云南省東川區(qū)泥石流災(zāi)害SPOT5遙感影像特征*

楊迎冬，晏祥省，張紅兵

(云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，云南昆明650216)

在開展“云南省昆明市東川區(qū)地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查項目”過程中，通過遙感可從宏觀上了解全區(qū)泥石流地質(zhì)災(zāi)害特征及分布規(guī)律，減少外業(yè)工作量，并獲取常規(guī)地面調(diào)查難以取得的泥石流流域特征信息，以提高地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果的精度和質(zhì)量［1］，并對今后開展的1∶50 000縣市地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查遙感工作提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 地質(zhì)背景

1.1 地形地貌

云南省昆明市東川區(qū)位于云南省的東北部，面積1 858.79 km2，為深－中切割的高－中山峽谷地貌，相對高差最大為3 649.1 m;山高谷深，地勢陡峻(圖1)，為泥石流的形成和發(fā)展提供了極為有利的地形地貌條件［2］。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造特征

東川區(qū)地層發(fā)育齊全，從元古界昆陽群至新生界第四系均有分布，巖性包括沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖三大巖類，具典型的基底和蓋層雙層構(gòu)造;中元古界昆陽群為褶皺基底，早震旦系至中三疊系為沉積蓋層。前者構(gòu)造線略呈東西，形成復(fù)式褶皺;后者構(gòu)造線接近南北，多形成開闊平緩的向斜和較窄的背斜。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，小江斷裂南北向縱穿東川區(qū)中部，為主要的活動性控制斷裂［3］，斷裂活動破壞區(qū)內(nèi)巖石完整性，為區(qū)內(nèi)泥石流形成提供大量物質(zhì)來源。

1.3 泥石流災(zāi)害

由于東川區(qū)屬小江地震帶，新構(gòu)造活動表現(xiàn)明顯，地震頻繁、強度高［4］，外動力和內(nèi)動力作用強烈，造成區(qū)內(nèi)巖石破碎，加之常年來采礦、修路等工程活動和坡耕種植等人類活動造成全區(qū)水土流失嚴(yán)重，泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，是我國地質(zhì)災(zāi)害極易發(fā)生的地區(qū)之一［5－6］。東川區(qū)地質(zhì)災(zāi)害尤以泥石流分布廣泛，危害最為嚴(yán)重;泥石流以分布廣、類型齊全、活動頻繁、暴發(fā)猛烈、規(guī)模巨大、危害嚴(yán)重而著稱，素有“泥石流博物館”之稱，是全國泥石流危害最嚴(yán)重的地區(qū)［7］。自1950年以來，死亡200余人，傷100余人，直接經(jīng)濟損失37 000多萬元，泥石流災(zāi)害已成為阻礙全區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定的重大隱患［7－8］。

2 遙感數(shù)據(jù)及處理

2.1 遙感數(shù)據(jù)源

本次研究主要采用的遙感數(shù)據(jù)為SPOT5共三景數(shù)據(jù)(表1);其全色波段影像分辨率為2.5 m;3個多光譜波段分辨率為10 m，1個短波紅外波段(SWIR)分辨率為20 m，全色及多光譜影像每景為60 km×60 km。

表1 遙感數(shù)據(jù)源

圖1 東川區(qū)SPOT5三維遙感影像圖

2.2 遙感數(shù)據(jù)處理

由于SPOT5衛(wèi)星數(shù)據(jù)不包含藍光波段，無法直接進行真彩色合成，采用SPOT IMAGE提供的數(shù)學(xué)方法利用ERDAS IMAGINE 9.2軟件建模運算獲得藍色波段影像，并進行波段組合模擬形成10 m分辨率的真彩色影像(表2)。

表2 SPOT5真彩色模擬方法

將全色波段和模擬形成的真彩色影像進行配準(zhǔn)，采樣基于小波特征影像融合法形成分辨率為2.5 m的融合圖像;利用1∶50 000數(shù)字高程模型(DEM)和地形圖進行正射校正;通過色彩平衡和直方圖匹配對三景影像進行鑲嵌，合理處理縫合線及色調(diào)差異;利用行政界線裁剪形成工作影像圖。

