基于3S技術的九寨溝8·8地震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性研究

袁茂珂，宋 偉，杜 杰，鄭小敏，卓曼他

基于3S技術的九寨溝8·8地震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性研究

袁茂珂1，宋 偉1，杜 杰2，鄭小敏1，卓曼他2

（1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊，四川 華陽 610213；2. 九寨溝風景名勝區(qū)管理局，四川 九寨溝 623402）

2017年8月8日21時19分46秒，四川阿壩州九寨溝縣發(fā)生里氏7.0級地震，震中位于九寨溝世界自然遺產(chǎn)地核心景區(qū)西部5000m處的比芒村（北緯33.20°，東經(jīng)103.82°）。地震的最大烈度為Ⅸ度，等震線長軸總體呈北北西走向，Ⅵ度區(qū)及以上總面積為18295km2，九寨溝縣漳扎鎮(zhèn)等17個鄉(xiāng)鎮(zhèn)受到一定程度的影響。受地震影響，九寨溝世界自然遺產(chǎn)地的旅游基礎設施、景觀資源以及生態(tài)地質(zhì)環(huán)境均遭受了不同程度的毀損。通過對九寨溝世界自然遺產(chǎn)地震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查研究，利用3S技術分析其震后敏感性變化，為九寨溝世界自然遺產(chǎn)地恢復重建及后續(xù)防災減災工作提供技術支撐。

九寨溝；世界自然遺產(chǎn)地；生態(tài)地質(zhì)環(huán)境；敏感性；3S技術；地震

近二十年來，四川省相繼發(fā)生了幾次較大震級的地震。2017年8月8日發(fā)生的九寨溝里氏7.0級地震對九寨溝世界自然遺產(chǎn)地造成了較大的影響，棧道、公路、房屋等基礎設施多處受損，部分地質(zhì)遺跡景觀資源受到影響。結合九寨溝震后恢復重建工作開展，在野外系統(tǒng)調(diào)查研究的基礎上，本文結合遙感影像數(shù)據(jù)運用研究九寨溝震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境特性，分析對比震前震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境變化，就九寨溝8·8地震對九寨溝震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性進行了全面分析，為九寨溝后續(xù)保護利用及建設發(fā)展提供技術支撐。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)

九寨溝世界自然遺產(chǎn)地位于四川省阿壩州羌族自治州九寨溝縣西部，地理坐標為東經(jīng)103°45′—104°05′，北緯32°53′—33°20′，面積651km2。

圖1 九寨溝大地構造位置略圖

① 岷江斷裂帶；②雪山斷裂帶；③虎牙斷裂帶；④青川斷裂帶；⑤塔藏構造帶

1.2 自然地理特征

九寨溝世界自然遺產(chǎn)地以樹正、日則和則查哇三溝構成“Y”字地形，地勢南高北低，最大高差2768m，平均高差大于1600m。河網(wǎng)密度大于0.8km/km2；谷地狹窄，寬度都小于200m。最大寬深比可達20∶1，平均為4.5∶1。屬高山峽谷地貌區(qū)。呈現(xiàn)垂直分帶山地地貌景觀。九寨溝流域溝谷分布著大量連綿展布的湖泊景觀，總面積達2.85km2。

區(qū)內(nèi)氣候具冷涼干燥季風氣候特征，垂直分帶明顯，年平均氣溫5.5℃，七月極端最高氣溫32.6℃，一月極端最低氣溫-20.2℃。年平均降水量761.8mm，年水面蒸發(fā)量571.3mm，陸面蒸發(fā)量399.9mm。

1.3 區(qū)域地質(zhì)背景

1.3.1 大地構造

位于松潘-甘孜造山帶丹巴-汶川構造巖片與西秦嶺造山帶摩天嶺地塊結合部位。以塔藏構造帶、雪山斷裂、岷江斷裂為界，北東角和北西為松潘-甘孜造山帶阿尼瑪卿構造帶（地背斜）和馬爾康逆沖-滑脫巖片（地向斜），中部為西秦嶺造山帶摩天嶺推覆體（圖1）。

