田定慧，鄔明權(quán)，劉波，牛錚，尹富杰

(1.東華理工大學(xué) 測(cè)繪工程學(xué)院，南昌 330013；2.中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院 遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101)

0 引言

自2013年中國(guó)政府提出“一帶一路”倡議以來(lái)，中國(guó)與沿線國(guó)家之間的交流合作日益增強(qiáng)，在海外投資建設(shè)的礦山項(xiàng)目越來(lái)越多。礦產(chǎn)資源的持續(xù)開(kāi)采與加工利用在促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，不可避免地會(huì)占用礦區(qū)周邊的生態(tài)資源，造成礦區(qū)內(nèi)土地退化、植被破壞、水體和土壤的污染，使得礦區(qū)及周邊區(qū)域受到的污染日趨嚴(yán)重，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重影響[1]。為貫徹綠色礦山理念、及時(shí)修復(fù)采礦對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，需要對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確、高效的監(jiān)測(cè)。

傳統(tǒng)的礦區(qū)環(huán)境調(diào)查方式主要依靠人工調(diào)查的方法，該方法需要投入大量的人力物力，持續(xù)周期長(zhǎng)、工作效率低，無(wú)法滿足大面積區(qū)域調(diào)查和直觀監(jiān)測(cè)信息動(dòng)態(tài)變化的需要[2-4]。而遙感技術(shù)具有高分辨、多時(shí)相、全天候、大面積覆蓋等特點(diǎn)，在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)研究等方面有著不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[2]。利用遙感技術(shù)對(duì)礦區(qū)資源進(jìn)行調(diào)查，不僅能實(shí)現(xiàn)大面積生態(tài)環(huán)境信息和年際間變化信息的監(jiān)測(cè)，且能節(jié)約成本、提高效率，及時(shí)準(zhǔn)確地向參與建設(shè)的企業(yè)、各國(guó)政府和廣大公眾提供遙感信息支撐，從而使生態(tài)損失降至最低[3]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)遙感監(jiān)測(cè)礦區(qū)環(huán)境開(kāi)展了大量研究和實(shí)踐工作。Jhanwar[5]利用多時(shí)相遙感影像，對(duì)印度比焦利亞地區(qū)的露天煤礦采礦區(qū)面積和植被覆蓋變化情況進(jìn)行了研究，并分析了煤礦開(kāi)發(fā)對(duì)于當(dāng)?shù)丶膊鞑サ挠绊?。Alden[6]利用圖像分類方法和GIS方法，基于地球資源衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，以美國(guó)懷俄明州粉河流域礦區(qū)為研究區(qū)域，對(duì)14年間地表采礦活動(dòng)和礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)狀況進(jìn)行了研究，肯定了遙感技術(shù)在采礦和礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮的作用。湯傲[7]利用InSAR和多光譜衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對(duì)烏海礦區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，測(cè)度了烏海礦區(qū)生態(tài)受損情況，進(jìn)而提出合理的生態(tài)修復(fù)策略。唐堯等[8]利用高分遙感影像數(shù)據(jù)， 提取了礦山尾礦庫(kù)“安全紅線”，對(duì)“安全紅線”范圍內(nèi)的植被、人類活動(dòng)等進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，分析了庫(kù)區(qū)潰壩事故的潛在危險(xiǎn)性，并針對(duì)尾礦庫(kù)存在的風(fēng)險(xiǎn)提出了相應(yīng)預(yù)防措施和建議。畢凱等[9]針對(duì)當(dāng)前小面積采煤沉陷區(qū)地表覆蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源分辨率低、監(jiān)測(cè)內(nèi)容與指標(biāo)設(shè)置不統(tǒng)一等實(shí)際問(wèn)題，選取永城煤礦采煤沉陷區(qū)部分區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)，探索構(gòu)建了一套采煤沉陷區(qū)地表覆蓋變化遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)體系。郭山川等[10]采用Landsat TM/OLI影像和Sentinel-1A影像，利用3S、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量(InSAR)技術(shù)，通過(guò)提取植被損傷指數(shù)、地表形變指數(shù)和土地覆被類型等關(guān)鍵參數(shù)，構(gòu)建礦區(qū)土地?fù)p傷測(cè)度模型，對(duì)烏海礦區(qū)土地?fù)p傷狀況進(jìn)行了研究。

