“天地一体化”技术在尾矿库环境监管中的应用

“天地一体化”技术在尾矿库环境监管中的应用环境保护部卫星环境应用中心肖如林二零一三年五月七日2of48报告提纲概述总结与展望“天地一体化”技术在尾矿库环境监管中的应用3of48报告提纲概述总结与展望“天地一体化”技术在尾矿库环境监管中的应用4of481.1尾矿库定义尾矿库是筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属、非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿、湿法冶炼过程中产生的废物或其他工业废渣的场所。尾矿库是矿山生产重要的组成部分。高空相片卫星影像5of481.2尾矿库特性（1）表现形式上的特殊性矿种、规模、库型、筑坝、排尾、防洪、回水、安全度等别等多方面表现出多样性、差异性的特点。（2）环境危害物质存在形式上的特殊性：微量、混合式存在（3）隐患方面的特殊性：较高的安全隐患较高的环境风险1）大规模人为改造地形的人工构筑物；2）人造“泥石流”灾害源；美国克拉克大学公害评定小组的研究表明,尾矿库事故的危害,在世界93种事故、公害的隐患中,名列第18位，它仅次于核爆炸、神经毒气、核幅射等灾害,比航空失事、火灾等其他60种灾害严重。（4）分布上的特殊性1）偏远山区，不易监管；2）常位于环境敏感和脆弱区或水气生态涵养区。（5）运营模式上的特殊性：高投入、非盈利性，受青睐和重视程度低6of481.3现状数量多：1.12万座矿山尾矿库（国家安监总局，2010）规模小：小型尾矿库占尾矿库总数的94%（国家安监总局，2010）危害大：多含重金属、氰化物等有毒有害物质事故多：2010年8月，甘肃特大强降雨造成9座尾矿库决口、10座尾矿库漫坝、112座尾矿库遇险。浙江紫金矿业尾矿库事故匈牙利铝水事故7of48尾矿库环境安全隐患排查表缺少具体的空间位置！仅仅简单的记录是否敏感点，敏感点的位置、类型、规模/等级，距离，方位等关键信息缺失！重大隐患的划分缺乏明确、科学、合理的指标和方法体系！（1）是否存在漏报、瞒报、虚报的情况？（2）数据的质量如何？是否反映实际情况？（3）信息是否丰富？？1.3现状8of48尾矿库环境应急预案示例预案的大众化，未结合尾矿库地理环境等实际情况，因地制宜的制定相应应急预案，针对性差。比如在何处应该设置拦截吸附坝，何处降解池、保护、转移区域等的范围！1.3现状9of48尾矿库环境应急工作面临严峻形势基础信息信息和技术支持严重缺乏:主要依靠地面调查(1)尾矿库企业管理粗放；(2)环境风险隐患十分突出：(3)尾矿库突发环境事件高发；(4)对尾矿库环境应急管理工作的认识不到位；(5)尾矿库环境应急管理体系亟待完善。(0)基础摸底：尾矿库基础底数、风险隐患状况、环境敏感点情况等的信息的收集、核查及动态管理；(1)事前预防：分级分类管理，应急预案编制，物质储备、防控措施设等；(2)应急准备：事故的预测分析，事故调查、监测、处置等应急方案的制定与启动；(3)应急响应：事故动态发展状况，污染防控与处置，目标保护及转移等；(4)事后管理：事故成因追踪，环境影响及危害评估，治理及恢复等。1.3现状10of48天地一体化实现优势互补天地协同动态监测与评价分析服务当前尾矿库环境监管需要全面、快速掌握尾矿库类型、空间分布、堆存与管理状况、周边环境敏感点等尾矿库环境风险基础信息；实现对尾矿库环境风险等情况的动态监测与评价分析。环境监管遥感技术的优势：相对于传统的地面调查与监测方法具有探测范围大、受地面限制少、客观、快速、高效、低成本等优势。