基于GIS的白马红格矿区地质环境承载力研究_蒋仁伟.pdf

基于GIS的白马红格矿区地质环境承载力研究 蒋仁伟 1 谈树成 1， 2 （1. 云南大学资源环境与地球科学学院， 云南 昆明 650500； 2. 云南省地理研究所， 云南 昆明 650223） 摘要为有效应对四川省白马红格矿区存在的过度开采与无序开采行为， 针对常规方法难以对矿山地质环 境承载力进行量化分析的不足， 根据矿区特殊的自然环境特征， 选取了自然地理、 社会经济、 矿山开发、 矿山环境、 基础地质5个要素层共14个指标构建了矿区地质环境承载力评价指标体系， 采用定性与定量相结合的综合评价 法-层次分析法 （Analytic Hierarchy Process， AHP） 进行了矿区地质环境承载力评价。研究表明 矿区承载力存在明 显的高低分布和空间发展规律， 根据承载力高低可将矿区划分为优等区、 中等区、 差等区， 绘制了矿区地质环境承 载力分布图， 并对各区的空间分布特征进行了分析， 认为白马红格矿区承载力整体较低， 中等区与差等区面积总和 为615.73 km2， 占矿区总面积的28， 差等区面积达到79.25 km2， 占矿区总面积的3.6， 研究结果实现了对矿区地 质环境承载力定性与定量的综合评价， 可有效反映矿区地质环境承载力状况。在上述分析的基础上， 针对矿区承 载力差等区， 提出了优化矿区周边环境、 开展生态修复工程、 建设绿色矿山等措施， 对于提升整个矿区的地质环境 承载力、 实现矿区可持续发展、 遏制矿区存在的不合理开采行为有一定的参考价值。 关键词矿区生态修复地质环境承载力评价指标体系综合评价法层次分析法绿色矿山 中图分类号P694文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -05-170-07 DOI10.19614/ki.jsks.201905027 Study on the Geological Environmental Bearing Capacity of Baimahongge Mining Area Based on GIS Jiang Renwei1Tan Shucheng1， 22 （1. School of Resources Environmental and Earth Sciences， Yunnan University， Kunming 650500， China； 2. Yunnan Institute of Geography， Kunming 650223， China） AbstractIn order to effectively deal with the unreasonable mining activities such as over-exploitation and disorderly mining in Baimahongge mining area in Sichuan Province， aiming at the insufficiency of the conventional s that are diffi- cult to carry on the quantification analysis of the mine geological environmental bearing capacity， combined with the special natural environment characteristics of the mining area， 14 inds including physical geography， social economy， mine devel- opment， mine environment and basic geology are selected.The uation index system of geological environmental bearing ca- pacity of the mining area is established， and the comprehensive uation -analytic hierarchy process（AHP）that com- bines qualitative and quantitative s uation ideas is used to uate the geological environmental bearing capacity of the mining area.The study results show that high-low distribution and spatial development regularities of the mining area are obvious， according to the bearing capacity， the mining area can be divided into excellent， medium and poor areas.The distribu- tion