弓晓飞

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450001）

1 引言

矿山开采带来经济效益和地区发展等红利的同时，伴随而来的矿山地质环境问题也不容忽视[1]。除引发地质灾害，带来水土环境污染，破坏地表植被和自然景观等，也会造成土地资源破坏，使土地功能减退甚至丧失[2]。因此采用现场调查、测绘等技术手段，监测矿山开采中的土地损毁情况，及时采取措施对已损毁土地进行复垦，防止水土流失、土地功能持续减退，对于节约矿山成本和矿区土地的可持续利用有重要意义。

获得矿山土地损毁评估所需基础数据的传统方法多采用人工现场测量、遥感数据采集等。李晶等[3]利用1986 年～2017 年27 期Landsat 多光谱遥感影像，以胜利矿区为例，基于归一化植被指数NDVI 的长时间序列轨迹变化特征，获得矿区开采扰动和土地损毁信息；程素珍等[4]以山东省济南市钢城区某矿山为研究对象，采取现场调查、测绘及物探勘查等手段，查清了废弃矿山环境现状及土地资源损毁情况。相较于传统的测绘方式，无人机测绘技术具有成本低、灵活简便、采集信息丰富、效率高等优点[5]，在小范围和飞行困难地区快速获取高分辨率影像方面具有明显优势[6]，无人机测绘技术已广泛应用于建设工程、地质灾害、空间规划、国土监察等方面，尤其适合矿山土地损毁监测、矿山土地复垦和地质环境治理等工作区域较小、具有重复性的工作[7,8]。

本文以荥阳市某黄铁矿为例，利用无人机测绘技术取得矿区影像，将所得影像进行校正处理，并与矿区土地利用现状图叠加分析，进而进行矿山土地损毁面积计算和损毁程度分析，为矿山土地复垦和生态修复提供可靠依据。

2 矿山概况

该矿山位于荥阳市刘河镇、崔庙镇交界处，隶属刘河镇辖区。矿山为已建矿山，批准开采硫铁矿，主要采用露天开采方式，目前形成五处露天采坑。矿区地貌类型属黄土丘陵与基岩丘陵过渡带，主要丘陵和沟谷呈南北向展布，地势南北高、中间低，矿区北部的大山岭为区内最高山头，标高299.59m，最低标高为207m，相对高差30 ～92.59m。区内微地貌形态主要有陡坡、缓坡、平地和冲沟。矿区内无常年性河流，沟谷中仅在雨季有短暂流水，属淮河水系。在矿区中北部有任洼水库，属于季节性水库，无拦水坝、泄洪坝等水利设施。区内植物资源贫乏，常见的木本植物资源多为人工栽培，主要有阔叶落叶用材、果树以及各种农作物，还成点、片生长着乔木科、菊科、豆科等早生草本植物。矿区内大面积新生界覆盖，基岩露头零星分布。矿区及周边人类生产活动以农业为主，种植小麦、玉米、豆类等；经济作物以棉花、油料、蔬菜为主；矿产资源较为丰富，以煤、铝、硫铁矿为主。

3 数据获取

采用无人机航测技术采集工作区地形数据。测区包括矿区及周边区域，面积约2.5km2。无人机飞行高度小于1000m，属于开放的低空空域，附近没有军事区域，无民用机场，不在机场空域、民航航路上，飞行空域情况良好。本次工作采用eBee Plus 无人机采集基础地形数据，此款无人机重量轻、高耐用、自身携带的相机功能广，可实现从起飞到着陆以及飞行期间图像获取的全自动操作。无人机具体参数如表1 所示。

表1 无人机具体参数

本次工作所获取影像为可进行立体测量的真彩色数字影像。根据摄影测量规范，结合测区地形条件，测图等高距，考虑基高比、成本、效率、效果等因素，确定地面分辨率为6cm，影像数据满足1∶1000 成图精度要求。投影方式采用高斯-克吕格3°带投影，平面坐标采用西安80 坐标系，高程基准采用1985 国家高程基准，基本等高距1m。工作流程和内容包括技术资料收集和现场踏勘，确定航摄方案、航摄任务实施、飞行质量检查、成果质量检查以及内业处理等，质量控制贯穿工作全过程，保证数据及成果满足工作精度和质量要求。工作区影像（局部）如图1 所示。