1.4问题的提出11of48报告提纲概述总结与展望“天地一体化”技术在尾矿库环境监管中的应用12of482.1工作流程与技术路线基础建设识别技术研究监测指标研究监测方法研究评价分析方法需求调研监测指标体系研究尾矿库的认识尾矿库环境环境风险系统的认识资料与数据收集整理多源遥感数据基础地理数据地面调查与统计数据典型地物光谱数据其他辅助数据遥感识别周边敏感对象及保护目标识别尾矿库识别遥感解译标志库构建规则集构建信息提取尾矿库固体废物类型、固体废物堆放场的位置、范围、面积、库型等信息的提取周边环境环境敏感目标类型、相对尾矿库方向、距离等信息的提取RS/GIS综合操作分析地面验证综合分析风险分析动态变化分析13of48野外光谱2.2光谱库建设1、光谱库采集样品类型：磷石膏、锰渣、粉煤灰、煤矸石、煤渣等样本点分布：贵州、内蒙；采集的数据据：野外测量光谱+配套参数、实验室光谱、实验室成分测量、像元光谱。磷石膏实验室光谱像元光谱（HJ星）14of482.2光谱库建设2、光谱库建设15of48原土地利用类型裸库区及配套设施的逐步建设施工建设新的土地利用类型（工矿用地-尾矿库）建成运行中的尾矿库运行闭库与生态恢复中的尾矿库闭库与生态修复完全闭库的尾矿库完成一般为位于山谷区的植被或耕地覆盖类型坝体、库区、进出尾矿库道路等尾矿库设施逐步建成相对成型的尾矿库系统坝体的逐步提高、边坡绿化，库区堆渣区面积的逐步增大，库区湿滩（湿法）的周期变化等。坝体的处置、尾矿库的停止扩张、覆土及植被恢复面积的增加，裸露堆渣面积的减少。尾矿库的相对稳定，主要变化为植被的年纪周期变化。建设前建设中运行中闭库中闭库后2.3解译标志库尾矿库一般的发展变化规律16of482.3解译标志库尾矿库类型排渣方式形状、大小光谱纹理空间分布规律时间变化规律磷石膏尾矿库湿法形状相对比较规则：如果有坝体则表现出坝体比较直；如果没有坝体，则形状圆滑。大小在通常在50~1000米之间；而且湿法排渣尾矿库相对较大，有坝体；干法排渣相对小，且坝体不明显。干滩部分呈亮白色，湿滩部分呈蓝黑色。干滩、积液区各自均叫均一通常位于山谷中，开口的一侧有坝体；距离采矿区或者化工厂不远，而且有道路（管理人员进出以及运输渣料）通往尾矿库；通畅远离大型居民地及水系等。尾矿库坝口下游位置一般都有较规则的收集渗漏水蓄水池。对于湿法排渣，通常会有由厂区至库区的排查管道，管道表现为比较平直。（1）时间上存在建设前、运行服役中，闭库处置后的一个大生命周期过程（2）在运行服役阶段，随着堆积尾矿的增加，总体上呈现坝体增高，面积增大的趋势。干法亮白色由于高低起伏不平，相对不均一遥感解译标志库（磷石膏、锰渣、粉煤灰尾矿库及煤矸石堆场）17of482.3解译标志库高分辨率多光谱融合影像（GeoEye）中高分辨率多光谱融合影像(Alos)中分辨率多光谱影像（Aster可见光）中分辨率多光谱影像（Aster短波红外）中分辨率多光谱影像（HJ-1）遥感解译标志库（磷石膏、锰渣、粉煤灰尾矿库及煤矸石堆场）18of482.4识别技术方法半自动的识别技术方法（磷石膏、锰渣、粉煤灰尾矿库及煤矸石堆场）磷石膏总体识别技术方法与流程19of482.4识别技术方法1、选取样本点，根据样本点光谱曲线，进行特征分析。V1=0.908x1+0.995x2-0.877x3V2=0.959x4+0.988x5+0.970x6+0.957x7+0.993x8+0.975x9V3=0.457x10+0.714x11+0.740x12+0.046x13+0.585x142、多尺度分割20of483、分割后对象的统计分析：散点图不同类型样本散点图从图中可知：V1磷石膏＞0.19；0.06＞V1植被＞-0.06；0.08＞V1裸地＞0.05；0.12＞V1水体＞0.09；0.13＞V1人工表面（工厂、居民地）＞0.09。因此，可选择可见光近红外波段对磷石膏进行识别。2.4识别技术方法21of48目标自动识别结果4、基于特征值表达式及磷石膏特征值阈值，建立规则集。5、基于HJ星数据，利用V1特征，采用面向对象识别技术，对磷石膏（或磷矿尾矿）进行识别。6、手动辅助修正。