Monitoring and evaluation of mine geological environment in the Muli coal mining area based on remote sensing
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摘要:
为揭示木里煤矿开采对生态环境的破坏程度，通过2010年和2013年2期高分辨遥感影像监测，野外调查和水土样品采集，开展了矿山地质环境问题和承载力的调查，查明了问题并对其破坏程度和承载能力进行了评价。结果表明，矿区地形地貌景观和土地资源占压与破坏严重，河水受到Cu、Pb、Cr和Zn的污染，土壤受到Cd、As污染，高山草甸和沼泽地破坏及退化现象严重，冻土含水层结构遭到破坏，地质环境承载力适中。评价结果可为政府和矿山企业开展矿山地质环境恢复治理提供基础资料。
Abstract:In order to reveal the damage degree of Muli coal mining to the ecological environment, the authors used the 2010 and 2013 two phases of high resolution images of remote sensing monitoring, field investigation, and the soil and water sample collection to investigate mining geo-environmental problems and carrying capacity, The problem was identified and its damage degree and carrying capacity were evaluated. The results show that landform landscape and land resources destruction has been very serious, the water is polluted by Cu, Pb, Cr and Zn, the soil is polluted by Cd and As, the alpine meadow contamination and wetland destruction and degradation are serious, the frozen soil aquifer structure is destroyed, and the mine geological environment bearing capacity is moderate. The evaluation results can provide new basic information for the government and mine enterprises to carry out the recovery management of mine geological environment.
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表 1 矿山土地资源破坏影响程度分级
Table 1. Grading of mine land resource destruction impact
严重 较严重 较轻 占用与破坏基本农田占用破坏耕地大于2hm2；占用破坏林地或草地大于4hm2；占用与破坏荒地或未开发利用地大于20hm2 占用破坏耕地小于或等于2hm2；占用破坏林地或草地2~4hm2；占用与破坏荒地或未开发利用地10~20hm2 占用破坏林地或草地小于或等于2hm2；占用与破坏荒地或未开发利用土地小于或等于10hm2 注：占用与破坏指矿山采矿场+废石场+尾矿库+地质灾害破坏及占压土地面积总和(hm2)[17] 
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表 2 地表水、土壤综合污染评价分级
Table 2. Grading table of surface water and soil comprehensive pollution
等级划定 综合污染指数 污染等级 污染水平 Ⅰ Pz ≤ 0.7 安全 清洁 Ⅱ 0.7＜Pz ≤ 1.0 警戒线 尚清洁 Ⅲ 1.0＜Pz ≤ 2.0 轻污染 轻度污染 Ⅳ 2.0＜Pz≤3.0 中污染 中度污染 Ⅴ Pz＞3.0 重污染 严重污染
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表 3 木里煤矿区2010、2013年遥感解译结果
Table 3. Remote sensing interpretation results of Muli coal mining area in 2010 and 2013
解译类型 解译内容 2010年解译面积/km2 2013年解译面积/km2 面积变化/km2 地质环境背景 高山草甸区 42.36 40.59 -1.77 沼泽地草甸茂密区 77.96 62.53 -15.43 沼泽地草甸退化区 14.76 13.54 -1.22 地质环境破坏 露天采场 9.39 15.00 5.61 米坑内积水区 0.02 0.22 0.20 煤炭堆积区 0.51 0.80 0.29 排矸场废渣堆积 3.29 13.22 9.93 其他地废渣堆积 0.24 0.24 蓄水池 0.01 0.02 0.01 采砂区 0.13 0.17 0.04 地质环境恢复 煤矸石山治理区 0.25 0.25 矿区设施和生活区占地 工矿场房 0.65 2.35 1.70 生活区 0.04 0.16 0.12 居民地 0.20 0.22 0.02 道路 0.69 1.29 0.60 河流湖泊 河漫滩 1.10 0.89 -0.21 河流 1.09 0.61 -0.48 湖泊 0.99 1.09 0.10 合计 153.19 153.19
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表 4 2010年木里煤矿区地形地貌景观破坏程度评价
Table 4. Evaluation of degree of damage of topographic landscape of Muli coal mining area in 2010
采场编号 破坏类型 破坏面积/km2 破坏面积合计/km2 矿权面积/km2 破坏率/% 评价标准值/% 破坏程度 1号采场 露天采坑 0.08 0.08 5.11 1.57 < 20 轻度 2号采场 露天采坑 0.34 0.34 8.25 4.12 < 20 轻度 4号采场 露天采坑 4.78 煤炭堆积 0.35 5.96 4.31 138.28 ＞40 严重 废渣堆积 0.83 5号采场 露天采坑 1.71 2.70 3.82 70.68 ＞40 严重 废渣堆积 0.99 6号采场 露天采坑 2.51 煤炭堆积 0.16 4.14 4.14 100.00 ＞40 严重 废渣堆积 1.47 地形地貌景观破坏 露天采坑 9.41 煤炭堆积 0.51 13.22 25.63 51.58 ＞40 严重 废渣堆积 3.29
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表 5 2013年木里煤矿区地形地貌景观破坏程度评价
Table 5. Evaluation of degree of damage of topographic landscape of Muli coal landscape of Muli coal mining area in 2013