图1 工作区影像（局部）

4 土地损毁现状分析

4.1 土地损毁分析技术方法

从处理后的影像中圈画出损毁区域边界，在同一坐标系统下（西安80 坐标系），利用MapGIS 平台，将损毁区域边界与土地利用现状图（第二次全国土地调查数据，2018 年9 月）进行套合，利用MapGIS 平台的拓扑重建功能，对损毁边界内不同地类分别创建区图斑，统计各个地类图斑的面积，从而确定矿山已损毁土地的位置、范围、损毁区域内不同利用类型土地的面积。技术方法路线及分析过程如图2、图3 所示。

图2 技术方法路线

图3 分析过程示意图

4.2 损毁面积分析

目前对矿山地面已造成损毁的主要有办公生活区和老采坑一、二、三、四、五已挖损损毁地块。

办公生活区位于矿区范围外，老采坑二北部，申庄村西北部，占地面积0.25hm2，主要为生活及办公设施，包括食堂、厕所、办公楼等。

目前矿山由于开采活动已形成五个露天采坑，老采坑一位于矿区西部，采坑长485m，宽200m，深10m ～40m，损毁面积为6.95hm2；老采坑二位于矿区西部，采坑长150m，宽125m，深15m，损毁面积为1.80hm2；老采坑三位于矿区中部，采坑长670m，宽400m，深约20m，损毁面积为22.55hm2；老采坑四位于矿区东南部，采坑长630m，宽150m，深约15m，损毁面积为7.68hm2；老采坑五位于矿区南部，采坑长100m，宽50m，深约25m，损毁面积为0.70hm2。

4.3 损毁程度分析

针对项目不同损毁类型的特点，选取不同的评价因子，根据已损毁土地情况对评价因子综合分析，最终得出结果。本矿山土地已损毁方式为挖损和压占，通过现场调查，并结合矿山相关资料对各损毁类型的损毁程度进行分析预测。确定损毁程度选用极限条件法，某一单元的最终质量取决于条件最差的因子质量。

4.3.1 损毁等级标准

挖损损毁程度主要与地表地形改变、积水情况有关。而地表变形又跟挖损深度、挖损面积和挖损坡度有关。通过现场调查，并结合周边相关类型矿山进行类比以及对挖损资料的分析，确定挖损损毁程度评价因子及等级标准，如表2 所示。

表2 挖损土地损毁程度评价因素及等级标准

压占损毁程度主要取决于地表变形和压占物性状两方面，其损毁程度评价因子及等级标准如表3 所示。

表3 压占土地损毁程度评价因素及等级标准

4.3.2 损毁程度分析

从测绘成果数据中获取不同损毁单元所需的评价因子数据，如损毁面积、挖掘深度、采坑边坡坡度、堆积高度等信息，结合现场调查数据，与损毁程度等级标准进行对比分析，对不同损毁单元的损毁程度进行分析评价，如表4、表5 所示。

表4 矿区挖损已损毁土地损毁程度分析

表5 矿区压占已损毁土地损毁程度分析

4.4 已损毁土地情况汇总

综上分析，矿山已损毁土地面积39.93hm2，损毁类型为压占和挖损，其中挖损损毁面积39.68hm2，压占损毁面积0.25hm2，损毁程度均为重度，根据土地利用现状图，已损毁土地类型为旱地、有林地、其他林地、其他草地、设施农业用地、城市、村庄、采矿用地，如表6 所示。

表6 现状土地损毁及复垦情况

5 结语

将无人机测绘技术应用于荥阳市某黄铁矿矿山土地复垦中，相较于传统测绘方式，灵活简便，效率高，成本低，精度满足工作要求。结合现场调查和土地利用现状图叠加分析，获得该矿山的土地损毁现状成果数据：矿山已损毁土地面积39.93hm2，损毁类型为压占和挖损，损毁程度均为重度，已损毁土地类型为旱地、有林地、其他林地、其他草地、设施农业用地、城市、村庄、采矿用地，为矿山土地复垦和生态修复提供可靠依据。