2.4识别技术方法22of48上游汇水区面积平均坡度植被覆盖率汇流比库区面积坝长边界路径坝高固废类型库式周长容量位置/边界下游风险区平均坡度曲折度到受纳水体距离土地利用NDVI类型规模等级相对尾矿库距离相对尾矿库方向位置/边界尾矿库环境风险监测指标体系事故流径敏感对象周边背景环境干滩比2.5信息监测尾矿库环境风险基础信息监测指标体系23of48信息提取（样例）2.5信息监测24of48内部细节监测（样例）2.5信息监测25of482.5综合分析与应用1、遥感核查与隐患排查26of482、尾矿库生命周期的全过程监测2.5综合分析与应用20052010201227of48尾矿库动态扩张监测a）20020704(面积192755.2平方米)b）2005年前后(面积433512.6平方米)c）2009-11-23(面积786528.7平方米)2.5综合分析与应用3、尾矿库面积、干湿滩的动态监测28of482.5综合分析与应用4、生态恢复监测29of48崇礼紫金矿业有限公司金矿尾矿库遥感监测5、尾矿库整治工作开展情况监测（纵向对比分析）2.5综合分析与应用30of48(b)贵阳中铝尾矿库(a)福泉瓮福肥业宏福尾矿库6、尾矿库整治工作开展情况监测（横向对比分析）2.5综合分析与应用31of48污水泄漏后的流向分析（河北矾山磷矿尾矿库）尾矿库溃坝后的尾矿砂淹没范围分析（贵州福泉市瓮福肥业宏福磷石膏尾矿库）7、事故影像范围预测分析2.5综合分析与应用32of48初步的评价指标体系（定量评价）评价结果8、风险评价与分级2.5综合分析与应用33of48环境保护环评情况排污申报情况安全生产许可证安全生产风险源(环境危害性)所涉风险物质规模等别风险受体（周边环境敏感与脆弱性）环境敏感对象及保护目标类型规模等级距离控制机制（可靠性）尾矿库环境风险分类分级评价指标体系跨界情况类型距离自然灾害是否处于易灾区运行状态排污达标情况防渗漏情况安全等级堆存方式三同时情况应急池建设情况清污分流情况三维立方体评价模型8、风险评价与分级2.5综合分析与应用评价指标体系34of489、规划2.5综合分析与应用水泉沟马丈子流域防控(截流断面)红河上虎村流域防控（滞污塘）35of4810、应急响应2.5综合分析与应用36of48报告提纲概述总结与展望“天地一体化”技术在尾矿库环境监管中的应用37of48（1）遥感手段为尾矿库风险检查工作提供有力技术保障。由于尾矿库数量和类型繁多，位置偏远，地方环保部门掌握信息难免缺失。在各省选择矿产资源较为丰富、尾矿库分布较多的地区，特别是重大环境风险隐患比较突出的地区或县，利用高分辨率卫星遥感数据和GIS技术手段，对尾矿库数量、分布及周围环境敏感目标进行核查，提高数据核查效率和准确性，并按需对地面调查进行补充。基于遥感可以从三个方面为尾矿库环境应急管理提供技术支持：辅助地面调查：构建尾矿库及其周边范围内的基础背景影像库，基于遥感地图可以快速地指引调查人员快速的对尾矿库进行定位及安排调查线路等；弥补地面调查的不足：比如尾矿库、敏感点的经纬度等信息的获取；对重点区域尾矿库数量、位置、面积、规模、类型、空间分布信息等进行核查；对尾矿库三同时执行情况、超量超期运行等违规、环境风险防范措施等进行核查；对重点尾矿库下游与周边环境敏感对象和保护目标进行核查。3.1总结38of48根据数据库建设要求，提供重点尾矿库及其周边区域的卫星影像、基础空间数据和环境敏感点图层；结合尾矿库检查工作成果，将尾矿库周边水环境、受纳水体路径、环境敏感点信息等在卫星影像和GIS图层进行图形化和文字标注，方便日常管理和应急处置；事中处置阶段，将实时获取的事故区域高分辨率卫星影像或航空遥感数据、地面监测数据等与已有数据资源整合分析，辅助应急指挥决策。（2）卫星遥感与GIS为尾矿库应急管理数据库建设提供全面数据支持（3）基于“天地一体化”的尾矿库风险评估为实现尾矿库动态管理提供全方位支持利用天-地一体化的立体监测技术，建立尾矿库环境风险动态监测与评估体系，实现尾矿库全方位动态监控和分级分类管理；利用天地一体化的立体监测技术，建立尾矿库突发环境事件的应急响应与快速监测系统，提高尾矿库环境应急处置能力。3.1总结39of48尾矿库遥感监测与风险评估存在的主要问题(1)遥感图像处理分析工作以人工目视为主，工作量较大：3.2