所形成的工作影像圖對區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害有很好的反映，可用于東川區(qū)泥石流災(zāi)害信息的識別和解譯。

3 遙感地質(zhì)災(zāi)害解譯

3.1 泥石流遙感影像特征

東川區(qū)泥石流按溝谷地貌形態(tài)可分為溝谷型泥石流和山坡型泥石流(坡面泥石流)。

3.1.1 溝谷型泥石流遙感特征

東川區(qū)的溝谷型泥石流在SPOT5遙感影像上表現(xiàn)為淺粉色條帶，小江及小江一級支流塊河和大白河兩側(cè)比較發(fā)育;溝谷型泥石流堆積扇明顯，表現(xiàn)為淺粉色扇形突起［9－10］，泥石流溝兩側(cè)滑坡和崩塌發(fā)育，細溝和坡面侵蝕嚴(yán)重。

從地貌上可將泥石流分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)(圖2)，泥石流遙感影像特征具體表現(xiàn)如下所示。

圖2 拖布卡鎮(zhèn)豆腐溝泥石流SPOT5遙感影像特征

(1)形成區(qū):一般位于流域的中上游，流域多呈勺狀、漏斗狀、橢圓狀三面環(huán)山之圍谷，大部分泥石流溝形成區(qū)又可分為清水區(qū)和固體物質(zhì)補給區(qū)。清水區(qū)位于固體物質(zhì)補給區(qū)上方，植被覆蓋率相對較高，有森林灌叢和坡耕種植;影像具羽狀沖溝影紋特征，顏色為綠色、淺綠色、綠灰色等。固體物質(zhì)補給區(qū)植被覆蓋率低，坡耕地少，坡體總體不穩(wěn)，巖土體結(jié)構(gòu)松散，松散固體物質(zhì)豐富，坡面及細溝侵蝕嚴(yán)重，溝兩側(cè)滑坡和坍塌以及小泥石流支溝普遍發(fā)育;影像具樹枝狀、擦痕狀沖溝、溪溝影紋特征，顏色為淺紫紅色、紅色、暗紅色和亮白色。

(2)流通區(qū):溝谷寬窄曲直不一，規(guī)模大的一般有分支，形態(tài)呈線狀或樹枝狀。溝床縱坡較形成區(qū)地段緩，但比堆積區(qū)地段陡，溝谷一般較窄，靠近流域下游地段由于泥沙沉積溝谷較寬;溝谷斷面形態(tài)呈“V”形或“U”形。小型泥石流溝流通區(qū)基本無堆積物，規(guī)模較大的泥石流溝流通區(qū)地段堆積物明顯，影像結(jié)構(gòu)粗糙的是粗礫堆積物，細膩的是細粒堆積物。部分泥石流溝流通區(qū)見攔渣壩或?qū)Я鞑鄯雷o工程。流通區(qū)影像顏色一般為粉紅色。

(3)堆積區(qū):位于溝谷出口處，常形成扇形堆積，扇形大小不一;小江一級支流泥石流堆積扇扇面大，二級支流泥石流堆積扇扇面較小。堆積扇上水流不固定，多呈漫流或叉流，影像結(jié)構(gòu)粗細間雜，整體色調(diào)淺粉紅色－紫紅色［11］。部分堆積扇上可見導(dǎo)流槽工程，龍東格公路主要沿小江左岸泥石流流通區(qū)與堆積區(qū)結(jié)合部位以橋梁形式通過;部分堆積扇兩側(cè)部位已辟為耕地，并形成季節(jié)性小路。泥石流堆積區(qū)的形態(tài)在遙感圖像上輪廓比較清晰，容易辨別，成為遙感調(diào)查識別泥石流的主要標(biāo)志。

