GIS gewährleistet einen verantwortungsvollen und effizienten Bergbaubetrieb
von Barbara Leigh Shields
New Mexico ist mit 313.389 Quadratkilometern der fünftgrößte Bundesstaat der USA. Die Überwachung von Bergbaubetrieben in einem derart großen Gebiet mit begrenztem Budget ist keine geringe Leistung. Doch die Mitarbeitenden der Mining and Minerals Division (MMD) des Energy, Minerals and Natural Resources Department von New Mexico sind findig: Sie "strecken" die Mittel durch den Einsatz von GIS, kostenlose oder kostengünstige Daten sowie Partnerschaften zur gemeinsamen Nutzung von räumlichen oder technischen Daten.
Die MMD stellt sicher, dass der Bergbau – von der Exploration bis hin zur Rekultivierung – verantwortungsvoll betrieben wird. Karten bieten eine Grundlage für die Analyse von Aktivitäten und Beeinträchtigungen durch den Bergbau in der weiten Landschaft des Bundesstaates. Die MMD verwendet GIS-Software von Esri zur Bearbeitung von Genehmigungsanträgen für Bergbau- und Explorationsarbeiten und zum Erstellen von Berichten über die wirtschaftlichen Auswirkungen.
Zwei der vier MMD-Programme ("Coal Mine Reclamation" und "Abandoned Mine Land Reclamation") wurden im Rahmen des "Surface Mining Control Reclamation Act (SMCRA) of 1977" eingerichtet. Dieses Gesetz sah Partnerschaften mit dem Office of Surface Mining Reclamation and Enforcement (OSMRE) des US-Innenministeriums vor. Dank entsprechender Zuschüsse stehen den Mitarbeitenden der MMD die Mittel zur Verfügung, räumliche Informationen selbst oder mit Hilfe von Berater*innen zu sammeln. Im Rahmen des Coal Mine Reclamation Program wurden Beziehungen zu Bergbaubetreibern aufgebaut, um Karten oder räumliche Daten auszutauschen. Mitarbeitende des Mining Act Reclamation Program erfassen Genehmigungsstandorte und verfolgen die Rekultivierung mithilfe von GPS zum Aufbau einer räumlichen Datenbank.
Zur Bewertung von Bergbau-Rekultivierungsmaßnahmen verwendet der Bundesstaat digitale Höhenmodelle (DEM) und digitale Terrain-Modelle (DTM) aus verschiedenen Zeiträumen, die größtenteils vom US Geological Survey erstellt wurden. Darüber hinaus werden Orthofotos von Behörden auf US-Bundesebene sowie auf bundesstaatlicher und kommunaler Ebene, aber auch von Bergbaubetreibern genutzt. In den letzten Jahren hat die MMD mithilfe orthofotografischer Aufnahmen aus dem National Agriculture Imagery Program des US-Landwirtschaftsministeriums neuere bundesstaatweite DEMs und DTMs erstellt.
DEMs und DTMs ermöglichen geografische Repräsentationen von Gebieten aus der Zeit vor dem Bergbau. Die Modelle zeigen Lagertanks und Dämme entlang von Entwässerungskorridoren und identifizieren Beschädigungen. Ferner machen sie Muster der Sinuosität in Wassereinzugsgebieten erkennbar, die eine Methode zur Analyse der hydrologischen und topologischen Merkmale bieten. Auf Grundlage der digitalen Modelle wird die Wiederherstellung der ermittelten Sinuosität durch die Bergbaubetreiber eingefordert.
GIS hilft der MMD bei der Nachverfolgung von Bergbauaktivität im gesamten Bundesstaat sowie bei der Durchsetzung von Rekultivierungsvorschriften für Tagebaue und stillgelegte Bergbaugelände. Mit GIS können Landveränderungen angezeigt, die Auswirkungen von Bergbauanlagen auf Karten dargestellt, Richtlinien für Bergbaurekultivierungsprojekte bereitgestellt und alle vorgeschriebenen Umwelt- und Kulturverträglichkeitsprüfungen vor der Projektplanung nachverfolgt werden.
Natürlich hat auch das Umweltministerium von New Mexico ein Interesse an verantwortungsbewusstem Bergbau. GIS unterstützt die Zusammenarbeit zwischen der MMD und dem Umweltministerium bei der Prüfung von Genehmigungsanträgen. Karten erleichtern den Behörden die Prüfung und Kommentierung von Abbaugenehmigungen und Stilllegungsplänen und stellen sicher, dass Umweltstandards bei jedem Antrag berücksichtigt werden. Das Umweltministerium arbeitet auch bei der Überwachung der Rekultivierungsmaßnahmen mit der MMD zusammen.
"GIS hilft der Mining and Minerals Division bei der Priorisierung der Mittelvergabe für Projekte zur Rekultivierung von Flächen", so Linda S. DeLay, GISP bei der MMD.
DeLay hat GIS zur Priorisierung von Sanierungsmaßnahmen genutzt. Sie hat eine Standortanalyse ehemaliger Uranbergwerke durchgeführt und eine Prioritätenrangliste für deren Rekultivierung erstellt. Die Grundlage für die Einstufung jedes dieser Bergwerke war seine Nähe zu Wasserläufen, landwirtschaftlichen Flächen, städtischen Gebieten und Brunnen. Anschließend verwendete DeLay ein GIS-Modell für gewichtete Überlagerung, um die Prioritäten für die Rekultivierung zu kartieren. Sie präsentierte die Karte New Mexico Legacy Uranium Mines auf Sitzungen der MMD und deren Schwesterbehörden sowie auf einer nationalen Konferenz. Die Karte bot den Entscheidungsträgern eine Hilfestellung bei der Ressourcenallokation.
