【摘 要】
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铅锌矿对人类的生产和发展有着极为重要的战略意义,目前在生态环境保护的大背景下,合理开发铅锌矿直接关乎矿区周边的生态环境。陕西省旬阳县红花坪铅锌矿区开采方式为地下开采,矿区内工程活动除开采活动外,主要是矿山基础建设（矿厂生活区、值班室、道路、堆渣场、炸药库等）,对矿洞及其周边区域开挖、堆渣等不但破坏了一些区域的原有植被,而且还在一定程度上造成了水土流失,甚至引起山体滑坡,带来一系列矿山生态问题、环境
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铅锌矿对人类的生产和发展有着极为重要的战略意义,目前在生态环境保护的大背景下,合理开发铅锌矿直接关乎矿区周边的生态环境。陕西省旬阳县红花坪铅锌矿区开采方式为地下开采,矿区内工程活动除开采活动外,主要是矿山基础建设（矿厂生活区、值班室、道路、堆渣场、炸药库等）,对矿洞及其周边区域开挖、堆渣等不但破坏了一些区域的原有植被,而且还在一定程度上造成了水土流失,甚至引起山体滑坡,带来一系列矿山生态问题、环境污染、地质灾害等隐患,在一定程度上影响了当地的生态环境和人居环境。除此之外,采矿和选矿活动对水体和土壤造成重金属污染的情况也不容忽视。因此,本文以陕西省旬阳县红花坪铅锌矿区为研究对象,基于近30年的Landsat系列中低分辨率影像和近10年的Geo Eye-1及谷歌卫星图等高分辨率影像,开展长时序的土地利用数量结构变化研究,分析土地利用/覆盖变化的情况,对开矿前后的矿石和铅锌重金属污染物进行蚀变信息提取和遥感反演,探究其污染范围和污染程度。本文利用Landsat遥感影像,基于像元的图像分类法采用了最大似然法、支持向量机法、神经网络法等三种监督分类器,针对最佳波段组合、主成分分量组合、衍生波段组合的土地利用状况进行提取并进行精度评价。结果表明,最佳波段组合和支持向量机法的解译精度最高,平均总体精度和平均Kappa系数分别为87.0545%和0.7886,可为土地利用/覆盖变化的提取提供相应数据。利用Arc GIS10.3对图像进行叠加分析,获得近30年的土地利用数量结构变化和土地转移矩阵数据。结果显示在1990-2005年15年间因矿区未建立和开采,当地的土地利用类型没有发生变化,生态环境和人居环境处于良好的平衡状态;在2005-2020年15年间,矿业的开采和发展破坏了一定数量的林地和耕地,在一定程度上破坏了当地的生态环境和人居环境。基于以上情况,利用Geo Eye-1和谷歌卫星图等影像,基于面向对象的图像分类法采用K最邻近分类法、随机森林分类法两种分类器以及图割算法对影像进行多尺度分割图像分类。精度评价表明,使用图割算法分割的图像采用随机森林分类法的分类效果更佳。基于Arc GIS10.3对图像进行叠加分析获得Geo Eye-1和谷歌卫星图等高分辨率影像近10年的土地利用数量结构变化和土地转移矩阵数据,分析近10年土地利用/覆盖变化的情况。结果显示,在2011-2020年近10年间因矿区的开采,其他用地（主要为裸土地）的面积增多,一定数量的耕地转为裸土地,表明矿业的发展在一定程度上破坏了耕地的种植环境,降低了耕地的使用率,破坏了当地的生态环境和人居环境,该研究结论与基于像元分类法的结果相吻合。基于Landsat影像对近10年研究区的矿物进行羟基矿化信息和铁染信息矿化提取。对每景影像选择合适的4个对矿化蚀变信息敏感的波段进行主成分变换,根据Crosta判定法则判断代表羟基基团和铁离子基团存在异常信息的主成分分量。对这些主分量进行主成分分析,研究红花坪铅锌矿区开矿前后矿物等所造成的污染范围和污染程度。结果表明,该区域近10年存在一定的重金属污染,其中红花坪铅锌矿区的开采使当地土壤中含羟基的矿物明显增加,说明采矿和选矿行为会影响矿区的生态环境。此外,据矿化信息分布图显示,大部分污染分布在道路和水系周边,这与矿物的运输、采矿污染物在河流的流向、风向等均有紧密联系。基于Landsat和Sentinel-2A影像使用BP神经网络算法对近10年研究区土壤中的铅锌重金属进行遥感反演,探究其污染范围和污染程度。结果表明,矿区开矿后,矿区及其附近约20 km范围内明显存在污染风险,且主要集中在道路两侧、耕地和水域。铅锌矿石污染物可随道路运输、风速风向、水流流向、污水灌溉等途径迁移,迁移最远可分布至40 km处。在矿业快速发展的时代中,建议尽可能地减少因人为活动而带来的土地利用损毁,并采取措施控制土壤重金属污染风险。
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