盡管遙感監(jiān)測(cè)礦區(qū)已有以上多種應(yīng)用研究，但是以往對(duì)于礦區(qū)的遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究主要集中在國(guó)內(nèi)，對(duì)國(guó)外礦區(qū)遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究仍然缺乏，且對(duì)于礦區(qū)遙感監(jiān)測(cè)研究主要側(cè)重于生態(tài)監(jiān)測(cè)，如植被、土壤，但是對(duì)于礦區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)影響的遙感監(jiān)測(cè)研究較少，缺少礦區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)綜合性研究?！耙粠б宦贰背h提出后，我國(guó)在海外投資建設(shè)的礦山項(xiàng)目逐漸增多，國(guó)外對(duì)我國(guó)礦山建設(shè)造成的環(huán)境污染問(wèn)題有很多批評(píng)。為此筆者以持續(xù)開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20多年的緬甸蒙育瓦銅礦為研究區(qū)，基于礦區(qū)典型因素植被、水體、土地和燈光的光譜特征，利用30 m 空間分辨率Landsat系列衛(wèi)星影像、亞米級(jí)高分遙感影像和夜間燈光遙感影像，采用遙感解譯、統(tǒng)計(jì)分析和歷史對(duì)比相結(jié)合的方法[11]，對(duì)1997—2018年緬甸蒙育瓦銅礦在不同建設(shè)時(shí)期的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況進(jìn)行遙感定量監(jiān)測(cè)，對(duì)比分析中國(guó)與外國(guó)公司建設(shè)時(shí)期蒙育瓦銅礦開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成的影響，以期為將來(lái)礦區(qū)遙感監(jiān)測(cè)研究和緬甸蒙育瓦銅礦的開(kāi)發(fā)建設(shè)提供參考，為國(guó)內(nèi)部門(mén)監(jiān)管國(guó)外項(xiàng)目，以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面提供技術(shù)手段。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 研究區(qū)概況

緬甸蒙育瓦銅礦，位于緬甸西北部實(shí)皆省南部蒙育瓦縣欽敦江邊的薩林基鄉(xiāng)(Salingyi township)，距離緬甸第二大城市曼德勒120 km，如表1所示。緬甸蒙育瓦銅礦(Monywa copper mine)又稱望瀨銅礦，包括萊比塘(Letpadaung)銅礦、薩比塘(Sabetaung)銅礦和七星塘(Kyisintaung)銅礦共3個(gè)分礦，其中七星塘銅礦和薩比塘銅礦相連為一個(gè)大礦區(qū)。蒙育瓦銅礦開(kāi)發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，先后歷經(jīng)多家公司建設(shè)。1997—2011年，為緬甸艾芬豪銅業(yè)公司(Myanmar Ivanhoe Company Copper Limited，MICCL)建設(shè)時(shí)期；2011年至今項(xiàng)目業(yè)主為中國(guó)萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司。

表1 蒙育瓦銅礦地理位置

1.2 數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文采用Landsat系列衛(wèi)星遙感影像(包括Landsat-5和Landsat-8)、天地圖高分遙感影像、DMSP系列衛(wèi)星和NPP衛(wèi)星夜間燈光影像作為數(shù)據(jù)源。Landsat遙感影像空間分辨率為30 m，其中選取1997年(1、3、5、10、12月)、2011年(1、2、3、7、11月)和2018年(1、3、9、11、12月)15期影像用于礦區(qū)生態(tài)資源類型的提取與動(dòng)態(tài)分析。天地圖高分影像分辨率可達(dá)0.5 m，選取2009年6月1日、2011年11月17日、2013年12月31日、2016年2月20日和2018年3月19日共5期影像用于礦區(qū)土地利用類型的提取。DMSP-OLS夜間燈光影像空間分辨率約為2 700 m，選取1999—2013年的影像共15期，采用年平均數(shù)據(jù)。NPP-VIIRS夜間燈光影像空間分辨率約740 m， 選取2012—2018年的影像共7期，采用月平均數(shù)據(jù)。夜間燈光影像數(shù)據(jù)用于礦區(qū)燈光的提取與變化分析。影像在使用前首先進(jìn)行預(yù)處理操作，主要為幾何校正、大氣校正、影像裁剪等過(guò)程，以滿足精度要求，對(duì)于不同時(shí)相的影像裁剪相同大小的范圍作為研究區(qū)域。夜間燈光影像由于時(shí)間跨度大，來(lái)源不同的衛(wèi)星和傳感器，具有不同的空間分辨率，會(huì)導(dǎo)致不同年份、不同傳感器間的長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)不具有連續(xù)性和可比性。因此，首先需要對(duì)DMSP和VIIRS影像進(jìn)行重采樣處理，利用ENVI classic軟件Resize Data工具對(duì)VIIRS燈光影像數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣操作，轉(zhuǎn)化成DMSP燈光影像相同的空間分辨率；之后以ENVI IDL、ArcGIS軟件為數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，構(gòu)建夜間燈光數(shù)據(jù)校正模型，進(jìn)行傳感器間相互校正、連續(xù)性校正等處理。傳感器間相互校正采用張夢(mèng)琪等[12]基于偽不變區(qū)域的依次校正的方法。

2 方法

2.1 礦區(qū)植被生長(zhǎng)時(shí)序監(jiān)測(cè)

植被覆蓋度(vegetation fractional coverage，VFC)是遙感科學(xué)領(lǐng)域具有重要生態(tài)指示意義的參數(shù)之一，與植被長(zhǎng)勢(shì)以及生物多樣性具有顯著關(guān)聯(lián)性。植被覆蓋度越高，表征地表植被覆蓋程度越高[13]。根據(jù)所采用Landsat系列衛(wèi)星多光譜影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，利用不同時(shí)期的歸一化差異植被指數(shù)(normalized difference vegetation index，NDVI)對(duì)礦區(qū)周邊500 m、1 km、2 km、5 km緩沖區(qū)的植被進(jìn)行提取。設(shè)定合理的閾值對(duì)不同生長(zhǎng)狀況的植被進(jìn)行劃分，得到礦區(qū)500 m、1 km、2 km、5 km緩沖區(qū)植被覆蓋度。