SS1. Diese Karte hilft der MMD bei der Priorisierung der Rekultivierungsaktivitäten für Uranbergwerke.
Zur Überwachung der Rekultivierung von Kohlebergwerken beantragte die MMD bei der OSMRE Western Region Mittel für die Erfassung von WorldView-2-Satellitenbildern. Mithilfe dieser Bilddaten und von Vegetationserhebungen vor Ort erstellt der Fernerkundungsanalyst Karten zur Erkennung von Vegetationsveränderungen für das Rekultivierungsprojekt der verlassenen Kohlebergbaustadt in Vermejo Park Ranch, um die Fachleute bei der Bewertung der Wiederbepflanzung und Entlastung der Feuchtgebiete zu unterstützen.
Zu den geomorphologischen Rekultivierungsmaßnahmen gehörten die Umverteilung und das Vergraben der Kohleabfälle sowie die naturnahere Umgestaltung der Wasserläufe. Ziel dieser geomorphologischen Arbeiten ist es, die Verlagerung von Abfällen in die Abflüsse des Abflussgebiets zu verhindern. Zur Kartierung des neuen Terrains wurden GPS-Geräte an Erdbewegungsmaschinen angebracht. Die gewonnenen Bilddaten waren so detailliert, dass ein Analyst tatsächlich die Anzahl der Pinyon-Kiefern und Wacholderbäume in dem Gebiet für diesen Zeitpunkt bestimmen konnte.
Die MMD hat diese Vegetationskarte mithilfe von hochauflösenden Satellitenbildern und Vegetationserhebungen erstellt. Die Karte dient zur Änderungserkennung im Rahmen der Wiederbepflanzug und zur Überwachung der Vegetation.
Die Analysten nutzen auch LIDAR-Daten (Light Detection and Ranging). Während Satellitenbilder eine Nahaufnahme von Tagebauen liefern, bieten GIS-Renderings von LIDAR-Daten eine detailgenaue 3D-Perspektive. Diese hochentwickelten 2D- und 3D-Karten geben Aufschluss über den Zustand eines Gebiets vor Aufnahme des Bergbaubetriebs.
Die MMD hat GIS auch eingesetzt, um die Auswirkungen auf die Vegetation und das Terrain im Bereich des Kohlebergbaus in El Segundo und des geplanten Bergwerks zu bewerten. Um die Ausgangsbedingungen des Terrains zu dokumentieren, erfasste das New Mexico Energy, Minerals, and Natural Resources Department LIDAR-Daten zu zwei 65 Quadratkilometer großen Gebieten, die vor dem Bergbaubetrieb aufgenommen worden waren. Die Mitarbeitenden nutzten die LIDAR-Daten aus der ersten Erfassung, um Bilder der Vegetationsdichte zu erstellen, und die LIDAR-Daten der nackten Erdoberfläche, um das Terrain zu modellieren. Das LIDAR-Rendering ist eine Blaupause für die Maßnahmen, die das Bergbauunternehmen ergreifen muss, um die ursprüngliche Kontur des Terrains wiederherzustellen und die Vegetation in den ursprünglichen Zustand zurückzuversetzen.
Ein unbemanntes Fluggerät (UAV) erwies sich als kostengünstigerer Weg zur Datenerfassung. Dabei nimmt eine kompakte, an einem Trimble UX5 Starrflügler angebrachte Kamera eine große Anzahl überlappender Orthofotos auf. Durch die photogrammetrische Verarbeitung dieser Bilder wird eine Punktwolke aus X-, Y- und Z-Werten generiert und ein topografisches 3D-Modell gerendert. Mit dieser Technik und GIS hat die MMD ein topografisches Modell für ein Renaturierungsprojekt eines Wasserlaufs in einer historischen Kohlebergbaustadt erstellt. Durch Attribuierung der Punkte mit den RGB-Werten der Fotos konnte die Vegetationshöhe berechnet werden. Um die Genauigkeit der Fernerkundungsdaten stichprobenartig zu überprüfen, wurden Vergleichsmessungen vor Ort durchgeführt.
Mit einer Kamera an einem unbemannten Fluggerät werden schnell Bilder aufgenommen. Daraus wird mittels photogrammetischer Verarbeitung eine Punktwolke für eine 3D-Repräsentation eines Wasserlaufs generiert.
Die meisten Bergbauinformationen, die Geodatabase und die Webkartenanwendungen werden bei der MMD derzeit mit einer integrierten Bereitstellung von Microsoft SQL Server und Esri ArcGIS for Server verwaltet. Ein immer größerer Teil der Geodaten wird auf die Esri Plattform verlagert. Die Geodatabase enthält Daten des Resource GIS Clearinghouse des Bundesstaates, von Bergwerksbetreibern und aus anderen Quellen sowie intern generierte Daten.
Die MMD macht Daten zum Bergbau über ihre Website für die Öffentlichkeit zugänglich. Die Site bietet mit ArcGIS for Server und in Silverlight entwickelten Anwendungen GIS-Funktionen. Nutzer*innen können die Standorte und Namen von Bergwerken mit entsprechenden Codes für aktive Bergwerke, inaktive Bergwerke und Bergwerke mit freigegebener Rekultivierungskaution einsehen. Ferner können sie die Grenzen der Genehmigungen für den Kohlebergbau, die Kohledistrikte in New Mexico und die Kohlefelder der USA nach Kohlearten anzeigen. Die Karte enthält zudem einen Layer der Bodenarten sowie Layer zu geologischen Perioden.
Diese interaktive Karte zum Kohlebergbau ist in die MMD-Website eingebettet.
Esri Technologie unterstützt Bergbaubehörden überall auf Welt bei der Exploration, dem Landmanagement, dem Bergbaubetrieb und dem Umweltmanagement. Weitere Informationen finden Sie unter esri.com/mining.