1.3.2 地層

表1 九寨溝主要地層巖性特征一覽表

地層區(qū)劃屬南秦嶺-大別山地層區(qū)，摩天嶺地層分區(qū)，九寨溝地層小區(qū)。出露當多組、下吾拉組、益哇溝組、岷河組、大關山組、疊山組、羅讓溝組、紅星巖組、祁讓溝組及第四系。可溶性碳酸鹽巖分布廣泛，出露面積約500km2，總厚4000m，是九寨溝景觀形成的物質(zhì)基礎之一，構成了第四系Q3gl+fgl底冰磧、終磧垅等之下伏基巖（四川省地礦局區(qū)調(diào)隊，2001）。

1.3.3 構造

構造復雜、斷裂發(fā)育對九寨溝地貌具有重要影響；主要受控晚新生代以來強烈活動NW和NE向斷裂。九寨溝斷裂、則查哇斷裂是區(qū)內(nèi)對地貌發(fā)育起明顯控制作用的兩條近SN向主干斷裂帶，斷裂的右行張扭特征明顯，富水性強，區(qū)內(nèi)主要湖泊（海子）、河流等總體上都沿這些構造帶形成的U型谷分布。NW向懸泉斷層、鷹爪洞斷層、丹祖溝～鏡海斷層、扎如溝斷層等呈斷崖地貌，為右行扭壓性。為巖溶-裂隙水的形成創(chuàng)造了條件。沿上述斷裂帶常表現(xiàn)為集中徑流，甚至產(chǎn)生了鄰谷式補給的地下徑流活動（四川省地礦局區(qū)調(diào)隊，2001）。

2 震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀

九寨溝8·8地震震中最大烈度為九度，涉及漳扎鎮(zhèn)，面積139km2，對九寨溝核心景區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響較大，震后生態(tài)環(huán)境影響表現(xiàn)在自然景觀、生態(tài)環(huán)境、基礎設施部分受損。

2.1 地震對自然景觀的影響

2.1.1對重要湖泊景觀的影響

1）箭竹海。箭竹海位于日則溝中段，距震中9.6km。箭竹海西岸誘發(fā)少量小型高位崩塌，最嚴重區(qū)域為北段西岸溝谷中，對湖體侵害較小。該處為古崩塌堆積區(qū)，加載古崩塌堆積，后期可能加速向箭竹海推進速度，對箭竹海湖水及湖底鈣華造成進一定的影響。

2）熊貓海。熊貓海距震中8.2km。受損段集中在北段東岸，滑坡與幾處大型崩塌體群并存。單個規(guī)模6×104m3，轉(zhuǎn)石最大直徑500～800cm。受崩塌體影響，熊貓海局部被崩塌體擠占，公路路基被掩埋，進入熊貓海深度未見，公路被掩蓋深度8m左右。根據(jù)熊貓海歷年水位變化情況資料，熊貓海水位下降1～2m，南側局部公路路基下沉，裂縫長10m，寬10cm。該段為九寨溝8·8地震受災最嚴重地區(qū)之一，熊貓海是受影響較大的海子之一。

3）火花海?；鸹ê＞嗾鹬?.4km。發(fā)生潰壩，垮塌鈣華堤壩物質(zhì)由潰壩口呈扇狀分布至雙龍海，湖泊水體流失45×104m3，水位下降13m，湖底鈣華出露，水生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞。火花海水體退縮，上游堤壩不同程度受損；出現(xiàn)多股來自上游的裂隙水，最大單泉流量0.5～1L/s，多處發(fā)生與堤壩平行線型崩塌（宋偉等，2020）。

2.1.2 重要瀑布景觀影響

1）熊貓海瀑布。熊貓海瀑布距震中8.2km，九寨溝8·8地震造成熊貓海瀑布堤壩局部垮塌，調(diào)查中可見局部裂隙較發(fā)育，寬10～20cm，堤壩上修建的棧道受到較大毀損。