map of the bearing capacity of the geological environment of the mining area is drawn， and the spatial distribution charac- teristics of each area are analyzed.It is concluded that the bearing capacity of Baimahongge mining area is low as a whole， and the total area of medium and poor areas is 615.73 km2， accounting for 28 of the total area of the mining area， and the area of the poor area is 79.25 km2， accounting for 3.6 of the total area of the mining area.The study results have realized the compre- hensive uation of the bearing capacity of the geological environment of the mining area qualitatively and quantitatively， which can reflect the bearing capacity of the geological environment of the mining area more truly and effectively.Based on the 收稿日期2019-03-03 基金项目中国地质调查局地质调查项目 （编号 121201203000160009） ， 云南大学服务云南行动计划项目 （编号 2016ZD07） ， 第二批云岭学者 培养项目 （编号 C6153001） 。 作者简介蒋仁伟 （1993） ， 男， 硕士研究生。 通讯作者谈树成 （1970） ， 男， 院长， 教授， 博士， 硕士研究生导师。 总第 515 期 2019 年第 5 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 515 May 2019 170 ChaoXing above discussion results， in view of the poor bearing capacity of the mining area， some countermeasures are put forward， such as optimizing the surrounding environment of the mining area， implementing the construction of ecological rehabilitation proj- ects and building green mines， which are of certain reference value for enhancing the bearing capacity of the geological envi- ronment of the whole mining area， realizing the sustainable development of the mining area and curbing unseasonable mining activities of the mining area. KeywordsEcological rehabilitation of mining area， Geological environment bearing capacity， uation index system， Comprehensive uation ， Analytic hierarchy process， Green mine 近年来， 在社会经济快速发展的背景下， 能源、 建筑材料、 有色金属等矿产品的社会需求日益增加， 使得矿山开采强度逐步提升， 矿区地质环境问题日 趋严重。开展矿区地质环境承载力评价， 对于规范 开采行为、 合理控制开采规模、 实现矿区可持续发展 具有重要作用。现阶段， 学术界对于矿区地质环境 承载力的评价方法较为单一， 使得评价结果的可靠 性不足， 对于定性与定量相结合的评价模式的研究 较为欠缺 ［1-3］。本研究以四川省白马红格矿区为例， 选用综合评价法-层次分析法， 构建完善的评价指标 体系， 对矿区地质环境承载力进行定性与定量评价， 并根据评价结果， 对地质环境承载力薄弱区域的生 态修复措施进行讨论。 1矿区概况和数据来源 1. 1矿区概况 白马红格矿区大部分位于四川省攀枝花市东中 部地区， 少部分处于攀枝花市与凉山彝族自治州的 交界处， 涉及了攀枝花仁和区、 东区、 盐边县、 米易县 和凉山彝族自治州的会理县。矿区北部为米易县， 中部为盐边县， 东西部分别为会理县和东区， 南部为 仁和区和会理县。