基于RSEI的芦沟矿区生态环境质量动态评价

基于 RSEI的芦沟矿区生态环境质量动态评价

葛立雯

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000

摘要：本研究基于遥感影像分析了2010-2020年间芦沟矿区的生态环境质量时空变化特征和驱动因素。结果表明：RSEI模型可以较好地监测和评价矿区的生态质量状况；10年间矿区RSEI指标下降了0.11；总体由“良-优”转为“中-良” 状态；矿区生态环境质量退化严重区域为居住聚集区和煤矿地上生产区。

关键词：生态环境、煤矿区、遥感生态指数

矿产开发拉动经济增长也造成了一系列生态环境问题^[1]，对该区域生态质量的监测和分析是人与自然和谐发展的必然要求^[2]。在2006年国家提出的EI指数基础上，徐涵秋^[3]采用PCA法集成绿、湿、干、热4指标合成了遥感综合生态指数（RSEI），该指数具有人为干扰小、结果客观性强的优点^[4]，利用该指数分析芦沟矿区生态环境，可为该矿的环境治理、复垦工作提供数据基础和科学依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

芦沟煤矿位于河南省新密市境内的新密煤田东部， 113°28′～113°32′N、34°32′～34°33′E之间，东西长360～3490m，南北宽280～3120m，矿区面积为6.8778km^2，属暖温带大陆性季风气候，地表水体主要有溱水河和五星水库，区域内耕作历史悠久，耕占地50%以上。

1.2 数据来源

选用2010年和2020年5月两期云量分别为0%和6.12%的landsat卫星遥感影像（行列号124、36，美国USGS） 为数据源。预处理主要采用ENVI5.3对影像进行辐射校正、大气校正、影像配准和裁剪等。

2 研究方法

2.1 RESI模型综合指标构建

由于RESI模型易受水体影响，建模时采用NDWI指数现将研究区内大型水体五星水库提取去除。标准化各指数后进行PCA分析，得到的第一主成分即为RSEI初始状态值，归一化处理后其值越接近1，则生态质量越好。进一步将各年份的RSEI以0.2的间隔分为差、较差、中等、良和优5个等级进行评价。

2.2各指数获取

（1）绿度：采用能够反映植物生物量、叶面积指数以及植被覆盖度信息的归一化植被指数（NDVI）。（2）湿度：采用对土壤和植被的湿度有较好反映的经缨帽变换的湿度分量（Wet）来代表。（3）干度：综合裸土（SI）和建设用地（IBI）等不透水面指数得到。（4）热度：现采用大气校正法反演地表温度做为热度指标。

3 结果与分析

3.1矿区生态环境质量动态分析

2010年和2020年的PC1贡献率为74.77%和71.16%，说明PC1集中了4个指数中的大部分信息。2010年RSEI均值为0.65，2020年RSEI均值为0.54，略有下降。参照以往研究，将区域内RSEI值以0.2为距离分为“差、较差、中、良、优”5个等级并统计面积（表1）：芦沟矿区的生态环境质量在2010年以“良”（35.04%）和“优”（31.22%）为主，至2020年，降低至“中”（38.32%）和“良”（31.24%）为主。

将级差同样定为0.2以分析10年间变化情况，将上升的列为改善，下降的列为退化，共检测到以下8种变化，结果显示，无完全不变区域，也无最好的生态质量变为最差的或最差的变为最好的区域，以退化为主，占69.74%（表2）。

表1 芦沟矿区RSEI各级统计表

表2芦沟矿区生态变化统计表

3.2矿区生态环境质量空间分析

下图1中a和b分别为2010、2020年的生态质量分级图，c为10年间具体变化位置和量级图。由图可见，随着近些年灌溉条件的改善，水库周边的绿度指与湿度指数均有所上升，生态质量亦有所改善。生态退化较重部位为：1、矿区东部的苇园新村处，2、矿区中部岳村镇所在地附近，3、矿区西北部工业场地和矸石山所在处。经调查，苇园新村为搬迁集中安置新居民区，镇区随经济发展在不断扩张，此两处生态质量下降主要是受密集的人员活动影响；西北部的工业场地和矸石山区域生态质量下降主要是随着煤矿的生产，掘进矸石积累逐渐增多，场地内建、构筑物也随之增加。

（a） （b） （c）

图1 2010、2020年芦沟矿区生态环境质量及变化图

4 结论

（1）2010-2020年，芦沟矿区生态环境质量指数（RSEI）由0.65降至0.54，全区域整体下降，由“良-优”转变为“中-良”状态。10年间共发现8种变化类型，总体上生态改善面积小于生态退化面积。

（2）生态环境改善和退化的空间分布上，五星水库周边随着灌溉条件的改善，区域生态质量有明显。随着社会经济的发展，人员居住和建筑物扩张越来越多的镇区等处以及井工矿地上工业场地、矸石等固体废弃物堆置场等处是生态环境退化程度和面积较重区域。

参考文献

[1]胡振琪，龙精华，王新静.论煤矿区生态环境的自修复、自然修复和人工修复[J].煤炭学报，2014,39(8):1751-1757.

[2]徐占军，侯湖平，张绍良等. 采矿活动和气候变化对煤矿区生态环境损失的影响[J].农业工程学报，2010,28(5):232-240.

[3]徐涵秋.区域生态环境变化的遥感评价指数[J].中国环境科学，2013,33(5):889-897.

[4]叶伸，白洪伟.基于RS和GIS的宿州市祁东矿区生态环境评价[J].河北北方学院学报（自然科学版），2016,32(9):42-46.