2）珍珠灘瀑布。珍珠灘瀑布距震中8.2km，形成與冰川終磧垅有關，受沿丹祖溝發(fā)育NW向斷層控制。多年來一直存在崩塌現(xiàn)象，九寨溝8·8地震后，明顯看到珍珠灘瀑布下新增多處崩塌鈣化斷塊，局部可見少量裂隙發(fā)育。

3）諾日朗瀑布。諾日朗瀑布距震中9.1km，諾日朗瀑布堤壩“鈣華掉塊”長期存在，根據(jù)2006年與2018年諾日朗瀑布狀態(tài)對比，九寨溝8·8地震對諾日朗瀑布整體影響相對較小，造成少量“鈣華掉塊”及漏失現(xiàn)象，可見崩塌體影響區(qū)長20m，寬3～4m，厚4～6m，相對崩塌高度12～15m。諾日朗瀑布主要表現(xiàn)在大氣降水導致流量變化、構造作用以及鈣華膠結、“鈣華掉塊”的速率。

4）火花海瀑布?；鸹ê５虊螡蜗?，剩湖底鈣華和樹木枯枝。

2.1.3 對重要泉水景觀的影響

九寨溝8·8地震后，異常泉水點為劍巖懸泉、日則泉群。劍巖懸泉原有6股泉水，現(xiàn)調(diào)查可見4處懸泉，高度87m、104m、130m、170m處，推測是受九寨溝8·8地震影響。

日則泉群段泉群之上，發(fā)育一處高位崩塌，崩塌體掩蓋局部泉點，對泉群整體補排影響較小。該區(qū)域可嗅到濃烈臭雞蛋味，越靠近泉群味道越濃烈，泉水出口可見白色絮狀物，推測為地震致使地層中硫化氫溢出所致。

圖2 九寨溝地質(zhì)構造與地下水循環(huán)關系圖

2.2 地震對生態(tài)景觀的影響

高位崩塌對崩塌區(qū)及下部植被造成影響，斬斷、掩埋大量植被，尤以日則溝及丹祖溝最重。結合2018—2019年調(diào)查對比，雨季日則溝、則查哇溝爆發(fā)多次泥石流，對沿途生態(tài)環(huán)境及基礎設施建設造成巨大影響。

2.3 地震對基礎設施的影響

地震對九寨溝諾日朗瀑布-原始森林段基礎設施造成影響嚴重，其次為樹正段，道路損壞、棧道破損、管理房墻壁開裂等。

3 震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性評估

3.1 數(shù)據(jù)處理

3.1.1圖形矢量化

根據(jù)九寨溝震前震后遙感影像數(shù)據(jù)對比，結合九寨溝水文地質(zhì)圖及震前震后地質(zhì)災害分布圖，提取震前震后構造斷裂發(fā)育情況、地質(zhì)災害發(fā)育情況、坡度及地形變化情況、植被與土地變化情況，分別編制斷層緩沖區(qū)分布圖、巖性分級圖、地質(zhì)災害分布圖、水循環(huán)系統(tǒng)分區(qū)圖、坡度分布圖、震前震后地形變化圖、植物與土地利用分區(qū)圖、人類活動分區(qū)圖（圖3～10）。

圖3 九寨溝斷層緩沖區(qū)分布圖

圖4 九寨溝巖性分級圖

圖5 九寨溝地質(zhì)災害分布圖

圖6 九寨溝水循環(huán)系統(tǒng)分區(qū)圖

圖7 九寨溝地區(qū)坡度分布圖

圖8 九寨溝震前震后地形變化圖

圖9 九寨溝植物與土地利用分區(qū)圖

圖10 九寨溝人類活動分區(qū)圖

圖11 九寨溝生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性分級評估圖

3.1.2 圖形統(tǒng)一

標定統(tǒng)一標準邊界，將各圖件校正到相同位置，保證疊加分析時各數(shù)據(jù)層邊界完全一致。將各敏感因子涉及圖件進行空間坐標體系統(tǒng)一，地圖單位統(tǒng)一采用千米，利用GIS投影轉(zhuǎn)換功能把各數(shù)據(jù)層轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一投影方式。對圖件進行矢量處理，涉及敏感因子元素加注屬性、建立空間關系，方便后期疊加分析（張瑞英，2007）。