采场编号 破坏类型 破坏面积/km2 破坏面积合计/km2 矿权面积/km2 破坏率/% 评价标准值/% 破坏程度 1号采场 露天采坑 1.34 煤炭堆积 0.08 2.53 5.11 49.51 ＞40 严重 废渣堆积 1.11 2号采场 露天采坑 1.46 1.59 8.25 19.27 < 20 较轻 废渣堆积 0.13 3号采场 露天采坑 0.81 煤炭堆积 0.04 1.97 5.91 33.33 20-40 较严重 废渣堆积 0.94 4号采场 露天采坑 4.92 煤炭堆积 0.41 11.41 4.31 264.73 ＞40 严重 废渣堆积 6.08 5号采场 露天采坑 2.31 煤炭堆积 0.13 5.22 3.82 136.65 ＞40 严重 废渣堆积 2.78 6号采场 露天采坑 4.38 煤炭堆积 0.14 6.76 4.14 163.29 ＞40 严重 废渣堆积 2.24 地形地貌景 露天采坑煤炭堆积 15.22 煤炭堆积 0.80 29.48 31.54 93.47 ＞40 严重 废渣堆积 13.46
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表 6 2010、2013年木里煤矿区土地压占与破坏程度评价
Table 6. Evaluation of land pressure and damage degree of Muli coal mining area in 2010 and 2013
采场编号 2010年破坏面积/km2 2013年破坏面积/km2 评价标准值/ km2 破坏程度 1号采场 0.08 2.53 > 0.04 严重 2号采场 0.34 1.59 > 0.04 严重 3号采场 1.97 ＞0.04 严重 4号采场 5.96 11.41 ＞0.04 严重 5号采场 2.70 5.22 ＞0.04 严重 6号采场 4.14 6.76 ＞0.04 严重 土地资源破坏 13.22 29.48 ＞0.04 严重
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表 7 水样单元素超标情况
Table 7. Statistic table of single element overshoot condition of water sample
儿素 Cu Pb Zn Cr Cd As Hg Ⅰ类水标准值 0.01 0.01 0.05 0.01 0.001 0.05 0.00005 1-9号水样超标倍数 0.9~3.6 3.4 0.86 1.3 / / / 评价标准值 1.0~4.0 1.0~4.0 0~1.0 1.0~4.0 评价等级 中度污染 中度污染 轻度污染 中度污染 超标率 22.20% 11.11% 11.11% 11.11% / / /
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表 8 水样综合评价
Table 8. Comprehensive statistic table of water sample
样号 单项污染指数 综合污染指数 评价标准值 评价等级 Cu Pb Zn Cr Cd As Hg 1 0.4 0.6 0.12 0.4 1 0.04 0 0.75 0.7~1.0 警戒线 2 0.3 0.4 0.06 0.3 0 0.06 0 0.30 ≤7 安全 3 0.3 0.2 0.04 0.2 0 0.04 0 0.23 ≤7 安全 4 0.3 0.2 0.08 0.2 0 0.04 0 0.23 ≤7 安全 5 1.9 1.0 0.56 0.9 0 0.08 0 1.42 1.0~2.0 轻污染 6 4.6 4.4 1.86 2.3 1 0.1 0 3.56 ＞3.0 重污染 7 0.7 0.2 0.06 0.2 0 0.04 0 0.51 ≤7 安全 8 0.4 0.2 0.1 0.2 0 0.06 0 0.30 ≤7 安全 9 0.3 0.1 0.06 0.2 0 0.04 0 0.22 ≤7 安全
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表 9 土壤样单元素超标情况
Table 9. Statistic table of single element overshoot condition of soil sample
元素 Cu Pb Zn Cr Cd As Hg Ⅰ级土壤标准值 ≤35 ≤35 ≤100 ≤90 ≤ 0.20 ≤15 动.1 1-12号土样超标倍数 / / / / 0.05~0.10 0.08 / 评价标准值 0~1.0 0~1.0 评价等级 轻度污染 轻度污染 超标率 / / / / 16.67% 8.33% /
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表 10 土壤样综合评价
Table 10. Comprehensive statistic table of soil sample
样号 单项污染指数 综合污染指数 评价标准值 评价等级 Cu Pb Zn Cr Cd As Hg 1 0.79 0.56 0.66 0.71 0.70 0.73 0.23 0.71 0.7~1.0 警戒线 2 0.72 0.47 0.62 0.58 0.70 0.79 0.29 0.70 ≤7 安全 3 0.57 0.53 0.68 0.63 0.80 0.49 0.10 0.68 ≤7 安全 4 0.79 0.63 0.84 0.76 1.10 0.60 0.35 0.93 0.7~1.0 警戒线 5 0.59 0.49 0.65 0.59 0.60 0.62 0.19 0.59 ≤7 安全 6 0.49 0.63 0.59 0.53 0.35 0.37 0.21 0.55 ≤7 安全 7 0.62 0.47 0.66 0.63 0.60 0.66 0.17 0.60 ≤7 安全 8 0.76 0.57 0.76 0.74 1.05 0.60 0.39 0.89 0.7~1.0 警戒线 9 0.75 0.57 0.76 0.74 0.90 0.79 0.36 0.80 0.7~1.0 警戒线 10 0.45 0.39 0.48 0.51 0.4 0.86 0.19 0.69 ≤7 安全 11 0.52 0.43 0.91 0.54 0.85 0.88 0.17 0.78 0.7~1.0 警戒线 12 0.56 0.4 0.57 0.46 0.3 1.08 0.17 0.84 0.7~1.0 警戒线
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表 11 木里煤矿区地质环境承载力评价
Table 11. Evaluation of the carrying capacity of mine geo-environment of Muli coal mining area
评价指标 实际值 指标分值 指标权重 评价结果 年平均气温 -5.1℃ 2 0.0893 0.18 年平均降雨量 477.1mm 3 0.1266 0.38 地形坡度 ＜5° 5 0.1044 0.52 土也利用类型 工矿用地 2 0.1436 0.29 植被覆盖度 ＜5% 1 0.2295 0.23 土壤类型 沼泽土 5 0.2197 1.10 地层岩性 第四系粘土 1 0.0869 0.09 合计 2.78
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图(7)
表(11)
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