南方稀土矿区开采与环境影响遥感监测与评估研究

发布时间：2020-09-11 10:52

　　稀土被广泛应用于国民经济生产的各个领域,是涉及到国家安全的战略资源和高科技材料,其中,南方离子型稀土资源为我国所独有。然而,由于其矿点大多位于偏远山区,山高林密、矿区分散、矿点众多,导致监测成本高、难度大,非法开采屡禁不止。无序粗放的资源开发方式不仅带来资源的浪费,而且带来一系列的生态环境问题,如大面积土地损毁、植被破坏、水土流失等。本文在此背景下选题,从离子稀土不同的开采工艺所带来的环境问题着手,以定南县岭北稀土矿区为例,结合矿区特点,研究建立了适合稀土矿区的多时相遥感土地利用、植被覆盖、土壤侵蚀、地表扰动等问题的遥感监测与评估方法;并分析矿区不同开采模式下的环境演变规律,为矿区环境的恢复治理提供理论依据,从而为推动稀土矿区生态环境向绿色可持续方向发展提供支持。第一章,阐述了论文的选题背景、意义、研究内容等。首先,从南方离子型稀土开采的现实情况,指出了矿区存在的主要问题为稀土长期无序开采所带来的一系列生态环境问题,阐明论文研究的背景及意义;针对存在的问题,总结归纳国内外相关成果,指出南方稀土矿区由于本身位于红壤丘陵生态脆弱区,另外由于其特殊的成矿环境和开采方式,缺乏有效的针对稀土矿区特点的完善的矿区环境遥感监测与评估方法,从而导出本文研究内容、研究方法及技术路线。第二章,从不同稀土开采工艺对矿区土地利用的影响着手,采用24年的多时相Landsat TM及HJ卫星CCD影像为数据源,对稀土矿区的土地利用变化进行监测和分析。首先,采用分形纹理辅助分类方法对分类后比较法进行改进,构建了可分离指数、J-M距离两种分形窗口和波段选择模型,并比较了其在稀土矿区的适用性,为TM和CCD影像在稀土矿区使用分形纹理辅助分类提供了定量方法。然后,使用该方法对矿区土地利用变化进行监测分析,结果表明随着稀土开采规模的不断扩大,矿区荒漠化日趋严重,并呈现集中连片的趋势,治理难度加大,局部矿区生态环境持续恶化,需要引起关注。原地浸矿工艺的推广和矿区复垦工作的进行,一定程度上减缓了矿区荒漠化趋势;稀土矿点周围植被出现退化现象,可能是稀土开采产生的水土污染对植被生长造成了影响。第三章,采用Landsat系列数据和Pleiades高分影像作为数据源,研究矿区植被覆盖度提取方法,并以此为基础,研究矿区植被覆盖时空分布特征及植被覆盖的景观格局演变规律。结果表明:线性光谱混合模型由于考虑了矿区特有的裸露尾砂地的光谱特征,更适宜稀土矿区植被覆盖度的提取;尽管植被覆盖低于30%的低植被覆盖区域所占比例不高,但集中连片趋势非常明显,主要为池浸/堆浸稀土开采工艺遗留下来的裸露地表,生态问题依然严重;植被退化主要为稀土开采导致的局部区域退化,尽管原地浸矿工艺一定程度上减少了对植被的破坏,但由于浸矿液体不可避免的泄漏,可能会导致更大范围的植被退化,有潜在的生态风险;在矿区总体生态环境不断改善的前提下,低植被覆盖区域集中在矿点及矿点周边,不同等级植被覆盖空间分布上随稀土开采工艺改进和矿区复垦政策的推行而发生分布模式变化,一定程度上体现了稀土开采工艺对矿点周边区域植被覆盖空间分布格局的影响。第四章,采用RS、GIS及RULSE模型,开展矿区土壤侵蚀定量评估及不同开采模式下的时空演变分析。结果表明:1990、1999、2008、2013年四个年份土壤侵蚀面积占整个矿区面积分别为22.04%、11.60%、7.74%、12.62%,总体侵蚀状况不太严重,但剧烈侵蚀面积较大,是矿区水土流失的主要来源;自1999年后,矿区土壤侵蚀状况向两级化方向发展,池浸/堆浸工艺将植被茂密的山地变成裸露地表,直接改变了矿区的土地利用方式及植被覆盖状况,一定程度上造成矿区地表侵蚀急剧变化;矿点裸露地表区是矿区土壤侵蚀最为严重的区域,在矿区总体侵蚀情况趋向好转的情况下,随着矿点规模持续扩大,矿点裸露地表区的土壤侵蚀有加剧趋势。第五章,通过对矿区地表温度进行反演,并与其时相接近的高分影像进行对比分析,构建温度分异系数来探索矿区不同地表扰动下的温度分异规律,据此,对岭北矿区2000-2014年的14年间扰动进行分析。结果表明:温度分异系数在稀土矿区能够较好地和地表扰动级别对应,作为矿区生态扰动的指示因子,有比NDVI更佳的性能;2000-2014年的数据分析结果验证了稀土开采所导致的地表扰动对矿区产生明显的温度分异效应;重度和较重温度分异区域在空间分布上与矿点位置具有高度相关性。矿区较重和中度温度分异区域的分布则是以重度温度分异区域为中心,呈点状扩散,矿区生态恶化在空间上是一个渐变过程。“原地浸矿工艺”在一定程度上扩大了矿区生态环境恶化的范围。第六章,总结了文章主要研究重点及主要结论,阐明文章的创新点,并对以后将要开展的工作进行展望。
【学位单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X87;X82

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