3.2 評價指標及敏感因子選取

選取地質(zhì)條件、水文條件、地形地貌、生物條件、人類活動五項評價指標，進而劃分為斷裂構造、巖性、地質(zhì)災害、水循環(huán)、坡度、地形地貌、植被土壤、景區(qū)道路設施等對生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的影響因子，根據(jù)影響大小、敏感性強弱，賦予權重（表3）。

表3 研究區(qū)震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感因子及權重表

3.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)九寨溝敏感性評估影響因子，確定權重，建立九寨溝震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境基礎數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)進行矢量柵格化、標準化，建立評估模型。利用GIS將各生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感因子按照一定權重疊加成圖，在ArcGis環(huán)境下生成單因子柵格數(shù)據(jù)GRID，通過綜合各影響因子分布圖，采用空間分析模塊地圖代數(shù)分析得出九寨溝生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性評估圖，開展敏感性分區(qū)評估。通過柵格計算器對不同類型的敏感因子進行運算處理，然后進行相加，可得到九寨溝震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性分級評估圖（圖11）。

4 敏感性分析

九寨溝生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性分級分為一級敏感區(qū)、二級敏感區(qū)、三級敏感區(qū)、四級敏感區(qū)。一級敏感區(qū)面積0.12 km2，占比0.0161%；二級敏感區(qū)面積45.58 km2，占比6.2555%；三級敏感區(qū)面積658.65 km2，占比90.3807%；四級敏感區(qū)面積24.39km2，占比3.3478%（任春穎等，2008）。

4.1 敏感性分區(qū)評價

一級敏感區(qū)：一級敏感區(qū)定義為評估分值大于70分區(qū)域，敏感性強。呈點狀分布，集中于五花海-天鵝海段南北向溝谷中；其次分布于九寨溝溝口及長海-五彩池段。五花海-天鵝海段海拔較高，分布松散巖類，山體較陡，部分近于直立，是地下水循環(huán)最集中區(qū)域。來自則查哇溝長海的鄰谷補給在原始森林附近以泉群出露，水量較大；來自丹祖溝及熊貓海的地下補給在五花海一帶以泉群形態(tài)出露（江峰，2010）。泉群是研究區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)核心所在，敏感性高。生態(tài)環(huán)境、旅游基礎設施等造成不同程度毀損。日則大泉群局部被掩蓋，泉水臭雞蛋味較濃（康秀亮和劉艷紅，2007）。

二級敏感區(qū)：為評估分值50～70分區(qū)域，敏感性較強。主要沿主干道路、核心景觀、地表水徑流及地下水運移通道呈帶狀分布。地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)，地震導致地質(zhì)災害區(qū)零星分布與日則溝及丹祖溝兩側山坡。

三級敏感區(qū)：為評估分值30～50分區(qū)域，敏感性中等。廣泛分布于除核心景觀、核心游覽線路、地下水循環(huán)核心區(qū)的大部分區(qū)域。

四級敏感區(qū)：為評估分值在0～30分的區(qū)域，敏感性較弱。不規(guī)則分布于研究區(qū)西南側及東側，距離核心景觀及核心游覽路線較遠，分布基巖區(qū)。

4.2 保護建議

1）加強研究區(qū)科學研究。加強地質(zhì)背景、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境、景觀資源等方面的研究，尤其是敏感區(qū)構造及地下水循環(huán)系統(tǒng)，成因進行深度研究。

2）加強研究區(qū)生態(tài)環(huán)境調(diào)查評價。定期開展研究區(qū)生態(tài)環(huán)境調(diào)查評價工作，調(diào)查評價工作應長效、周期性的開展。

3）加強生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。對研究區(qū)全境的植被、動物、水體、鈣華、山巖、降雨、氣溫、風向等進行全方位的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控。形成動態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)體系，掌握九寨溝生態(tài)景觀動態(tài)變化（陽次中，2013；任春穎等，2007）。