2.2 礦區(qū)土地利用變化監(jiān)測(cè)

本研究基于天地圖高分遙感衛(wèi)星影像，分析緬甸蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域2009—2018年不同時(shí)期的土地利用變化情況。選取5期無(wú)云的亞米級(jí)高分遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行人工目視解譯。根據(jù)礦區(qū)實(shí)際情況，將土地利用類型劃分為8類：露天采礦場(chǎng)、輔助生產(chǎn)設(shè)施用地、水利設(shè)施用地、堆浸場(chǎng)、排土場(chǎng)、銅工業(yè)生產(chǎn)區(qū)、礦山污染場(chǎng)地、土地復(fù)墾區(qū)。原地貌及道路設(shè)施用地等沒(méi)有解譯提取。最終得到2009—2018年5期蒙育瓦銅礦土地利用變化人工解譯數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比不同時(shí)期各土地利用類型面積和占比，分析蒙育瓦銅礦的開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響。

2.3 生態(tài)資源占用與恢復(fù)

1)生態(tài)資源狀況。為定量化認(rèn)知蒙育瓦銅礦項(xiàng)目對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)資源的影響，本研究以蒙育瓦礦區(qū)為中心，礦區(qū)周邊10 km緩沖區(qū)建立遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域，利用30 m Landsat系列遙感影像，解譯蒙育瓦銅礦1997、2011、2018年生態(tài)資源的分布狀況，其中生態(tài)資源類型劃分為灌木/草地、耕地、水域、礦區(qū)用地以及其他資源。為了削弱緬甸熱帶季風(fēng)氣候等因素對(duì)礦區(qū)生態(tài)資源解譯的影響，選取1997年(1、3、5、10、12月)、2011年(1、2、3、7、11月)和2018年(1、3、9、11、12月)同一年中無(wú)云的多個(gè)月份影像分別計(jì)算NDVI，將多個(gè)時(shí)期NDVI影像借助ENVI軟件Layer Stacking工具合成一個(gè)多時(shí)序的NDVI影像，再進(jìn)行監(jiān)督分類，統(tǒng)計(jì)礦區(qū)在不同建設(shè)時(shí)期各類型生態(tài)資源面積及占比。

2)生態(tài)資源占用。利用1997、2011、2018年蒙育瓦礦區(qū)生態(tài)資源解譯結(jié)果和礦區(qū)土地利用變化解譯結(jié)果，計(jì)算礦山在不同時(shí)期開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中占用的生態(tài)資源面積，以及造成的短期性與長(zhǎng)期性生態(tài)損失分類面積?？紤]到銅礦項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，露天采礦場(chǎng)、礦區(qū)工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)地及其他輔助生產(chǎn)設(shè)施用地等生態(tài)占用短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)的損失為長(zhǎng)期性生態(tài)損失，排土場(chǎng)及其他因生產(chǎn)需要的占用為短期性生態(tài)損失，待礦區(qū)礦藏開(kāi)發(fā)完之后這一部分生態(tài)損失理論上在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)可以修復(fù)。

3)生態(tài)資源恢復(fù)。為精確分析蒙育瓦銅礦在不同建設(shè)時(shí)期礦區(qū)生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)情況，利用亞米級(jí)天地圖高分遙感衛(wèi)星影像，分析蒙育瓦礦區(qū)內(nèi)部和周邊的生態(tài)恢復(fù)情況。選取2009—2018無(wú)云亞米級(jí)高分遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行人工目視解譯，對(duì)不同年份礦區(qū)污染場(chǎng)地和土地復(fù)墾區(qū)域面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析工程建設(shè)過(guò)程中礦區(qū)生態(tài)資源恢復(fù)情況。

2.4 礦區(qū)水體監(jiān)測(cè)

1)礦區(qū)水體面積變化。本文通過(guò)歸一化差異水體指數(shù)(normalized difference water index， NDWI)對(duì)1997—2018年蒙育瓦礦區(qū)水體面積進(jìn)行提取，分析礦區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)周邊水資源的影響。其依據(jù)的主要原理是：水體反射率從可見(jiàn)光到近紅外波段水體反射率逐漸降低，在近紅外波段反射率幾乎為零；而植被在近紅外波段有著較高的反射率。NDWI運(yùn)用綠光波段和近紅外波段的比值進(jìn)行運(yùn)算，可以很好地抑制其他地物信息突出水體[14]。

