基于遙感的湖南省地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測

徐軍偉 屈添強(qiáng)

摘 要? 近年來生態(tài)文明建設(shè)已上升為我國的戰(zhàn)略方針，對(duì)山水林田湖草生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與修復(fù)成為我國的基本國策，地質(zhì)災(zāi)害的恢復(fù)與治理是生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)中重要的組成部分，對(duì)其研究顯得尤為重要。獲取客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)成為不可或缺的一環(huán)。以湖南省為研究區(qū)，利用2015年度的遙感數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地研究了地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測技術(shù)體系方法，開展湖南省地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測，獲取地質(zhì)災(zāi)害信息。相比于傳統(tǒng)方法，提出的方法提取了湖南省全域范圍內(nèi)2015年的地質(zhì)災(zāi)害信息，查清了湖南省的地質(zhì)災(zāi)害的情況與特點(diǎn)。利用遙感技術(shù)手段，能客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確地獲取地質(zhì)災(zāi)害信息，能有效地對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測與分析，能為湖南省的礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)研究提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞? 遙感;湖南省;地質(zhì)災(zāi)害

中圖分類號(hào)：P694 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Monitoring of Geological Hazards in Hunan Province Based

on Remote Sensing

Xu Junwei1，2， Qu Tianqiang1

（1. The Second Team of Hunan Provincial Nonferrous Geological Exploration Bureau， Xiangtan Hunan 411102; 2. School of Geosciences and Info-Physics， Central South University， Changsha Hunan 410083）

Absrcat： In recent years， the construction of ecological civilization has risen to the Chinas strategic policy and the protection and restoration of landscape forest and grassland ecosystem has become Chinas basic national policy. It plays a vital role in the restoration and treatment of geological disasters by obtaining objective， true and accurate geological hazard data， especially for the research. Taking Hunan province as a research area， remote sensing monitoring of geological disasters has been carried out， by using the remote sensing data of 2015， to research the geological disaster remote sensing monitoring technology system and obtain geological disaster information. Compared with the traditional method， this method extracts the geological disaster information of 2015 in the whole region of Hunan Province， and finds out the situation and characteristics of geological disasters. Using remote sensing technology， it could not only obtain geological hazard information objectively， truthfully and accurately， but also effectively monitor and analyze it， which could provide scientific basis for mine geological environment protection and restoration research in Hunan Province.

Keywords：? remote sensing; Hunan Province; geological disaster

1? 引言

長期以來，我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一?；?、泥石流、崩塌、地面塌陷和地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的頻繁發(fā)生進(jìn)一步導(dǎo)致了水資源、土壤資源污染、大氣污染、植被退化等一系列嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞，對(duì)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了重大的損害。目前，地質(zhì)災(zāi)害防治形勢依然很嚴(yán)峻，開展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測是一項(xiàng)重要的工作。

遙感是一種現(xiàn)代高科技手段，具有客觀、真實(shí)的特點(diǎn)，能為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測提供重要的技術(shù)手段，能客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確的提取地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)。從2004年開始，國內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)和學(xué)者開始利用遙感技術(shù)進(jìn)行礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測[1-15]，探索了礦山地質(zhì)環(huán)境日常監(jiān)管技術(shù)方法。但已有的礦山遙感工作主要集中在礦山占地、水體污染等方面，而系統(tǒng)的對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的研究則相對(duì)較少。本文利用遙感技術(shù)手段，以湖南省為研究區(qū)域，探討了地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)方法，獲取了湖南省2015年度地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，能為湖南省的地質(zhì)災(zāi)害防治研究提供科學(xué)依據(jù)，具有一定實(shí)用性的和理論性。

