矿山废弃地生态修复中3S技术的应用

季科敏，赵 阳

（江苏绿岩生态技术股份有限公司，江苏 苏州 215600）

结合以往的矿山发展情况来看，我国在开展地质环境调查中更重视人为操作，在利用人为地质环境调查方式中，主要是利用人为获取区域内大部分野外离散点，随后对应不同的地质环境和平面信息情况，可以将真实的地质环境呈现出来，随后通过软件绘制成图。但是在以上的人为地质环境调查过程中，为了更加准确的完成调查工作，不但会耗费大量的人力和材料，而且调查周期较长，作业难度较大，无法实现以点概面，也容易引发信息采集环节中的遗漏问题。为此，通过3S技术的引入，可以对整个矿山废弃地的生态发展情况进行系统化分析，并且制定科学的修复方案，提高矿山废弃地生态修复效果。

1 矿山废弃地发展现状

1.1 废弃矿山的危害

（1）直接环境污染。矿山的原矿物质自身携带放射性物质，对生态环境造成污染；矿山开采的选矿环节中，化学物质和废弃物成分进行化学反应，进而引发环境污染；在堆放区域内，受到长期风化的影响，导致物质改变，从原本无污染的成分转化成污染成分。当完成矿山的开采工作后，废弃的矿山会进行闭矿，同时在很长一段时间没有人对废弃矿山进行看守，而其中残留大量的重金属矿物质元素也会造成水环境污染。在矿山开采完成后，尾矿库中还会残留大量矿粉层以及碎石，在受到雨水的冲刷与渗透过程中会出现流通现象，导致矿物质大面积扩散，从而对水环境污染范围更广。对于矿山的探测采样过程中，矿井中水的毒性比较大，在矿井周围10km范围内，水中矿物质中含有大量超过人们正常上限的有害物质，人们如果长期接触这种污染的水源，会对人们的身体健康造成危害，甚至引发死亡。

（2）安全隐患：废气矿山的废物对房企业经常会出现严重的崩塌与滑坡现象，由于废弃矿山一般都具有较高的海拔，同时临空面也比较陡峭，在长时间的内污水浸润以及雨水冲刷过程中矿山的表面土层，岩石碎块等都会发生松动，从而在一定程度上发生滑坡或者崩塌等现象。由于矿山的高度不同，还会引发滑坡等较大的危险。倘若废弃矿山比较陡峭，那么出现滑坡或者崩塌后，便会对周围的农田、村落等造成严重的而危害，甚至危及人们的生命财产安全。

1.2 国内矿山废弃地的处理现状

随着我国矿产资源的大范围开采，我国现阶段矿山资源也逐渐面临枯竭状态，而常见的废弃矿山修复方式是将这些废弃矿山改造成矿山公园，而这种方式也成为当今国内废弃矿山最常见的生态修复以及景观重建方式，通过开发矿山废弃区域，实现其价值的发挥，通过第三产业来取代原本第一产业所创造的经济价值。所以，以下针对我国当前成果的几个废弃矿山改造公园薪资进行分析，了解矿山公园的生态修复模式、现状以及景观布局等具体情况为矿山废弃地生态修复提供指导。

（1）黄石矿山公园：黄石矿山公园是我国早期比较成功的废弃矿山改造工程，黄石矿山公园是我国湖北省较大的废弃铁矿区改造而成，该矿区总面积23平方公里，兴建于2007年，并且也成为我国最早的一座国家级矿山改造公园，从黄石矿山的生态修复技术中，采用了换土技术以及坑植与填充技术进行改造，并且通过抗旱耐贫瘠的植被品种选择，提高黄石矿山公园的绿化效果，同时也将雨水用作露天采坑收集中，通过过滤、暴晒以及修复景观水体，达到良好的生态修复效果。黄石矿山公园的生态环境修复更注重于景观美化工作，其间引入了大量的人工造景来取代绿植、山石和水体等自然环境因素，对生态环境修复场所产生负面影响，甚至也会对引发二次破坏。而园林道路的布局在改造中也缺乏生态环境保护意识，存在干扰廊道的现象，而且景观设计人工创造感强烈，过于华丽的都市风缺少了自然生态风光，因此该矿山废弃地的生态环境修复状态并不理想。

（2）开滦矿山公园：开滦康山公园是唐山地区的主要废弃矿山改造工程，该工程整体规划面积达到了30平方公里，也是我国早期兴建的矿山废弃地改造公园，而这座矿山废弃地生态修复主要采取生态养殖场改造、塌陷区植被改造、矸石填充及建设以及生态园林绿化等修复模式。开滦矿山公园在生态修复中，由于植被层次小队单一，主要是以乔一草结构为主，缺乏一定的层次感，而且道路的规划也不合理，导致使用率下降，并且没有充分考虑景观生态廊道的形成，景观设计也不重视历史文化。