5 結論

1）九寨溝8·8地震對九寨溝整體景觀及生態(tài)環(huán)境造成了一定影響，對部分湖泊、瀑布、泉水及其他生態(tài)景觀造成較大影響，同時也形成較多新景觀。

2）九寨溝震后生態(tài)環(huán)境較敏感區(qū)集中分布在樹正溝、日則溝、則查哇溝等景觀集中分布的區(qū)域及地下水集中溢出帶。

3）對九寨溝震后生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的研究工作及基礎設施建設工作，對未來九寨溝的科學規(guī)劃發(fā)展具有重要意義。

致謝：本文是在“九寨溝世界自然遺產(chǎn)震后地質(zhì)變化與重建對策研究”項目的支持下完成的。在野外綜合考察和資料收集的過程中，得到了九寨溝風景名勝區(qū)管理局的大力支持。陳斌教授級高工對項目給予了大力幫助和支持。在此，特向他們表示衷心的感謝！

四川省地礦局區(qū)調(diào)隊．2001．1∶5萬九寨溝幅、則查哇幅、紅星巖幅、黃龍幅區(qū)域生態(tài)地質(zhì)調(diào)查報告[R]．

四川省地礦局區(qū)調(diào)隊．2001．九寨溝、黃龍世界自然遺產(chǎn)區(qū)地質(zhì)及水循環(huán)研究[R]．

宋偉，袁茂珂，卓曼他，曹俊，劉明，杜杰．2020．“8·8”地震后九寨溝火花海發(fā)展演化趨勢分析[J]．四川地質(zhì)學報，40(04)：668-675．

張瑞英．2007．3S技術支持下的九寨溝核心景區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境評價及演化趨勢研究[D]．成都理工大學．

任春穎，張柏，張樹清，王宗明，宋開山，楊軍．2008．基于RS與GIS的濕地保護有效性分析——以向海自然保護區(qū)為例[J]．干旱區(qū)資源與環(huán)境，22[02]：133-139．

江峰．2010．福建省地質(zhì)環(huán)境敏感性區(qū)劃研究[D]．福建農(nóng)林大學．

康秀亮、劉艷紅．2007．生態(tài)系統(tǒng)敏感性評價方法研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學，35[33]10569-10571＋10574．

陽次中．2013．3S技術支持下的黃山風景區(qū)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境敏感性分析[D]．合肥工業(yè)大學．

任春穎，張柏，張樹清，王宗明，宋開山，楊軍．2007．向海自然保護區(qū)濕地資源保護有效性及其影響因素分析[J]．資源科學，29(06)：75-82．

A Study of Eco-Geological Environment Sensitivity in the Jiuzhaigou Valley after the Earthquake on Aug.8, 2017 By 3S Technique

YUAN Mao-ke1SONG Wei1DU Jie2ZHENG Xiao-min1ZHUO Man-ta2

(1-Regional Geological Surveying Team, BGEEMRSP, Chengdu 610213; 2-Jiuzhaigou Valley Scenic Spots Administration, Jiuzhaigou, Sichuan 623402)

The Jiuzhaigou Valley earthquake with the magnitude 7.0 on Aug. 8, 2017 caused various degrees of damage to the tourist infrastructure, landscape resources and eco-geological environment in the World Heritage Site in the Jiuzhaigou Valley. This paper has a discussion on change of eco-geological environment sensitivity in the Jiuzhaigou Valley after the earthquake by 3S technique and on the basis of geological survey in order to provide technical support for rehabilitation and follow-up disaster prevention and mitigation work the World Heritage Site in Jiuzhaigou Valley.

Jiuzhaigou Valley; World Heritage Site; eco-geological environment; sensitivity; 3S technique; earthquake

2020-07-22

受九寨溝震后恢復重建專項世界自然遺產(chǎn)保護與恢復研究項目資助

袁茂珂（1991—），男，四川資陽人，工程師，主要從事旅游地學調(diào)查評價、地質(zhì)公園規(guī)劃建設與地學科普產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

[P66]

A

1006-0995（2021）02-0289-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.02.021