据组合，可在保证信息提取精度的同时满足大范围应用需求的时效性。