2? 研究區(qū)概況

湖南省國土面積 21.18 萬 km2，山地、丘陵和崗地占到 80.6% ，地質(zhì)災(zāi)害高中易發(fā)區(qū)面積，占全省總面積的77% ，是全國地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的省份之一。2016年，湖南地區(qū)共發(fā)生包括滑坡、崩塌、泥石流、巖溶地面塌陷、采空地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害4478起，死亡95人、失蹤2人、受傷81人，直接經(jīng)濟(jì)損失12.2億元。是近8年以來地質(zhì)災(zāi)害最多，防災(zāi)形式尤為嚴(yán)峻的一年。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的加快發(fā)展，工程施工、切坡開挖、礦業(yè)開發(fā)等人類工程活動(dòng)不斷加劇，疊加強(qiáng)降雨等自然因素，極易引發(fā)重大地質(zhì)災(zāi)害。此外，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)易發(fā)的山地丘陵區(qū)，縣鄉(xiāng)缺人員、缺機(jī)構(gòu)、缺經(jīng)費(fèi)、缺裝備的問題仍然突出，嚴(yán)重影響了地質(zhì)災(zāi)害防治工作。因此科學(xué)、有效地開展地質(zhì)災(zāi)害防治研究工作，對(duì)今后的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)以及防治工作具有重大意義。

3? 遙感數(shù)據(jù)源

本文采用2015年覆蓋湖南省全境的遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測全省地質(zhì)災(zāi)害情況。此遙感數(shù)據(jù)主要以國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主（約占95.10%），國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)為輔（約為4.90%）。國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要有GF系列、YG系列、TH系列、02C、ZY-03及SJ-9等，國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要有Pleiades和RapidEye等。數(shù)據(jù)獲取時(shí)間為2015年的10～12月，空間分辨率主要為2米左右。經(jīng)質(zhì)量和精度檢驗(yàn)，遙感數(shù)據(jù)滿足此次工作需求。

4? 技術(shù)路線與方法

本文通過收集研究區(qū)的自然地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、礦權(quán)數(shù)據(jù)、2015年度的遙感數(shù)據(jù)，采取遙感數(shù)據(jù)與采礦權(quán)數(shù)據(jù)相結(jié)合、計(jì)算機(jī)自動(dòng)信息提取與人機(jī)交互解譯相結(jié)合、室內(nèi)研究判讀與實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的方式來確定地質(zhì)災(zāi)害信息，并進(jìn)行綜合分析與研究的技術(shù)路線來開展工作（圖1）。具體的流程為：①收集遙感數(shù)據(jù)和礦權(quán)數(shù)據(jù);②通過外業(yè)踏勘，建立地質(zhì)災(zāi)害信息解譯標(biāo)志;③利用自動(dòng)提取和目視判讀的手段，提取地質(zhì)災(zāi)害信息，主要提取地質(zhì)災(zāi)害的類型、位置、前緣、后壁、總破壞區(qū)、堆積區(qū)、最長、最寬、估計(jì)厚度、主滑方向等特征;④利用GPS進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，驗(yàn)證和確定地質(zhì)災(zāi)害信息;⑤總結(jié)地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量、空間分布、類型等特征，分析地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀與存在的主要問題，提出對(duì)策與建議。

5? 監(jiān)測結(jié)果與分析

湖南省2015年度遙感調(diào)查發(fā)現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害（含隱患）37個(gè)，其中有塌陷25個(gè)，泥石流7個(gè)（圖2、圖3、圖4），滑坡2個(gè)，崩塌（危巖）2個(gè)，災(zāi)害體目前比較穩(wěn)定，與2014年度相比無明顯變化。從發(fā)生規(guī)模上看，特大型地質(zhì)災(zāi)害1個(gè)，即1個(gè)泥石流地質(zhì)災(zāi)害;大型地質(zhì)災(zāi)害2個(gè)，即2個(gè)塌陷地質(zhì)災(zāi)害;中型地質(zhì)災(zāi)害11個(gè)，包括5個(gè)泥石流地質(zhì)災(zāi)害，5個(gè)塌陷地質(zhì)災(zāi)害和1個(gè)崩塌地質(zhì)災(zāi)害;小型地質(zhì)災(zāi)害23個(gè)，包括19個(gè)塌陷地質(zhì)災(zāi)害，2個(gè)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，以及1個(gè)崩塌地質(zhì)災(zāi)害從引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的礦種看，由能源礦引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害27個(gè)，其中煤礦26個(gè)，石煤1個(gè);由金屬礦引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害7個(gè)，其中有色金屬礦6個(gè)，貴金屬礦1個(gè);由非金屬礦引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害3個(gè)，其中冶金輔助非金屬礦1個(gè)，建材及其它非金屬礦2個(gè)。引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害最多的礦種為煤礦，包括大型地質(zhì)災(zāi)害2個(gè)、中型地質(zhì)災(zāi)害6個(gè)、小型地質(zhì)災(zāi)害18個(gè);其次是鎢礦和銻礦，有2個(gè)地質(zhì)災(zāi)害;其余礦種如石煤、鉛鋅礦、銅礦、金礦、螢石（普通）、建筑石料用灰?guī)r和水泥用灰?guī)r都各有1個(gè)地質(zhì)災(zāi)害（表1）。