2)礦區(qū)及周邊的水色異常。通過(guò)對(duì)礦區(qū)污染水體和清潔水體光譜進(jìn)行對(duì)比分析表明，清潔水體和礦區(qū)污染水體在紅色波段反射率存在顯著差異，清潔水體在紅光波段呈高反射，礦區(qū)污染水體在紅光波段呈低反射。本文利用紅光單波段閾值分割法提取礦區(qū)污染水體信息，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的均值加減標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)定閾值，借助ENVI軟件Density Slice工具對(duì)紅色波段進(jìn)行分割，提取礦區(qū)污染水體的分布信息。

2.5 蒙育瓦銅礦建設(shè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響

為采用夜間燈光遙感影像數(shù)據(jù)開(kāi)展蒙育瓦銅礦建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)影響的相關(guān)分析，本文以蒙育瓦銅礦為中心，礦區(qū)周邊30 km緩沖區(qū)建立遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域，對(duì)1999—2018年不同建設(shè)時(shí)期蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域燈光指數(shù)大于7的面積和年均燈光增長(zhǎng)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，分析不同時(shí)期蒙育瓦銅礦建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用[15]。夜間燈光的統(tǒng)計(jì)方法如式(1)所示。

(1)

式中：Areagt7表示礦區(qū)遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域燈光指數(shù)大于7的面積；c為常數(shù)代表單個(gè)像元的面積大小；n為DN值大于7的像元數(shù)量；xi為DN值大于7的第i個(gè)像元。礦區(qū)年均燈光增長(zhǎng)率的計(jì)算如式(2)所示。

(2)

式中：i、j表示年份，i大于j；Li、Lj表示第i、j年礦區(qū)遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域校正處理后的平均燈光指數(shù)影像；r表示j到i年間年均燈光增長(zhǎng)率[15-17]。

3 結(jié)果與分析

3.1 礦區(qū)植被生長(zhǎng)時(shí)序監(jiān)測(cè)

為了研究2011—2018年時(shí)期蒙育瓦銅礦開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)周邊植被的影響，本文選取2011年11月和2018年11月項(xiàng)目建設(shè)前和建設(shè)過(guò)程中2期Landsat影像，計(jì)算礦區(qū)周邊500 m、1 km、2 km、5 km緩沖區(qū)植被覆蓋度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。2011、2018年蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域植被分布情況如圖1所示。

表2 2011年和2018年蒙育瓦礦區(qū)500 m、1 km、2 km、5 km緩沖區(qū)不同植被覆蓋度的面積及其占比

圖1 蒙育瓦礦區(qū)植被覆蓋度分布狀況

如表2所示， 2011年和2018年蒙育瓦礦區(qū)500 m、1 km、2 km、5 km緩沖區(qū)內(nèi)0.2～1各個(gè)區(qū)間的植被面積均有所增加，而且增加得非常明顯；隨著礦區(qū)緩沖區(qū)距離的增加，總體的植被面積也隨之增長(zhǎng)，距離礦區(qū)越遠(yuǎn)植被覆蓋度越高，生態(tài)環(huán)境狀況越好。這說(shuō)明期間礦區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)僅對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定影響，但對(duì)當(dāng)?shù)卣w生態(tài)環(huán)境沒(méi)有造成破壞性擾動(dòng)。

從表中可以看出，2011年與2018年相比，500 m、1 km、2 km這3個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)0～0.2區(qū)間級(jí)的占比都是2011年高于2018年，而5 km緩沖區(qū)內(nèi)二者基本持平，說(shuō)明2011—2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期，非常注重對(duì)蒙育瓦礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，采用了綠色施工的方式，不僅沒(méi)有對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成破壞，而且還對(duì)蒙育瓦礦區(qū)及周邊區(qū)域進(jìn)行了生態(tài)恢復(fù)。

3.2 礦區(qū)土地利用變化監(jiān)測(cè)

2009—2018年緬甸蒙育瓦銅礦土地利用變化情況高分遙感影像目視解譯結(jié)果如表3、圖2、圖3所示。2009—2011年時(shí)期為MICCL公司建設(shè)末期，蒙育瓦銅礦僅有薩比塘礦區(qū)長(zhǎng)期開(kāi)采形成的2個(gè)礦坑、3個(gè)堆浸場(chǎng)以及濕法煉銅相關(guān)配套設(shè)施，期間礦區(qū)各土地利用類型面積變化不大，礦區(qū)輪廓基本形成。2011—2018年蒙育瓦銅礦土地利用變化情況如圖3所示，該時(shí)期為萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期。隨著七星塘、萊比塘銅礦等新礦區(qū)的開(kāi)工建設(shè)，如表3所示，2011年到2018年蒙育瓦礦區(qū)各土地利用類型面積均出現(xiàn)較大增長(zhǎng)，變化最明顯的為露天采礦場(chǎng)、輔助生產(chǎn)設(shè)施用地、排土場(chǎng)和堆浸場(chǎng)，露天采礦場(chǎng)面積增加了2.498 5 km2，增長(zhǎng)率為245.41%；排土場(chǎng)面積增加了3.726 6 km2，增長(zhǎng)率為551.76%；輔助生產(chǎn)設(shè)施用地面積增加了2.592 3 km2，增長(zhǎng)率為460.94%；堆浸場(chǎng)面積增加了7.831 km2，增長(zhǎng)率為249.11%。2011年之前，沒(méi)有出現(xiàn)土地復(fù)墾和礦山污染場(chǎng)地治理，2011—2018年期間出現(xiàn)土地復(fù)墾和礦區(qū)污染場(chǎng)地治理跡象，2011年工程開(kāi)工前土地復(fù)墾面積為0，到2018年土地復(fù)墾面積達(dá)到了2.330 1 km2，變化十分明顯。礦山污染場(chǎng)地從0.754 1 km2降至0.332 0 km2，減少55.97%。