矿区南北长约82 km， 东西最长约 41 km， 矿区总体面积约为2 204 km2， 如图1所示。矿 区处于攀西大裂谷中， 地质构造复杂， 地势起伏较 大， 总体呈现西北高、 东南低的特点； 地貌发育多以 侵蚀堆积地貌、 溶蚀地貌为主， 雅砻江、 金沙江、 安宁 河从矿区穿过， 为地质灾害提供了孕育环境。区内 矿产资源较为丰富， 各种类型矿山企业共有49家， 其 中金属矿11家， 非金属矿37家， 能源矿1家。各类矿 山企业涉及了铁、 饰面用花岗岩、 建筑用砂、 砖瓦用 页岩、 石灰石、 建筑用花岗岩等矿种， 生产规模各 异。由于各家企业盲目追求经济利益， 不合理的开 采活动导致出现了一系列的地质灾害， 区内共发育 地质灾害36处， 其中崩塌5处， 滑坡11处， 泥石流20 处。 1. 2数据来源 本研究矿区地质环境承载力评价数据主要包括 影像数据和各类评价指标数据。其中， 影像数据为 中国国土资源航空物探遥感中心提供的矿区2016年 遥感影像、 DEM （分辨率为30 m30 m） 、 1 ∶ 50万地质 图数据以及由中国气象局官网获取的矿区降水量数 据。对矿区遥感影像进行解译， 获取植被覆盖度、 地 质灾害、 矿山开发情况等信息， 并根据解译结果进行 野外验证， 修正评价指标数据。 2矿区地质环境承载力评价 2. 1评价方法 地质环境系统是一个错综复杂的系统， 其内部 空间各种要素的能量分布、 组织形式、 相互作用共同 构成了地质环境系统结构。地质环境系统是时间与 空间的统一体， 因此地质环境系统结构可划分为时 间结构和空间结构。矿区地质环境承载力评价就是 对矿区地质环境时间结构与空间结构进行综合评 价。目前， 地质环境承载力评价方法主要有层次分 析法、 状态空间法、 综合评价法等。层次分析法是美 国学者萨蒂教授提出的一种应用于网络系统理论分 析和多目标综合评价的决策分析方法， 该方法将决 蒋仁伟等 基于GIS的白马红格矿区地质环境承载力研究2019年第5期 171 ChaoXing 策思维过程进行建模， 构建准则层、 要素层、 指标层3 级评价指标体系 ［4-5］， 能够将决策思维进行层次化、 数 量化与模型化表达， 以一定的数学方法进行定量分 析和决策 ［6-7］； 状态空间法评价结果能够较好地反映 区域地质环境承载力的空间状态和变化趋势， 但由 于评价因子过多， 计算处理复杂， 构建三维曲面模型 困难， 在矿区地质环境承载力研究方面应用较少 ［8-9］； 综合评价法具有较强的层次感， 能够处理较多的评 价因子， 数据运算极为便捷 ［10-12］。本研究考虑到矿区 复杂的地质环境， 将综合评价法与层次分析法相结 合， 对地质环境承载力进行定性与定量评价。 2. 2评价指标体系构建 通过分析已有的评价成果， 发现已有的研究多 从自然环境、 地质环境方面着重选取评价因子而很 少考虑到社会经济作用 ［13-16］。为此， 本研究综合选取 了自然地理、 社会经济、 矿山开发、 基础地质、 矿山环 境5个要素层指标共14个评价因子进行地质环境承 载力评价 ［17-19］， 构建了如图2所示的评价指标体系。 指标体系中， 为有效体现社会经济发展对矿区地质 环境承载力的影响， 增加了区域规划指标； 为充分反 映地质环境承载力的动态变化过程， 增加了恢复治 理指标。 2. 3评价单元选取与划分 评价单元一般有行政区单元、 网格单元、 斜坡单 元等， 本研究根据矿区特殊环境并参考已有成果， 选 择了更为合理与精确的网格评价单元 ［20］。对红格矿 区范围进行网格划分， 使得评价指标能够在网格单 元中进行综合叠加计算。考虑到矿区面积较大， 在 ArcGIS软件中划分出1 500 m 1 500 m的网格单元 较适宜， 区内共划分出1 117个网格评价单元。 2. 4评价指标分级 本研究根据 矿山地质环境调查评价规范 （DD 201405） 、 全国矿山地质环境调查技术要 求 等资料， 并结合已有的评价指标分级方法［20-21］ 对本研究构建的评价指标体系进行了分级， 结果如 表1所示。 2. 5评价因子权重确定 本研究借助YAAHP软件构建了白马红格矿区 地质环境承载力评价指标的层次模型， 并检验了判 断矩阵的一致性， 最终得到矿区评价指标的权重， 如 表2所示。 2. 6地质环境承载力评价结果 结合ArcGIS软件， 采用网格评价单元和综合权 重评价模型得到了矿区地质环境承载力的评价结 果。根据评价结果， 本研究将矿区划分为承载力优 等区、 承载力中等区和承载力差等区， 如图3所示。 金属矿山2019年第5期总第515期 172 ChaoXing 总体上， 矿区地质环境承载力优等区的评价分 值为 0～0.7， 面积为 1 583.37 km2， 占矿区总面积的 72； 地质环境承载力中等区的评价分值为0.7～1.2， 面积为536.48 km2， 占矿区总面积的24.4； 地质环境 承载力差等区的评价分值为 1.2～2.2， 面积为 79.25 km2， 占矿区总面积的3.6。 根据评价结果及野外地质调查情况， 将研究区 划分为A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H 8个重点区域进行分析， 其余众多小区域未单独分区。 （1） A区处于东区的朱家包包兰尖铁矿区， 该 区域分布有攀钢集团开采的钒钛磁铁矿山， 开采面 积较大， 开采历史悠久， 开采形成的废石山时常发生 地质灾害。该区周围形成了承载力中等区域， 区域 内分布有一些沙石开采企业。总体上， A区由朱家包 包兰尖铁矿区向外延伸地质环境承载力具有逐渐 变好的趋势。 （2） B区分布有攀枝花市红格温泉开发建设有限 公司开采的矿泉水资源， 属地下开采， 开发规模较 大， 对于地质环境承载力的影响较大， 该区周围分布 有数家砂石开采企业， 由于影响范围较小， 对于地质 环境承载力的影响较小。 （3） C区分布有盐边县得天矿业有限责任公司盐 边箐尾钒钛铁矿， 开采规模较大， 开采面积有逐渐增 大趋势， 在局部开采区地质环境承载力差。该区周 围分布有尾矿库， 由于中转场地和固体废弃物对土 地压占， 使得C区周边区域的地质环境承载力相对较 好。 （4） D区分布有攀枝花龙蟒矿产品有限公司红格 铁矿， 钒铁磁铁矿开采强度大， 开采面积大， 众多的 废石堆和中转场地对土地压占情况严重。 （5） E区分布有米易县垭口镇潘家田铁矿， 开采 面积大， 对矿区土地的损坏情况严重， 尾矿库和排土 场数量众多， 使得矿区承载力差等区面积较大， 中等 区面积有往外扩展的趋势。 （6） F区分布有米易县得石镇杉木洞耐火黏土 矿， 矿山开采范围较大， 但开采规模较小， 因此仅有 局部区域地质环境承载力差， 对于周围的影响范围 较小。 （7） G区分布有众多的小砖厂开采页岩矿， 开采 规模较小， 对于土地的压占和损坏较少， 加之开采活 动分布范围广， 从而出现了大范围承载力中等的区 域。 （8） H区周围有米易县白马铁矿、 米易县青杠坪 仰天窝铁矿、 攀枝花中禾矿业有限公司腾家梁子铁 矿等众多大中型矿山企业， 分布密集， 开采范围广， 开采强度大， 该区分布有众多的排土场、 尾矿库， 地 质灾害频发， 造成地质环境承载力差的区域连接成 片且向外影响的地质环境承载力中等区范围较大。 根据上述分析可知 A、 H、 D、 E、 F 5个区域的地 质环境承载力差， 矿区开采呈现过载状态， 亟需进行 生态修复治理， B、 C、 G区处于适度开采状态， 但有向 蒋仁伟等 基于GIS的白马红格矿区地质环境承载力研究2019年第5期 173 ChaoXing 过载状态转移的趋势， 也需矿山企业给予重视， 适当 控制开采规模， 并注重生态环境保护。 3矿区地质环境治理 通过对红格矿区地质环境承载力进行评价， 将 该区划分为地质承载力优等区、 中等区和差等区， 将 地质环境承载力差等区作为生态环境治理的重点区 域， 并开展了具体的治理工作。 3. 1矿区周边环境优化 矿区内的自然保护区涉及攀枝花市苏铁自然保护 区， 对自然保护区周边矿区的地质环境进行了治理， 将 开采边坡进行修整并植树种草 （图4 ） ， 减少周边矿山压 占损毁土地， 对占损土地进行复垦， 矿区周边不再增设 矿权， 严厉打击违法开采行为， 截至2016年底， 恢复治理 面积达到69.18hm2， 切实维护了矿区周边地质环境。 3. 2生态修复工程建设 针对矿区内地质环境承载力差的区域， 大力开 展了包括废弃采场植树种草、 排土场修复、 塌陷坑生 态复垦、 矿山地质灾害治理等在内的生态修复工程， 取得了一定的成效， 如图5所示。 3. 3建设绿色矿山 针对区内地质环境承载力薄弱的问题， 相关矿 山企业开展了绿色矿山建设， 科学合理地规划矿产 资源开发和生产工作， 充分利用粗细粒分别选钛 技术和粗细粒原浆自流管道输送技术提高生产效 率， 减少污染物排放， 实现清洁生产， 显著提高了该 区域的地质环境承载力， 如表3所示。 4结论 （1） 根据白马红格矿区独特的自然地质环境、 社 会经济状况、 矿业活动情况， 选取了5个要素层共14 个指标因子， 构建了矿区地质环境承载力评价指标 体系。根据地质环境承载力评价结果， 将矿区划分 为承载力优等区、 中等区和差等区。总体上， 矿区地 质环境承载力较好， 地质环境承载力优等区面积为 金属矿山2019年第5期总第515期 174 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ ［12］ ［13］ ［14］ 1 583.37 km2， 占矿区总面积的72； 差等区面积仅有 79.25 km2， 占矿区总面积的3.6， 分析结果与矿区实 地调查情况较吻合。 （2） 针对矿区地质环境承载力差等区， 采取了优 化矿区周边环境、 开展生态修复工程、 建设绿色矿山 等生态环境恢复治理措施， 取得了一定的成效。由 于矿区相当一部分中小型矿山企业所处区域地质环 境承载力较差， 仍需进一步推进生态修复治理工程， 实现矿区可持续发展。 参 考 文 献 补建伟， 孙自永， 周爱国， 等.我国矿山地质环境承载力研究现状 ［J］ .中国矿业， 2016， 25 （1） 61-68. 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