引用本文
周英杰, 王晓红, 姚维岭, 杨金中. 山东省尾矿库遥感调查与环境影响分析[J].中国地质调查, 2017,4(4): 88-92.
ZHOU Yingjie, WANG Xiaohong, YAO Weiling, YANG Jinzhong. Remote sensing investigation and environmental impact analysis of tailing ponds in Shandong Province[J].Geological Survey of China, 2017,4(4): 88-92.  
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山东省尾矿库遥感调查与环境影响分析
周英杰, 王晓红, 姚维岭, 杨金中
中国国土资源航空物探遥感中心,北京 100083

第一作者简介: 周英杰(1973—),女,高级工程师,主要从事矿山遥感监测工作。Email: 32311423@qq.com。

收稿日期: 2016-11-25
基金资助: 中国地质调查局“全国矿产资源开发环境遥感监测(编号: 121201203000160009)”项目资助
摘要

矿山尾矿库存在巨大的潜在危害,是不可轻视的环境风险源。为实现对山东省尾矿库的遥感监测与分析,利用我国遥感14号、24号、5号和高分2号等卫星高分辨率遥感图像,对全省矿山尾矿库进行全面的遥感解译,摸清了现有尾矿库的类型、数量、位置、规模及使用状态。截至2015年12月,山东省共有尾矿库585座,以铁矿和金矿尾矿库为主,主要集中在胶东地区(烟台、青岛和威海),经野外实地验证,遥感调查结果全部正确; 从尾矿库占用和破坏土地、尾矿废水污染、粉尘污染以及地质灾害隐患等方面分析了尾矿库对环境的影响,建议相关部门予以高度重视,及时排查尾矿库的隐患。

关键词: 尾矿库; 遥感调查; 环境影响; 山东省
中图分类号:TP79;X508 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2017)04-0088-05 doi: 10.19388/j.zgdzdc.2017.04.12
Remote sensing investigation and environmental impact analysis of tailing ponds in Shandong Province
ZHOU Yingjie, WANG Xiaohong, YAO Weiling, YANG Jinzhong
China Aero geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China
Abstract

The mine tailing pond is a huge environmental risk source with great potential danger. In order to realize remote sensing monitoring and analysis of the tailing ponds in Shandong Province, the authors carried out remote sensing interpretation of the tailing ponds by high resolution remote sensing images of the remote sensing satellite No.14 , No.24, No.5 and GF-2. The types, quantity, locations, size and using status of the existing tailing ponds in Shandong Province were found out. Until December 2015, there were 585 tailing ponds in Shandong Province, mostly iron and gold ore tailing ponds, and these tailing ponds were mainly located in the Jiaodong area(Yantai, Qingdao and Weihai). The field investigation and verification results show that the remote sensing investigation results were correct. The impacts of tailing ponds on environment were analyzed from land occupation and destruction, waste water pollution, dust pollution, potential geological hazards, etc. It is suggested that the relevant departments pay great attention and check the potential hazads of the tailing ponds in time.

Keyword: tailing ponds; remote sensing investigation; environmental impact; Shandong Province
0 引言

尾矿库是矿山企业在采矿、选矿过程中用来堆放尾砂等固态和液态废弃物的场所, 一般由筑坝拦截谷口、河床或者围地构成。通常, 尾矿库中还含有一定数量暂不能利用的有用组分[1]。山东省矿产资源丰富, 全省已发现各类矿产150种。其中, 胶东主要分布有贵金属矿产和有色金属矿产, 鲁中主要蕴藏有黑色金属矿产及非金属矿产, 鲁西北有丰富的石油、天然气资源, 鲁西南则以丰富的煤炭资源为优势。矿业的发展在促进社会经济发展的同时, 产生的“ 三废” 也给生态环境造成严重破坏, 并带来占用土地、浪费资源以及造成人员经济损失等一系列问题[2, 3]。因此, 加强对矿山开发状况的调查和治理, 特别是对矿山尾矿库的监测和管理势在必行。随着卫星遥感技术的不断发展, 高分辨率遥感图像因其具有空间分辨率高、波谱信息丰富等特点而在遥感应用中展现出越来越显著的优势。遥感技术在土地利用调查和矿山开发状况监测等方面的成功应用为尾矿库遥感调查提供了有效的技术手段和丰富的经验[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20]。在利用遥感技术对尾矿库的状况监测方面, 国内开展过许多研究, 如: 方雪娟等[13]对大冶陈贵镇小型尾矿库分布特征及其对环境影响做了分析; 强建华等[14, 15]对陕西省尾矿库和新疆矿山环境进行了遥感调查与环境影响分析; 肖如林等[16]对张家口市尾矿库环境风险进行了遥感监测应用研究; 高永志等[17]对黑龙江省矿集区进行了尾矿库遥感监测与分析, 初步形成了尾矿库遥感监测的技术方法。本文在上述研究成果基础上, 基于我国遥感14号、24号、5号和高分2号等卫星高分辨率遥感图像, 对山东省全省范围内矿山尾矿库的分布现状进行了调查, 摸清了现有尾矿库的数量、位置、规模、类型及使用情况, 分析了尾矿库对环境的影响, 提出了加强尾矿库监管的建议。