表3 2009—2018年蒙育瓦銅礦土地利用狀況統(tǒng)計(jì)表

圖2 2009—2011年蒙育瓦銅礦土地利用變化狀況

圖3 2011—2018蒙育瓦銅礦土地利用變化狀況

3.3 生態(tài)資源占用與恢復(fù)

1)生態(tài)資源狀況與占用分析。1997—2011年為MICCL公司建設(shè)時(shí)期，1997年項(xiàng)目開(kāi)工前蒙育瓦礦區(qū)生態(tài)資源遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4和圖4所示。1997年蒙育瓦礦區(qū)整體上以耕地類型為主，面積為553.470 0 km2，占比達(dá)到了64.93%。灌木/草地資源、耕地資源和其他資源三者在空間上呈現(xiàn)交錯(cuò)分布的狀態(tài)，其中灌木/草地資源面積為123.295 0 km2，占蒙育瓦礦區(qū)遙感監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)總面積的14.46%，分布相對(duì)較為集中；礦區(qū)用地相對(duì)較少，面積為6.218 1 km2，僅占遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域總面積的0.73%。

表4 1997年和2011年蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域生態(tài)資源狀況

圖4 1997年MICCL公司開(kāi)工前蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域生態(tài)資源分布圖

圖5 2011年MICCL公司末期(萬(wàn)寶礦業(yè)開(kāi)工前)蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域生態(tài)資源分布圖

2011—2018年為中國(guó)萬(wàn)寶礦產(chǎn)有限公司建設(shè)時(shí)期。2011年項(xiàng)目開(kāi)工前礦區(qū)生態(tài)資源遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4、圖5所示。2011年整體上蒙育瓦礦區(qū)以耕地類型為主，面積為558.115 0 km2，占比達(dá)到了65.47%，與1997年相比耕地面積變化不大。灌木/草地資源、耕地資源和其他資源三者在空間上呈現(xiàn)交錯(cuò)分布的狀態(tài)。其中灌木/草地資源面積為107.249 0 km2，占蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)總面積的12.58%，分布相對(duì)較為集中，相比 1997年減少了 16.046 km2，下降1.88%；礦區(qū)用地面積為8.571 0 km2，占遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域總面積的1.01%，相比1997年，蒙育瓦銅礦經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)14年的開(kāi)發(fā)建設(shè)，面積增加2.352 9 km2，占比上升0.28%，礦區(qū)擴(kuò)大將近五分之二。

截止到2011年2月MICCL公司建設(shè)末期，如表5所示，1997年至2011年期間MICCL公司對(duì)蒙育瓦銅礦生產(chǎn)建設(shè)共造成耕地資源生態(tài)占用總面積約2.672 7 km2，占蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域耕地資源面積的0.48%，其中長(zhǎng)期性占用約2.323 5 km2，占耕地面積的0.42%，短期性占用約0.349 2 km2， 占耕地面積的0.06%；造成灌木/草地資源生態(tài)占用總面積約0.281 8 km2，占蒙育瓦銅礦生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域灌木/草地面積的0.23%，其中長(zhǎng)期性占用面積約0.231 5 km2，占灌木/草地面積的0.19%，短期性占用面積約0.050 3 km2， 占灌木/草地面積的0.04%。

表5 2011年和2018年蒙育瓦礦區(qū)建設(shè)占用不同生態(tài)資源明細(xì)

截止到2018年3月，萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期生態(tài)占用情況如表5、圖6所示。2011—2018年期間共造成耕地資源生態(tài)占用總面積約11.590 2 km2，占蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域耕地資源面積的2.08%，其中長(zhǎng)期性占用約9.504 0 km2，占耕地面積的1.70%，短期性占用約2.086 2 km2， 占耕地面積的0.37%；造成灌木/草地資源生態(tài)占用總面積約5.434 2 km2，占蒙育瓦銅礦生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域面積的5.07%，其中長(zhǎng)期性占用面積約4.104 0 km2，占灌木/草地面積的3.83%，短期性占用面積約1.330 2 km2， 占灌木/草地面積的1.24%。2011年至2018年耕地資源的長(zhǎng)期性生態(tài)占用面積較大，但占比較小。

圖6 2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司時(shí)期蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域生態(tài)資源分布圖