從空間分布情況上看，婁底市、郴州市、衡陽市三地的礦山地質(zhì)災(zāi)害（含隱患）相對(duì)嚴(yán)重（表2），長沙市、邵陽市、常德市、益陽市、永州市、懷化市等地也各有少量分布。具體來說，婁底市有礦山地質(zhì)災(zāi)害15個(gè)，郴州市有礦山地質(zhì)災(zāi)害9個(gè)，衡陽市有礦山地質(zhì)災(zāi)害5個(gè)，邵陽市、常德市分別有礦山地質(zhì)災(zāi)害2個(gè)，長沙市、益陽市、永州市、懷化市分別有礦山地質(zhì)災(zāi)害1個(gè)。

綜上所述，湖南省調(diào)查出的礦山地質(zhì)災(zāi)害（含隱患）以塌陷（圖5）為主，共計(jì)發(fā)生26個(gè)，尤以煤礦、鉛鋅礦等以地下開采為主的礦種無序開采引發(fā)的塌陷最為普遍;其次為泥石流，共計(jì)發(fā)生7個(gè)，由于固體礦產(chǎn)資源開發(fā)而產(chǎn)生的大量廢石、尾砂及爐渣堆積成為泥石流的固體物質(zhì)重要來源，這也是湖南省泥石流形成的主要原因;再次是滑坡與崩塌，這兩者在湖南省均較為發(fā)育，但以中小型規(guī)模為主，形成災(zāi)害、造成重大損失的據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)表明僅有1%左右。

地下礦坑挖掘?qū)е碌叵滤唤档?，形成較大的地下水降落漏斗，使得地表失去承載而產(chǎn)生塌陷帶的情況在省內(nèi)許多地下開采礦山普遍存在。露天采場的邊坡不同程度的存在滑坡、崩塌隱患，隨著礦山開采的進(jìn)行，潛在的危險(xiǎn)性不斷增大;已經(jīng)廢棄的礦山，廢棄開采面得不到及時(shí)的治理，隨著巖石的日漸風(fēng)化，原本不穩(wěn)定的邊坡愈發(fā)危險(xiǎn)。此外，省內(nèi)固體礦產(chǎn)資源開發(fā)而產(chǎn)生的大量廢石、尾砂及爐渣堆積，經(jīng)暴雨沖刷頻頻發(fā)生的泥石流災(zāi)害。

利用VR Map三維可視化技術(shù)，通過編程構(gòu)建基于矢量數(shù)據(jù)的礦區(qū)三維地形模型，結(jié)合誘發(fā)礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)因素，針對(duì)性地研發(fā)了基于GIS空間分析的建模功能，建立了礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患預(yù)測模型，成功的進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)預(yù)測和解譯。

6? 結(jié)論

利用遙感技術(shù)手段，可以迅速查明湖南省地質(zhì)災(zāi)害情況：湖南省2015年度遙感調(diào)查發(fā)現(xiàn)礦山地質(zhì)災(zāi)害（含隱患）37個(gè)，其中有塌陷25個(gè)，泥石流7個(gè)，滑坡2個(gè)，崩塌（危巖）2個(gè)，災(zāi)害體目前比較穩(wěn)定。利用VR Map三維可視化技術(shù)，可建立礦山地質(zhì)災(zāi)害隱患預(yù)測模型，并能夠成功進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)預(yù)測和解譯。

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