3.1.2 坡面型泥石流遙感特征

坡面型泥石流是發(fā)育在斜坡上的小型泥石流溝，形成區(qū)和堆積區(qū)相貫連，無明顯的流通區(qū)，溝坡和山坡坡度幾乎一致的泥石流。

東川區(qū)的坡面泥石流發(fā)育，分布于主河兩岸和較大的泥石流溝兩側(cè)山坡，坡面泥石流有的直接沖入小江，有的則為溝谷型泥石流提供物源。坡面泥石流總體遙感影像特征表現(xiàn)為:顏色為亮白色、紫色－暗紫色，與周圍灰度、顏色、影紋特征有明顯區(qū)別，如同一塊補斑，表面凹凸不平，順山坡線性影像縱向、樹枝狀排列。

3.2 泥石流遙感影像解譯

泥石流遙感解譯主要通過對引起或誘發(fā)泥石流發(fā)生的環(huán)境地質(zhì)背景條件(山坡坡度、巖石破碎狀況、松散物質(zhì)情況、植被覆蓋情況、人類活動的痕跡和滑坡崩塌不良地質(zhì)現(xiàn)象等)的解譯和綜合分析，從泥石流的總體形態(tài)、色調(diào)識別著手，確定泥石流溝，并具體圈出泥石流發(fā)生的位置、形態(tài)和分布范圍［12］。對溝谷型泥石流流通區(qū)用線型沿流動方向進行標(biāo)定，解譯和量算泥石流溝主要形成區(qū)面積、流通區(qū)長度、堆積扇體大小與形狀，對流域不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育程度、主要危害對象及發(fā)展階段進行定性判定;對坡面泥石流范圍進行圈定，量算其表面積。

3.2.1 溝谷型泥石流解譯

東川溝谷型泥石流在本次解譯過程中可基本區(qū)分出形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)。通常泥石流形成區(qū)流域面積較大，溝谷切割明顯，兩側(cè)滑坡、崩塌比較發(fā)育，為泥石流的形成提供了豐富的物源及匯水量。泥石流流通區(qū)(在解譯圖上用帶箭頭的曲線標(biāo)明流動方向)是泥石流快速流經(jīng)的通道，由于東川區(qū)山體破碎，殘坡積物豐富，流通區(qū)沿途有固體物質(zhì)堆積，非雨季期間僅形成窄小流溝。堆積區(qū)位于泥石流溝口，小江主河道和一級支流兩側(cè)泥石流堆積扇明顯，呈典型的扇形分布;而金沙江和二級、三級支流泥石流溝由于河流的侵蝕，其堆積扇不甚明顯。

如圖3所示，該泥石流溝名老村溝泥石流，位于湯丹鎮(zhèn)中廠河下游左岸，泥石流自北西向南東注入小江一級支流中廠河，該泥石流有一相對較大的支溝。該泥石流溝所處地層巖性為震旦系下統(tǒng)澄江組(Zz2c)砂巖夾粉砂巖、頁巖，平均干抗壓強度13，軟化系數(shù)0.41。溝左岸為一斷層，沿茅草房—馬鞍橋—沙窩延伸，泥石流溝處于斷層破碎帶，破碎帶物質(zhì)松散，谷坡松散層厚度約2.1 m，溝底物質(zhì)主要為塊石、砂土、粘土等。

該小流域形態(tài)呈樹葉形(黃色實線)，流域面積約5.325 km2，流域邊界長約16 km，泥石流主溝長約7.1 km，源頭高程2 900 m，溝口高程1 140 m，相對高差1 760 m。泥石流“三區(qū)”分明，物源主要來自溝兩側(cè)的崩滑體以及沖溝、細溝侵蝕及坡面侵蝕;圖3中帶箭頭的虛線表示泥石流溝的流通路徑，主溝流通區(qū)長約2.22 km，主支溝流通區(qū)長約1.1 km，由于河流強力侵蝕，泥石流流通區(qū)段基本無固體物質(zhì)沿岸堆積;圖中紅色區(qū)域為堆積區(qū)，為典型的扇形堆積，扇形長約500 m，寬約850 m，面積約0.27 km2，泥石流堆積扇擠壓中廠河，導(dǎo)致主河嚴(yán)重彎曲，主流偏移。泥石流流域植被覆蓋率較低，僅源頭處發(fā)育稀疏樹木和灌叢，周邊有坡耕地，泥石流流通區(qū)兩側(cè)植被少，基本上全部為荒坡地。堆積扇上未見防護工程，除靠近普岔河附近有部分開辟為菜地外基本無人類生產(chǎn)活動跡象，堆積扇前端和中部見有白色線性影像道路，在泥石流不爆發(fā)時才能通行，堆積扇上未見明顯的流水溝槽，說明形成時間較新，為一嚴(yán)重的泥石流溝，處于發(fā)展期。泥石流的繼續(xù)發(fā)展加速斜坡遭受侵蝕，斜坡將變得更不穩(wěn)定，將可能危及北側(cè)的馬鞍橋和茅草房自然村以及南側(cè)的上新寨和平溝自然村。