對(duì)1997—2011年MICCL公司建設(shè)時(shí)期和2011—2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期的生態(tài)占用情況進(jìn)行對(duì)比分析可知，與1997—2011年MICCL建設(shè)時(shí)期相比，2011—2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司占用耕地資源面積11.590 2 km2，是MICCL時(shí)期的4倍，其中長(zhǎng)期性耕地資源占用增長(zhǎng)7.180 5 km2，上漲1.28%。2011—2018年占用灌木/草地資源面積為5.434 2 km2，是1997—2011年MICCL公司建設(shè)時(shí)期的將近20倍，變化非常明顯，其中4.104 0 km2是對(duì)灌木/草地資源長(zhǎng)期性的生態(tài)占用，短期性占用1.330 2 km2。如圖5和圖6所示，2011—2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期占用的耕地、灌木和草地等生態(tài)資源面積出現(xiàn)較大增長(zhǎng)，是由于七星塘和薩比塘等新礦區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，占用了礦區(qū)周邊的生態(tài)資源，但是礦區(qū)分布相對(duì)集中，對(duì)生態(tài)資源的占用僅限于礦區(qū)生產(chǎn)建設(shè)的周邊區(qū)域，沒(méi)有對(duì)礦區(qū)以外的其他地區(qū)造成大的影響，萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期蒙育瓦銅礦的開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)刈匀毁Y源環(huán)境整體格局沒(méi)有造成破壞性擾動(dòng)。

2)生態(tài)資源恢復(fù)分析。緬甸蒙育瓦銅礦開(kāi)發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，先后歷經(jīng)多家公司的開(kāi)發(fā)建設(shè)，在不同階段對(duì)礦區(qū)生態(tài)資源恢復(fù)情況存在較大差異。根據(jù)高分遙感影像分析可知，如表6、圖7所示，MICCL公司時(shí)期沒(méi)有對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行有效治理，相比萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司,在開(kāi)發(fā)過(guò)程中更注重對(duì)礦區(qū)生態(tài)資源的保護(hù)和恢復(fù)。如圖7、圖8、圖9所示，2011—2018年期間堅(jiān)持邊建設(shè)邊保護(hù)原則，對(duì)礦區(qū)污染場(chǎng)地、礦坑、排土場(chǎng)等區(qū)域進(jìn)行了污染治理和土地復(fù)墾，盡量減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。2011—2018年在萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)期間，工程從2011年開(kāi)工，截止到2018年3月。如表6所示，2018年礦山污染場(chǎng)地面積為0.332 0 km2，相比2011年減少0.422 1 km2，下降50%多；礦區(qū)土地復(fù)墾面積從2011年為0 km2，沒(méi)有出現(xiàn)土地復(fù)墾，2018年礦區(qū)土地復(fù)墾面積為2.330 1 km2。

表6 不同建設(shè)時(shí)期蒙育瓦礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)情況

圖7 蒙育瓦銅礦不同建設(shè)時(shí)期礦區(qū)污染場(chǎng)地生態(tài)恢復(fù)情況對(duì)比

圖8 萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)前和建設(shè)中薩比塘礦坑生態(tài)恢復(fù)遙感監(jiān)測(cè)影像對(duì)比

圖9 萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期排土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)遙感監(jiān)測(cè)影像對(duì)比

3.4 礦區(qū)水體監(jiān)測(cè)

1)礦區(qū)水體面積變化監(jiān)測(cè)?；?0 m Landsat系列遙感影像，通過(guò)歸一化差異水體指數(shù)(NDWI)對(duì)1997—2018年每年12月(2005和2011年為11月)蒙育瓦礦區(qū)水體面積進(jìn)行提取，統(tǒng)計(jì)出蒙育瓦銅礦10 km遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域每一年的水體面積，根據(jù)歷年水體面積值計(jì)算出1997—2018年水體面積平均值，分析蒙育瓦銅礦開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)周邊水資源造成的影響。

圖10 1997—2018年蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)水體面積變化折線圖

截止到2018年12月，蒙育瓦銅礦約10 km遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域水體面積的變化情況，如圖10所示?？傮w上，1997—2018年水體面積始終在平均值27.32 km2附近波動(dòng)，沒(méi)有出現(xiàn)特別大的起伏變化，水體面積相對(duì)穩(wěn)定。其中2005年和2011年受數(shù)據(jù)的可獲取性和低云覆蓋度影響，選擇的是當(dāng)年相鄰11月的遙感影像數(shù)據(jù)，因此出現(xiàn)較大幅度的上升。局部上，以2011年為分界點(diǎn)，2011年之前水體面積波動(dòng)較大，分別在1997—2000年和2003—2011年間出現(xiàn)2次起伏較大的波動(dòng)。2011年之后水體面積波動(dòng)較小并逐漸趨于穩(wěn)定。由以上分析可知，1997—2018年蒙育瓦銅礦的開(kāi)發(fā)建設(shè)雖然對(duì)礦區(qū)及周邊區(qū)域水資源產(chǎn)生一定影響，但是整體上影響不大沒(méi)有形成破壞性擾動(dòng)。1997—2011年MICCL公司建設(shè)時(shí)期與2011—2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期相比，MICCL公司時(shí)期造成的水資源擾動(dòng)較大， 萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司時(shí)期對(duì)周邊水資源造成的影響較小并趨于穩(wěn)定，說(shuō)明萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司在開(kāi)發(fā)建設(shè)蒙育瓦銅礦時(shí)更注重對(duì)礦區(qū)周邊水資源的保護(hù)。

