浅谈尾矿库环境应急监管

浅谈尾矿库环境应急监管

1地质环境风险监测尾部通常是在山谷口和平坦地形周围修建水库，并将废物从金属和非农业矿床收集到采矿后，处理、采矿和其他工业废物的仓库。分类f1f。我国是尾矿库大国,有尾矿库12655座,其中有4910座危库、险库和病库,占38.8%［２］。尾矿库不同于一般的环境风险源,成分复杂,其矿渣或尾矿水中通常含有很多有害元素,一旦流失,会对库区周围河流、农田等造成严重污染和破坏,对库区下游居民及各类生物造成危害;且多位于偏远山区,监管相对薄弱,事故易发。由于我国大多数尾矿库在进行库区选址时,受距离矿产资源的远近、地形因子以及其他因素的限制,一般很难避开生态敏感区或人口密集区,有的地处大江、大湖、重要水源地上游,有的地处生态保护区附近,有的地处重要交通道路设施沿线或邻近地区等。近年来,由尾矿库引起的突发环境事件频发,尾矿库环境应急管理工作形势十分严峻［３］,使其成为环境应急监管的重点。然而,当前在实际应用领域,我国环保部门对尾矿库的监管主要依靠地面调查统计,存在难度大、代价高、易形成监管盲区等问题,尚未形成基于遥感的尾矿库环境监管机制、技术体系和业务能力。在学术研究领域,利用遥感技术进行探矿、矿山环境调查和灾害监测、大宗工业固废堆放等方面则有较多成功的经验［４－８］。朱君星等［９］开展了3S应用于尾矿库安全监测方面的研究。刘文婷等［１０］采用TM影像,参考前人建立的水质遥感监测模型,对虎山矿区尾矿库的水体污染状况进行快速、高效的监测。赵永明［１１］开展了山西省塔儿山尾矿库的遥感监测研究与应用,提取出尾矿库的数量、面积、所属矿种、使用情况等信息,实现了在短时间内对大区域尾矿库的监测,省时省力。总体上看,这类专门针对尾矿库的遥感应用研究相对较少,尤其在环境风险监测方面。为此,本文以尾矿库为研究对象,面向环境应急管理的实际需求,探索了遥感在尾矿库环境风险监测中的能力,并以张家口为例开展了示范应用。2尾矿库环境风险监测遥感技术作为一项重要的数据获取方式,具有快速、大范围、连续动态、受地面条件限制小等优势,可以很好地弥补传统监测方法的不足,已成为环境保护的重要监测手段［１２－１５］。同时,尾矿库作为一种大规模人为改造地形与地貌的人工构筑物,其在形状、大小、内部结构、光谱、空间分布、时空上的生命周期变化等方面都有一定的特征,这些都为发挥遥感的作用和优势创造了有利条件。为此,利用遥感技术,采取如图1所示的尾矿库环境风险监测路线:首先进行遥感影像处理,在处理好的遥感影像上进行尾矿库的遥感识别,提取尾矿库分布;然后围绕尾矿库及周边区域,利用遥感和GIS进行综合分析,开展尾矿库环境风险信息监测分析。2.1尾矿库环境风险基础信息遥感影像预处理的目的是提高影像的质量,包括其定位精度及其空间与光谱分辨率,以便准确识别尾矿库,并精确地提取尾矿库的位置、面积等环境风险基础信息。遥感影像预处理主要包含3个内容:首先利用地面控制点进行几何精校正,然后基于地形数据对影像进行正射校正,此时影像便有较好的定位精度,之后通过全色与多光谱数据的融合,便可以保证遥感影像同时具有较高的空间分辨率和光谱分辨率。2.2尾矿库分布特征在处理好的遥感数据的基础上,利用面向对象的目标识别技术,首先对影像进行多尺度分割,然后通过建立规则集对尾矿库进行初始识别,排除大部分非尾矿库对象,大幅缩小识别工作范围,然后通过目视对剩余的小部分范围进行人工判读,识别出其中的各个尾矿库,形成尾矿库的分布数据集。2.3尾矿库风险评估针对识别出的各尾矿库,集成遥感与GIS综合分析工具,进行尾矿库环境风险遥感监测,主要包含3个内容。(1)尾矿库环境风险基础信息提取。尾矿库环境风险基础信息是环境应急管理的重要依据。面向尾矿库环境应急管理的实际需要,提出了如图2所示的尾矿库环境风险遥感监测指标体系。该指标体系,不仅从环境风险系统构成角度,考虑了风险源、风险受体、控制机制的关键风险要素信息;同时,还从尾矿库风险系统的地理空间角度,考虑了尾矿库上游区域、库区、下游区域及周边环境背景等多方面的指标。其中上游区域主要反映尾矿库上游汇水区内的状况对尾矿库安全的影响,包括上游汇水区的范围、面积、汇流比、平均坡度和植被覆盖率;尾矿库区域主要考虑尾矿库的范围、面积、周长、库容、坝长、坝高、库型、堆尾方式及干滩比等重要指标,下游区域主要考虑事故后污水流径及下游的环境敏感对象分布两个方面,周边背景信息包括周边土地利用类型和归一化植被指数,主要反映周边总体情况。(2)隐患排查与风险评估分析。风险排查是进行风险防范的关键一步。