2 矿山废弃地生态环境改造中3S技术应用现状

2.1 地质环境信息技术方法

随着我国3S技术的全面推广与应用，在地质环境勘察中也得到了广泛应用。其中以GIS技术为例，在通过GIS地理信息技术应用中，也逐渐从原来的认为调查手段转向信息技术提取方式，而在3S技术引入初期，首先利用二维GIS技术开展地质环境信息调查，但是起初这种二维的GIS技术应用也存在一定的局限性，并不能展现出良好的应用效果。随着三维GIS技术的引入，主要是以原本的二维GIS为基础，通过该技术与高程轴向的有效融合，构建全新的连续空间内容，从整体应用来看，三维GIS技术的应用，可以更加直观的呈现出地理环境的空间特征，也使调查数据更加准确。

为了进一步开展研究，也推进GIS技术的全面应用，对矿山废弃地的三维生态环境景观进行呈现，同时也可以利用GIS技术获取地质环境的相关数据，构建DEM的矿山3D立体表面图形，为后续的生态环境修复提供可靠支持。

2.2 地质灾害的提取

对于矿山废弃地的开发和生态修复工作中，也包含了地质灾害、人为干扰以及自然环境等诸多因素的影响。通常情况下，对于矿山资源开发环节中，经常会受到自然地质以及人为工程所产生的共同影响，而最终给矿山带来不可逆的地质灾害影响。

从整体来看，矿山资源开发中包括丰富的活动内容，同时也会引发各类灾害，其中的影响因素和防治都十分复杂。所以，在开展3S技术应用研究中，主要是以调查时间为主导，对未经治理的矿山废弃地进行深入调查，结合实际地质环境的变化情况，呈现出完整的地质灾害信息。为后续的生态环境修复提供可靠支持。

3 矿山废弃地生态修复中利用3S技术的设计方法

3.1 确定矿山废弃地生态修复指数

通过3S技术在矿山废弃地生态修复中的运用，可以先利用3S的数字化模型优势，对待修复的矿山废弃地现场开展遥感测量，并且对生态环境指数建立3D模型，同时也结合该矿山废弃地的环境温度、湿度绿度以及热度进行全方位分析，在这几个维度的数据模型构建中，能够准确地判断出矿山废弃地区域的生态环境污染程度。为了便于准确地判断矿山废弃地生态优劣情况，需要通过以上维度提取最具代表的参数，其中包括裸土指数、湿度指数、地面温度以及植被覆盖情况等量化参数。然后通过遥感技术构建的生态环境模型，呈现出矿山废弃地的生态景象全貌，从图像中获取数据信息，具体计算公式如下：

从上述公式中来看，wet为矿山废弃地的土壤环境湿度；anpn为生态指数模型内各波段的反应率；NDSI为矿山废弃地中裸土参与，其中SI与BI也分别为矿山废弃地的干度和建筑等参数。T为矿山废弃地的地表温度，gain为矿山废弃地的增益参数；DN为矿山废弃地的灰度指数，bias则为矿山废弃地的偏置参数；NDVI代表矿山废弃地植被覆盖率；px为遥感生态指数；pr为红外波段反射率。总的来看，通过公式对矿山废弃生态修复指标进行计算，将矿山废弃地生态修复指数设为K，那么k的数值为上述所有指标总和。结合矿山废弃地生态修复指数的计算，为后续矿山废弃地生态环境修复和治理提供可靠依据。

3.2 矿山废弃地生态治理中3S技术的治理方案

结合当前矿山废弃地生态环境的实际问题来看，通过3S技术的全面运用，利用ArcGIS软件，实现矿山废弃地实地环境的数据采集，并通过软件将数据进行转化处理，实现图幅打印功能。

在完成数据转化处理后，还需要利用MapXtremeJava软件对地理信息通过平台进行发布，同时也构建B/S结构的微生物复垦检测与评价体系，在完成后也要对矿山废弃地的所有微生物复垦信息进行科学管理和统计，最后把结果公布出去。在开展矿山废弃地环境恢复研究的方案中，还可利用地理现代计算机技术、人工神经网络等进行废弃地的环境设计优化科学研究，首先建立了矿山废弃地环境恢复的信息管理系统，并在此基础上利用DTM模型软件，对采矿废弃地的现场环境进行了可视化模拟构建，同时还要利用土壤特性数据分析，最后建立在虚拟环境下的采矿废弃地恢复模型。利用GIS技术的数字模式与遥感技术影响的结合，通过将其运用于采矿废弃地环境的测量和3D仿真技术中心，并把排土场作为最主要的监测目标，根据景观环境理论进行了采矿废弃地环境恢复研究，在进行恢复时，还要根据矿山废弃地的植被覆盖率与地理特征进行修复，对于建立的数字化模型中的板块进行有效对比，并且找出模型中存在的缺陷区域和实际问题，以此为依据对矿山废弃地生态问题进行修复，从而达到精准修复的作用。