2)礦區(qū)及周邊的水色異常。使用單波段閾值分割法對(duì)Landsat系列衛(wèi)星遙感影像的紅色波段進(jìn)行分割，提取蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域礦區(qū)污染水體、自然水體的分布信息，對(duì)礦區(qū)及周邊的水色異常情況進(jìn)行分析。

如表7、圖11所示，2011年蒙育瓦銅礦10 km遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域礦區(qū)污染水體主要集中分布在0～15區(qū)間內(nèi)，面積為0.120 3 km2，占遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域總面積的0.01%；水庫(kù)和湖區(qū)等清潔水體主要集中分布在16～20區(qū)間內(nèi)，面積為10.989 0 km2，占比遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域總面積的1.29%。河流等含泥沙雜質(zhì)較多的渾濁水體主要分布在 21～131區(qū)間內(nèi)。截止到2018年12月，如表8、圖12所示，蒙育瓦銅礦10 km遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域礦區(qū)污染水體主要分布在區(qū)間0～627 7內(nèi)，面積為0.508 3 km2，占比0.06%；清潔水體主要分布在6 278～7 584區(qū)間內(nèi)，面積為148.497 0 km2，占比為17.42%；河流和湖泊等含泥沙較高反射率較大的水體主要分布在7 585～17 955區(qū)間內(nèi)。

表7 2011年蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域紅色波段密度分割各類別面積及占比

圖11 2011年蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域紅色波段密度分割分類圖

圖12 2018年蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域紅色波段密度分割分類圖

表8 2018年蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域紅色波段密度分割各類別面積及占比

2018年與2011年相比，如表7和表8所示，礦區(qū)污染水體集中分布區(qū)間面積增加0.388 0 km2，主要是因?yàn)槠咝翘梁腿R比塘新礦區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)增加了堆浸場(chǎng)和防洪池等礦區(qū)水利設(shè)施的面積。空間分布上，如圖11、圖12所示，2011年礦區(qū)污染水體主要集中分布在薩比塘礦區(qū)及周邊區(qū)域，沒(méi)有出現(xiàn)大的擴(kuò)散；2018年礦區(qū)污染水體主要集中分布在新建設(shè)的七星塘和薩比塘礦區(qū)，以及完全新建的萊比塘礦區(qū)，2011年與2018年相比，礦區(qū)污染水體分布都主要集中在礦區(qū)及周邊區(qū)域，沒(méi)有出現(xiàn)大的擴(kuò)散。

綜上所述，2011年MICLL公司建設(shè)末期和2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期，蒙育瓦礦區(qū)進(jìn)行濕法煉銅生產(chǎn)活動(dòng)，雖然產(chǎn)生了大量的工業(yè)污染水體，但工業(yè)污染水體主要集中分布在七星塘、薩比塘礦區(qū)和萊比塘礦區(qū)及相鄰區(qū)域，總體上銅礦的開(kāi)發(fā)建設(shè)沒(méi)有對(duì)蒙育瓦銅礦遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域造成嚴(yán)重的水體污染，這也符合濕法煉銅技術(shù)在銅礦生產(chǎn)冶煉方面對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染更小的事實(shí)。

3.5 蒙育瓦銅礦建設(shè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響

夜間燈光指數(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極大相關(guān)性，燈光指數(shù)大于7的區(qū)域一般是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)[15]。本文采用夜間燈光遙感影像數(shù)據(jù)開(kāi)展蒙育瓦銅礦建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)影響的相關(guān)分析。受數(shù)據(jù)影響，蒙育瓦銅礦1999年前的燈光數(shù)據(jù)缺失。1999—2018年礦區(qū)周邊30 km緩沖區(qū)的燈光指數(shù)遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果如表9所示。1999—2011年MICCL公司建設(shè)的12年間，燈光指數(shù)大于7的面積前期為105.05 km2，后期增至227.60 km2，增幅為216.66%，1999—2011年的年均增量為10.21 km2，其中增長(zhǎng)率主要集中在0～50%區(qū)間內(nèi)。2011—2018年為萬(wàn)寶礦業(yè)建設(shè)時(shí)期，截止到2018年，相對(duì)工程開(kāi)工前燈光指數(shù)大于7的面積增加122.56 km2，增幅為53.85%，2011—2018年的年均增量為17.51 km2，相比MICCL時(shí)期燈光指數(shù)大于7的年均增量顯著提高。年均燈光增長(zhǎng)率大于50%的年均面積相比MICCL公司建設(shè)時(shí)期增加了370.84 km2，增幅達(dá)到了321.35%，這段時(shí)期礦區(qū)周邊經(jīng)濟(jì)得到較大發(fā)展。