1 研究区概况

山东省位于中国东部沿海的东北段, 地处黄河下游, 地质构造复杂, 以沂沭断裂带和齐广断裂为界, 自东向西依次为鲁东隆起区、鲁西隆起和华北坳陷区。沂沭断裂是胶东金矿集中区的控矿构造。鲁西隆起区断裂十分发育, 对鲁西金属、非金属矿产和能源矿产的形成具有明显的控制作用。山东省矿产资源开发历史悠久, 开发强度较大。煤炭保有储量居全国第11位, 但原煤产量占全国总产量的9.68%, 居第2位; 金矿保有储量居全国第2位, 而黄金产量占全国总产量的24%, 位居全国之首; 铁矿产量居全国第8位。多年来, 矿产资源开发规模及开发强度的日益增大, 不但引发了地面塌陷、地裂缝以及土地破坏等矿山环境问题, 矿山固体废料堆存(尾矿库)还引发了水体污染和尾矿扬尘等问题。然而, 我国目前对尾矿库的监管还主要依靠地面调查统计, 存在耗时长、浪费人力等劣势。本文利用遥感技术快速、准确的特点, 完成了山东省尾矿库分布现状调查。

2 技术方法

对于各种尺度的地物而言, 不同空间分辨率遥感图像中的可识别影像特征差异很大。在高分辨率遥感图像上, 小尺度地物的细部结构信息显示较清晰。因此, 本文以我国遥感14号、24号、5号和高分2号等卫星高分辨率遥感图像为主要数据源(获取时间为2015年9— 12月), 对这些数据进行几何精纠正等图像预处理, 并在ArcGIS 10.1中基于尾矿库的结构、光谱、形状及纹理等影像特征, 建立了尾矿库的遥感解译标志, 对尾矿库进行了人机交互式遥感解译。

3 尾矿库遥感监测
3.1 解译标志的建立

3.1.1 直接解译标志

尾矿库是人类工程活动的产物, 人工痕迹显著, 几何形态较规则。通常, 靠近尾矿坝的库体边缘呈直线状, 与周围地物界线分明。尾矿库一般在堆积坝上都设置有排砂管, 尾砂是通过排砂管由近坝端向远坝端逐步推送的。因此, 在遥感图像上尾矿库的色调和纹理随着距排砂管的远近不同而具有明显的分带性— — 距排砂管近、尾砂浓度高的位置, 色调亮; 距排砂管远、尾砂浓度低的位置, 色调暗; 尾矿库水体的颜色由浅灰白色逐渐过渡到灰绿色(接近自然水体)[18](图1)。

图1 尾矿库影像特征Fig.1 Image characteristics of tailing ponds

3.1.2 间接解译标志

尾矿库是用来堆放尾砂的场所, 除了前述库体、坝体和排砂管的形态、色调、纹理特征等直接解译标志外, 还有一系列间接解译标志。尾矿库离矿区不远, 周围一般都有选矿厂、选矿池等矿山建筑, 彼此之间通过矿山道路连接; 大多数尾矿库采用一面筑坝或多面筑坝的方式, 常有一边紧靠山坡的特征, 也有部分尾矿库是在平地四面筑坝围成的; 坝体多采用二期筑坝法(初期坝和后期坝)[19], 多显示有2期坝体影像。

3.2 尾矿库类型及数量分布

根据上述解译标志进行解译, 截至2015年12月, 山东省共有尾矿库585座。其中, 按利用状态划分, 正在利用的尾矿库有461座, 已闭库停用的124座; 在空间分布上, 尾矿库主要集中在胶东地区(烟台、青岛和威海), 共有349座, 占全省尾矿库的60%; 按地市的尾矿库数量排序, 烟台市最多, 有215座, 青岛市有118座次之, 临沂市110座, 排第3位(表1、 图2)。

表1 尾矿库分布情况统计 Tab.1 Distribution statistics of tailing ponds

图2 山东省尾矿库分布^(成图比例尺600万。此次调查, 共发现铜矿尾矿库3处, 位于莱芜市莱城区, 其中2处铜矿尾矿库被铁矿尾矿库叠压; 钼矿尾矿库2处, 位于烟台市莱山区, 均被金矿尾矿库叠压。)Fig.2 Distribution of tailing ponds in Shandong Province