3.3 建立矿山废弃地生态修复补偿机制

结合矿山废弃地生态环境综合治理情况，构建矿山废弃地的修复补偿制度，针对上述开展的修复指数测量为依据，按照综合治理方案进行修复，获得修复后的废弃生态修复指数，对修复指数进行对比，如果数值为正，那么表示修复方法有效，而修复方案也可以对矿山废弃地生态修复起到良好的效果，但是如果修复数值为负数，那么表示修复方案并不理想，需要对矿山废弃地生态修复方案进一步优化。通过虚拟环境下的治理方案模拟，可以避免过多的消耗修复成本，提高矿山废弃地生态修复的合理性，并构建可行性的生态环境修复方案，将生态修复技术运用到实际工作中，可以起到良好的修复作用，也能够选择出最佳的矿山废弃地生态修复方案，避免盲目修复而造成的资金浪费。

4 矿山废弃地生态修复中3S技术的具体应用

4.1 生态敏感度分析

在开展矿山废弃地生态修复工作中，利用3S技术可以达到良好的应用效果，其中最主要的就是可以实现矿山废弃地生态敏感度的准确分析。

从矿山废弃地角度来看，敏感度作为表达生态环境的主要特征，当矿山废弃地区域内的生态敏感度越强烈，那么表示环境水平也就越差。结合实际情况来看，在针对矿山废弃地的生态敏感度分析过程中，其核心点在于矿山废弃地区域内生态资源的量化评估，同时也要掌握矿山废弃地生态单元的恢复能力。利用3S技术开展生态敏感度的精确分析，能够对矿山废弃地的区域进行敏感度等级划分，并且将矿山废弃地生态修复工作集中在敏感度较高的区域下，对于一些生态敏感度较低的区域可以主要以开发为主，构建良好的生态景观重建方案。此外，利用GIS技术与层次分析，相关人员要做好生态敏感度因素的合理规划，并且利用层次分析手段，对每一个因素所占的比重进行分析，并且结合矿山废弃地生态环境的实际情况，将GIS剩余所有生态敏感因子的权重进行有效叠加，对生态敏感度进行综合分析，在废弃地敏感度状态呈现后，工作人员也要对不同区域进行全面划分，并且与生态修复理论和技术手段进行融合，了解实际设计需求，并且和生态修复理论技术融合起来，明确矿山废弃地生态修复方案的实际需求，为后续的改造技术实施提供可靠支持。

4.2 改造效果预期和持续监测

通过RS在矿山废弃地生态治理工作的应用中，将矿山废弃地的植被修复情况和滞后性等问题进行全面分析，为矿山废弃地的常见工作提出有效的治理措施，确保整个矿山废弃地的管理和维护更加合理。

在确定矿山废弃地生态修复方案以后，作业人员也要针对实际情况，做好相关地形的修复工作，摒弃而基于DOM技术，掌握矿山废弃地生态环境的实际情况，包括植被的纹理，为构建3D立体模型提供可靠支持，从而满足预期矿山废弃地生态修复效果。在生态环境改造后，相关人员也可以利用RS技术，对整个矿山废弃地的生态恢复情况进行监测，并且制定完善的监测周期，以自然年为主，通常情况下，自然植被中最茂盛的季节为夏季，而在这个季节中也要通过高分辨率的多普遥感影响来建立监测数据库，并且采用不同周期获取的监测数据，构建三维立体模型，实时掌控矿山废弃地生态环境修复状态。

4.3 常见的改造技术应用

在矿山废弃地的土壤恢复手段应用中，要以客土技术为核心，在矿山废弃地生态修复平台的设计环节，要通过土壤和人工基质为主要选择方向，通过喷播机的有效运用，使客土操作更加精准。另外，施工人员也要对土壤书画技术进行优化运用，保障回填土中有机质和水分符合环境修复要求，有效改善土壤肥力，为植被的生长提供优越的生长环境。另外，通过绿化修复技术，可以将藤本护坡和挂网喷播相结合的方式有效运用，体现出攀援植物的绿化优势，并且在覆盖岩体的绿化中达到良好的效果，在实际应用中，可以通过固网技术在崖壁上进行挂网，构建草本植物生长支架，并且在外侧种植悬垂植物，达到矿山废弃地生态环境改造效果。

5 结语

综上所述，随着我国矿产资源开采范围的不断扩大，矿山废弃地也越来越多，而矿山废弃地往往都会受到各类因素的影响，导致生态环境严重受损，不利于该地区的可持续发展目标。

为此，人们积极探索生态环境修复技术，对矿山废弃地的生态修复中运用3S技术，可以达到准确的环境状态分析和后期监测效果，为环境修复设计和方案选择提供参数支持，从而达到良好的生态修复经济效益。