表9 蒙育瓦礦區(qū)30 km緩沖區(qū)內(nèi)年均燈光增長(zhǎng)率及相應(yīng)面積 km2

礦區(qū)夜間燈光指數(shù)遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，空間上燈光指數(shù)增長(zhǎng)區(qū)域主要集中在城鎮(zhèn)和礦區(qū)區(qū)域，具有明顯的沿中心向四周延伸的現(xiàn)象，并且越靠近城鎮(zhèn)、礦區(qū)等中心，年均燈光增長(zhǎng)率就越高，由中心向四周逐漸遞減。1999—2011年MICCL時(shí)期，年均燈光增長(zhǎng)率主要集中分布在薩比塘礦區(qū)和蒙育瓦市及相鄰區(qū)域，由中心向周邊逐漸遞減，在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)和礦區(qū)區(qū)域基本上沒(méi)出現(xiàn)燈光指數(shù)的增長(zhǎng)。2011—2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司建設(shè)時(shí)期，隨著萊比塘礦區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，萊比塘礦區(qū)及周邊地區(qū)燈光指數(shù)出現(xiàn)大面積增加，越靠近礦區(qū)燈光指數(shù)增長(zhǎng)越快；而原MICCL建設(shè)時(shí)期增長(zhǎng)較快的薩比塘礦區(qū)和蒙育瓦市區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)燈光指數(shù)的增長(zhǎng)。這段時(shí)期蒙育瓦礦區(qū)30 km緩沖區(qū)絕大部分區(qū)域都明顯出現(xiàn)燈光指數(shù)的增長(zhǎng)，相比1999—2011年分布范圍更加廣泛，說(shuō)明萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司對(duì)蒙育瓦銅礦的開(kāi)發(fā)建設(shè)極大地拉動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是對(duì)以前欠發(fā)展的鄉(xiāng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)有明顯的促進(jìn)作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用1997—2018年Landsat系列衛(wèi)星影像、高分遙感影像和夜間燈光影像數(shù)據(jù)，對(duì)我國(guó)在海外投資建設(shè)的蒙育瓦銅礦生態(tài)環(huán)境狀況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)，結(jié)合實(shí)際情況將礦區(qū)的建設(shè)分為中國(guó)萬(wàn)寶礦業(yè)公司建設(shè)時(shí)期和外國(guó)MICCL公司建設(shè)時(shí)期，并對(duì)2個(gè)時(shí)期礦區(qū)的建設(shè)情況進(jìn)行對(duì)比分析，得到以下結(jié)論。

1)蒙育瓦銅礦在開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中雖然對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境造成了一定的破壞，但是由于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范得當(dāng)，對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成的損失較小。與外國(guó)公司建設(shè)時(shí)期相比，中國(guó)公司建設(shè)時(shí)期堅(jiān)持邊開(kāi)發(fā)邊治理原則，并采用綠色施工的方式，降低了工程的生態(tài)占用和對(duì)周邊環(huán)境的影響，在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面取得了更好的成效。

2)1997—2018年蒙育瓦銅礦開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)周邊水體面積產(chǎn)生了一定影響，但影響不大，沒(méi)有造成破壞性擾動(dòng)，水體面積總體上比較穩(wěn)定。1997—2011年與2011—2018年2個(gè)時(shí)期相比，2011之前水體面積波動(dòng)相對(duì)較大，2011年之后水體面積逐漸趨于穩(wěn)定，2011—2018年中國(guó)萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司時(shí)期在礦區(qū)周邊水資源保護(hù)方面做得更好。蒙育瓦銅礦采用濕法煉銅技術(shù)，1997—2018年銅礦的生產(chǎn)活動(dòng)雖然產(chǎn)生了大量的工業(yè)水體，但工業(yè)水體的分布主要集中在礦區(qū)，沒(méi)有對(duì)周邊水域造成污染。

3)1997—2018年蒙育瓦銅礦30 km遙感監(jiān)測(cè)區(qū)域夜間燈光指數(shù)出現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)，表明蒙育瓦銅礦的開(kāi)發(fā)建設(shè)促進(jìn)了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。2011—2018年萬(wàn)寶礦業(yè)有限公司時(shí)期與1999—2011年MICCL公司時(shí)期相比，2011—2018年期間蒙育瓦銅礦開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)周邊30 km緩沖區(qū)范圍經(jīng)濟(jì)拉動(dòng)作用更加顯著，礦區(qū)的建設(shè)不光促進(jìn)了礦區(qū)和城市經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，同時(shí)也拉動(dòng)了以往欠發(fā)展的鄉(xiāng)村地區(qū)的經(jīng)濟(jì)。

4)利用遙感技術(shù)對(duì)礦山項(xiàng)目開(kāi)發(fā)建設(shè)造成的生態(tài)影響和取得的經(jīng)濟(jì)成就進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究，有利于客觀全面地對(duì)礦山項(xiàng)目建設(shè)作出評(píng)價(jià)。這為海外礦山項(xiàng)目的投資建設(shè)、國(guó)內(nèi)部門(mén)監(jiān)管國(guó)外項(xiàng)目，以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面提供了技術(shù)手段。