本次共解譯溝谷型泥石流168條(不包括小江主河及支流大白河、中廠河、塊河)，其主要形成區(qū)面積共352.54 km2，流通區(qū)長度共336 218.8 m，堆積區(qū)面積共10.949 km2，解譯結(jié)果見表3。從泥石流發(fā)展階段來分，168條泥石流溝處于形成期的有77條，發(fā)展期的有68條，衰退期的有23條。泥石流主要威脅對象為村莊、農(nóng)田和道路。

圖3 溝谷型泥石流遙感解譯實例

表3 溝谷型泥石流解譯統(tǒng)計表

3.2.2 坡面型泥石流解譯

東川區(qū)坡面泥石流主要分布于小江兩側(cè)、小江一級支流及金沙江兩岸，坡面泥石流具有分布較密集、群分性、突發(fā)性和危險性大的特點。

坡面泥石流解譯主要確定其所處位置、圈定范圍和確定威脅對象。

如圖4所示，為一坡面泥石流(橘紅色實線)，位于銅都鎮(zhèn)大白河右岸，紅沙溝對面，坡面泥石流下方為龍東格公路。坡面泥石流上基本無植被覆蓋，影像上見順坡向的泥石流溝紋理，色調(diào)呈亮白色，坡面泥石流流程較短，泥石流溝切割程度不深，整體坡面較為平緩。該坡面泥石流具有高易發(fā)，危險對象為其下方的龍東格公路。

圖4 坡面泥石流遙感解譯實例

本次共解譯坡面泥石流95處，坡面泥石流表面積約71 km2，坡面泥石流使得原始地形坡度明顯變陡，邊坡穩(wěn)定性明顯降低，加速水土流失，為溝谷型泥石流提供大量物源，對農(nóng)田、公路等工程具有較大的破壞性。

3.3 泥石流發(fā)育分布規(guī)律

從遙感解譯結(jié)果來看，東川區(qū)泥石流分布廣泛，全區(qū)各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有發(fā)育。溝谷型泥石流主要沿東北部小江，中部及南部大白河、塊河和中廠河，北西金沙江和西部普渡河兩側(cè)分布，泥石流溝特征明顯。坡面泥石流主要分布于金沙江、普渡河兩側(cè)以及中部中廠河、塊河、大白河右岸，而左岸分布相對較少。

4 結(jié)語

(1)在開展“東川縣(市)地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查”地面調(diào)查過程中，主要以威脅居民點的地質(zhì)災(zāi)害(點)為調(diào)查重點，不能全面了解每條泥石流流域特征;而通過遙感手段，可很好地解決這一不足之處。

(2)遙感技術(shù)可作為一項重要手段輔助完成縣市地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查工作，既可從宏觀的角度掌握全區(qū)泥石流發(fā)育情況，也可對泥石流局部特征進行分析。

(3)東川區(qū)泥石流在云南具有代表性，其遙感影像特征可作為云南泥石流典型解譯標(biāo)志。

(4)高分辨率SOPT5遙感數(shù)據(jù)對于東川區(qū)泥石流解譯具有很好的解譯效果，通過遙感手段可判定泥石流災(zāi)害的發(fā)展趨勢及危害情況，還可全面了解全區(qū)泥石流發(fā)育分布規(guī)律。

致謝:在本文撰寫過程中，得到云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院教授級高工王宇指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝。

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