山东省尾矿库按矿种类型可划分为铁矿314座、金矿223座、石墨矿39座、铝土矿4座、铜矿3座及钼矿2座, 以铁矿和金矿尾矿库为主。苍山— 枣庄、莱州— 昌邑及莱芜等地区是山东省主要的铁矿区, 故铁矿尾矿库也主要分布在这些地区; 烟台市的金矿产量位于山东省第一位, 保有资源储量居全国首位, 故山东省金矿尾矿库的85.2%都位于烟台市。

尾矿库在高分辨率遥感图像上, 影像特征明显, 很易直接识别。对解译出的尾矿库共进行了50多处的野外实地验证, 调查结果表明, 以上遥感解译结果全部正确。

4 尾矿库环境影响分析
4.1 尾矿库占用和破坏土地

2015年山东省尾矿库共占用土地面积4 586.72 hm2, 其中铁矿尾矿库占用土地面积最大, 达到2 265.14 hm2; 其次是金矿尾矿库, 占地面积为1 738.02 hm2; 两矿种尾矿库共占全部尾矿库占地的87.3%。金矿尾矿库主要占用和破坏山间林地; 铁矿尾矿库则主要在平原区占用和破坏耕地。石墨矿、铝土矿、铜矿和钼矿等其余矿种, 占地面积分别为446.7 hm2、102.3 hm2、19.87 hm2和14.66 hm2。

4.2 尾矿废水污染

尾矿库矿渣或尾矿废水中通常含有很多有害元素, 一旦流失, 会对库区周围河流、农田等造成严重污染和破坏。库区选址时, 受矿区距离影响, 有的地处水库、大江、大湖或重要水源地上游, 会对库区下游居民及各类生物造成危害[16]。玲珑镇范围内的金矿企业较多, 最近10 a, 随着各大金矿规模扩张, 污水排放量不断增加, 玲珑河污染越来越严重; 建于罗山水库上方的尾矿库, 也曾出现尾矿废水漫过大坝流进水库污染水源的现象(图3)。

图3 尾矿库污染危害水库Fig.3 Hazard of tailing ponds pollution

4.3 中粉尘污染

尾矿库干涸后, 会产生严重的粉尘污染, 特别是在3— 5月份及冬季的少雨多风季节, 粉尘随风飘扬, 会对尾矿库周围环境造成很大的负面影响, 不仅对附近果园、耕地和水源造成污染, 还会危及周边居民的身体健康。

4.4 地质灾害隐患

尾矿库地势高于周边地物, 是潜在的人造泥石流危险源[20]。本次遥感调查发现的山东省尾矿库主要存在以下几方面的安全隐患: ①部分尾矿库坝体疏松, 有的坝体只是简单种植一些稀疏植被, 未采取任何防护措施, 极易引发坝体滑坡、坍塌等灾害; ②部分尾矿库距离居民点和公路较近, 有的尾矿库距离公路最近处仅50 m, 以烟台市金矿区为例, 169个正在利用的尾矿库中, 距离公路在200 m以内的有21座, 距离居民点在600 m以内的有32座, 其中1座金矿尾矿库距离村庄仅60 m, 存在极大的安全隐患。

5 结论

(1)本文基于矿山尾矿库的遥感影像特征及建库特点等解译标志, 识别了山东省尾矿库的位置、数量、类型、规模及使用状况, 野外验证结果表明本次遥感解译结果全部正确。

(2)山东省尾矿库数量较多, 类型以铁矿、金矿尾矿库为主, 主要分布于胶东地区, 其中烟台市金矿产量约占全国总产量的1/5, 尾矿库的数量居山东省首位。

(3)山东省尾矿库对环境的影响主要表现为土地占用和破坏、尾矿废水污染、尾矿库干涸后随风飘起的粉尘污染以及其他潜在的地质灾害隐患。

(4)尾矿库对环境的潜在危害巨大, 应当引起相关部门的高度重视。尽管本次调查未发现在矿山开发中轻视尾矿库安全的不合理做法, 但还是强烈建议矿山开发企业和各级政府管理部门建立完善的尾矿库安全监管制度, 对所有尾矿库做到每天检查, 发现异常征兆及时处置和上报; 对于尾矿库数量较多的地区, 调配更多专管人员负责巡视和安全保障工作; 对于新建尾矿库, 注意选址, 避开居民聚居区和水库等重要水源地。

The authors have declared that no competing interests exist.

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