主要依托高分辨率遥感卫星影像,按照环境风险系统理论,对尾矿库内外进行全面、系统、细致的探测,排查隐患,分析其中可能存在的风险源、风险行为、风险传播链、风险场、风险受体、风险程度等风险要素情况。(3)尾矿库环境应急管理工作状况监测与评估。这主要依靠多时相的遥感数据动态对比分析,从相关变化中反映地方及企业在尾矿库环境应急管理方面所做的工作,并对其进行评估分析。3尾矿库基础防控设施不规范,且多期次及长期化治理的必要性分析张家口市地处河北省西北部,距北京市约180km,提供了北京市重要饮用水源官厅水库和密云水库入库补水量的85%和47%,同时也是北京市的重要“菜园子”,蔬菜供应量占北京市场的40%,地理位置十分敏感。张家口作为重要的矿产资源大市,尾矿库数量众多,据统计达580多家。为进一步掌握张家口市尾矿库环境风险状况,分析尾矿库环境应急管理现状,我们利用卫星与航空遥感手段对张家口市范围内的尾矿库空间分布、环境风险、应急管理等方面进行了监测与评估分析。如图3所示,对尾矿库密集区利用航空遥感发现,在120km２范围内,实际分布有尾矿库57座。而据2011年11月份的地面填报数据,该区域只有32家,且地面填报的尾矿库点位与实际位置平均有0.5km的偏差,数据质量较差。此外,通过遥感监测发现,其中仅有21座建立了渗滤液收集池(或事故应急池)等基础防控设施,且大多不规范。如图3(a)中的尾矿库事故应急池是尾矿库下游一个低洼的凹坑,在容量、安全性等方面并不规范。多数尾矿库并未建设渗滤液收集池(或事故应急池)等基础应急设施,污水直接进入下游的河沟(图3(b)),可能会对河流造成一定影响。崇礼紫金矿业尾矿库,是一个具有二等库规模并且涉及重金属的重点环境风险源,2009年4月25日曾发生尾矿库回水系统引发的泄漏事故,属于张家口市重点监管尾矿库。为此,重点针对该尾矿库进行了精细化、长期化的追踪遥感监测。如图4所示,基于高分辨率、现势的航空遥感影像数据、地形等多源数据,并综合利用遥感、GIS信息提取与分析工具,发现该尾矿库区域地形起伏较大,库区上游汇水区范围大(汇流比达10∶1),区内指标覆盖较好,未见有明显影响上游稳定性的人工活动;库区各类设施建设齐全规范,干滩比适中(干滩比约1∶4),下游西北方向约150m有西坪村,距离下游水泉沟仅有500m,并且该沟流向清水河;宣大公路位于库区下游600m附近,并且下游有大片耕地等其他敏感对象。同时,借助于多期历史数据的追踪对比分析发现:在有关部门督导下,企业采取了多项整治和防控措施,降低了环境风险(图5)。1对尾矿坝下方距离较近的西坪村中风险较大的几户居民进行了整体搬迁(图5(c)-Ⅰ);2针对原尾砂中氰化物超标的问题,为降低尾砂环境危害,对尾矿库进行“翻库”处理(图4(b)中橙色虚线椭圆区域);3通过建立回水系统、扩容事故应急池(图5(c)-Ⅳ),收集尾矿库澄清渗滤水回厂循环使用,实现了污水零排放,且坝体下游沟谷中未见明显污水渗漏或尾矿砂流失的痕迹,减轻了对周边环境的影响;4采用库外截洪沟的防洪方式(图5(b)中黑色虚线圈),将清净地表水通过截洪沟拦截分流,一方面降低了受洪水灾害引发的环境风险,另一方面实现了清污分流;5通过坝体平整和覆土处理(图5(c)-Ⅱ),增强坝体稳定性,防止尾矿砂流失。生态恢复可以改善尾矿库区域生态环境,恢复生态系统功能,同时还可有效防控尾矿的流失和扬散,起到稳固尾矿库、污染防控等多重作用。以遥感为手段,通过多期的历史对比分析,可对尾矿库建设前、使用过程中、闭库恢复处置后的状况进行全过程的追踪监控,可将尾矿库闭库恢复后与尾矿库建设前的周边地形、生态环境进行对比,评估尾矿库生态恢复与处置的效果。如图6所示,图6(a)为尾矿库建设前周边的地形、土地利用情况,图6(b)为生态恢复前的尾矿库,图6(c)为生态恢复处置过程中的覆土和平整,而图6(d)则为生态恢复后的植被以及新建的厂房。4尾矿库环境风险监测工作现状及建议本文针对尾矿这类特殊的对象,面向环境应急管理的需求,提出了基于遥感的尾矿库环境风险监测的指标体系和技术方法,并将其应用到张家口市,取得了较好的应用成效:对张家口市的尾矿库调查数据进行了有效的核查与补充,同时掌握了张家口市的环境风险及应急管理工作现状,对张家口及全国尾矿库的环境风险监测及环境应急管理工作具有较好的指导作用。但仍然存在以下3个主要问题:(1)当前技术方法工作量大,自动化程度低,难以满足大范围应用的需求,应该进一步开展尾矿库识别、风险信息提取、变化监测、环境风险评估与预测预警等尾矿库环境风险监测关键技术研究,构建先进、高效的尾矿库遥感监测及预警技术体系。