遙感在固廢污染溯源中的應用研究

周朝陽 胡永森 馮霞 夏建鋒

（1.江西省國防科技信息和衛星應用中心，江西南昌 330038；2.中國科學院空天信息創新研究院遙感科學國家重點實驗室，北京 100101）

0 引言

近年來部分煉油、化工、采礦等生產企業違法將產生的大量未經處理固體廢棄物排放至山溝、河流或挖坑掩埋，對周圍土壤和環境造成嚴重污染［1］。2014 年9 月，媒體曝光內蒙古自治區騰格里沙漠腹地部分地區出現巨型排污坑。2017 年4 月，華北地區出現規模達17 萬m2的大深坑。2018 年4 月17日，央視財經《經濟半小時》曝光了山西三維集團違規傾倒工業廢渣數十萬t，對沿途村莊百姓帶來巨大危害。在“綠水青山就是金山銀山”的生態發展理念指導下，我國各級政府對于固體廢棄物污染防治和環境保護工作的重視程度不斷提高。固體廢棄物傾倒具有隨機性和隱蔽性，監管難度較大［2］。目前，對于廢棄物的監測方法主要以地面調查與勘測為主，屬于點式監測，無法溯源監測［3］。隨著遙感技術的發展，影像時間分辨率、空間分辨率不斷提高，能夠實現周期性、重復性地對同一地區進行對地觀測，通過多時相歷史影像數據開展溯源監測，讓企業亂排現象無處遁形，為環保部門進行監測提供相關的技術支持［4］。

1 研究區域和方法

公開資料顯示，三維集團是一家生產聚乙烯醇、粘合劑、苯、焦炭等上百種化工產品的企業，生產過程中不可避免地會產生粉煤灰、電石渣等工業廢渣固體廢棄物。山西“三維污染”事件曝光后，本文搜集了事發地點（山西省臨汾市洪洞縣趙城鎮）周邊近10 年共計11 期的高分辨率衛星遙感影像，時間跨度從2008 年5 月到2018 年4 月?；谟跋裨紨祿M行預處理，制作了排污坑周邊區域正射影像。不同固體廢棄物在遙感影像上具有一些獨特的特征，根據這些特征開展解譯分析，通過目視解譯獲得固體廢棄物的排放區域、類別變化，還原整個排污過程始末。

圖1 研究技術流程

2 監測過程

2.1 排污事實確定

通過對排污坑周邊多期遙感影像的分析，發現整個排污歷史由2013 年4 月（圖2）之前延續到2018年4 月，時間跨度為5 年，傾倒面面積最大達到3.84萬m2。圖3 為2016 年3 月13 日高分二號遙感影像拍攝的事發地點情形，通過真彩色合成發現，現場有大量的黑色（粉煤灰、煤泥）以及灰色粗礫狀物質傾倒，排放面面積達到了1.64 萬平m2。

圖2 事發地點2013 年4 月27 日影像（數據源：DigitalGlobel，圈定范圍為疑似傾倒區域）

圖3 事發地點2016 年3 月13 日影像（數據源：高分二號，圈定范圍為疑似傾倒區域）

2.2 排污區變化分析

通過多期的遙感影像對比，2016 年10 月的影像顯示約有1.55 萬m2的固廢堆放區（圖4）。2017 年5 月（圖5），遙感影像判讀監測現場為大區域的裸露土地，2018 年4 月（圖6），裸露土地上新增部分水泥路面。通過對2017、2018 年2 期數據的進一步分析，存在2 處異常變化點：一是2017 年大坑面積較2016年外圍擴展了近1/4，大量的泥土被挖走；二是在2018 年水泥路的東南部邊緣發現了新的白色污染物體。綜合判斷2017 年的“裸露土地”為開挖周邊泥土對粉煤灰等黑色污染物掩埋的產物?，F場地質鉆探數據顯示從下到上土層依次為：原狀土—粉煤灰—雜填土—水泥，證明判斷準確。

圖4 2016 年10 月31 日拍攝的遙感影像（高分二號，圈定范圍為疑似傾倒區域）

圖5 2017 年05 月06 日拍攝的遙感影像（高分二號）

圖6 2018 年04 月01 日拍攝的遙感影像（高分二號，紫色框為水泥路）

2.3 固廢類別判斷

通過不同時期的遙感影像分析，發現該區域主要污染物有3 種，分別是粉煤灰、煤矸石、電石渣其紋理特征見表1。粉煤灰在遙感圖像上表現為灰色或者黑色，紋理細膩，多期數據分析可確定排放時間為2013 年4 月27 日前。煤矸石在真彩色上表現為黑灰色的、較煤堆亮度更高的圓形瓣狀圖斑，具有礫狀紋理，排放時間為2014 年6 月到2016 年3 月13日之間。電石渣在真彩色上表現為白灰色的物體，紋理細膩，排放時間為2017 年5 月到2018 年4 月1日之間。

表1 3 種污染物紋理特征

2.4 排污坑變化監測

多期遙感數據對比監測顯示2008 年這個地區為一閑置南高北低的未利用土地，2013 年4 月前被人為挖掘出2 個2 000 余平m2大坑，同時發現有約4 300 余m2的灰色物質傾倒，見圖7。2013 年10 月傾倒面面積為8 800 余m2，2014 年4 月5 日傾倒面面積為1.02 萬余m2，2016 年3 月傾倒面面積達到了1.64 萬m2，傾倒面面積到2018 年4 月達到頂峰，總面積為3.84 萬m2，較2013 年面積增加了9 倍。

圖7 2013 年4 月（黃框）傾倒面與2018 年4 月（紅框）對比

一方面傾倒面面積不斷增加，同時排污企業也在不遺余力地“向深部挖掘潛力”。通過對遙感影像的陰影分析，針對大坑邊緣陰影提取，計算陰影長度，結合太陽方位角、高度角以及衛星方位角、高度角等數據，計算得出大坑南緣相對于坑底的相對高度，估算得到大坑最深的地方超過70 m。

3 結論

電石渣、粉煤灰等固體污染物是第二次全國污染普查中工業類污染源的重點調查對象，造成污染的這類企業或者組織為了逃避監管，往往采取邊排邊埋的策略逃避監管，或者將廠房建在人口稀少、隱蔽性強的農村或者城鄉結合部，存在監管困難、取證成本高、治理效果難以保證等系列問題［5］，本次的三維集團污染就是一個典型案例。而同時遙感技術以其長序列、高精度、大覆蓋的特點，可對污染物排放的歷史、位置、種類、面積、體量進行全方位的溯源監測。通過長時間序列監測和多維度空間分析等，為固體廢棄物污染排放監測和綜合治理等提供科學有效的技術手段，為祖國綠水青山保駕護航。