遙感技術(shù)在艱險山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用

陳富強

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

遙感技術(shù)作為近半世紀(jì)以來興起的一種高新探測技術(shù)，通過與導(dǎo)航定位技術(shù)、通信技術(shù)以及地理信息系統(tǒng)技術(shù)等緊密結(jié)合，已形成了有效的對空觀測和對地觀測的全方位空間探測體系，其研究內(nèi)容包括了信息獲取處理、信息傳輸及儲蓄、地表接收處理、定標(biāo)處理及檢測、應(yīng)用分析和基礎(chǔ)性研究等。隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)憑借其宏觀性、系統(tǒng)性、多層次、多尺度的特點，已廣泛應(yīng)用在國民生態(tài)經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域中[1-3]。

1 遙感技術(shù)應(yīng)用

1.1 遙感技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)服務(wù)對象的差異，我國遙感技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：資源調(diào)查領(lǐng)域、災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測領(lǐng)域、環(huán)境調(diào)查監(jiān)測領(lǐng)域、工程建設(shè)及規(guī)劃領(lǐng)域、軍事測繪等[4-6]（圖1）。

圖1 我國遙感技術(shù)應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域示意圖

1.2 遙感地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測

近年來，隨著無人機技術(shù)迅猛發(fā)展，利用無人機航空遙感技術(shù)輔助地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和監(jiān)測已成為一種重要的工作手段，我國已建立了針對重大自然災(zāi)害的“無人機應(yīng)急響應(yīng)合作機制”，并已得到了初步的應(yīng)用，目前正在逐步完善“天－空－地”一體化的災(zāi)害立體監(jiān)測體系，同時關(guān)于災(zāi)害系統(tǒng)分析、災(zāi)害遙感預(yù)測以及災(zāi)害過程、要素、損失的遙感定量評估研究等理論體系正在建立完善中[7-8]。地質(zhì)災(zāi)害主要包括滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面塌陷等，我國地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查與監(jiān)測應(yīng)用已較為成熟，表現(xiàn)為面積性、以行政區(qū)劃為單位的遙感地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查（1/10 萬、1/5 萬等）、災(zāi)后遙感調(diào)查救援、地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測體系等方面[9]。

2 研究區(qū)概況及遙感技術(shù)方法

2.1 研究區(qū)概況

本次以新疆且末縣阿克蘇庫勒湖流域內(nèi)昆侖山區(qū)為研究區(qū)，重點分析研究了阿克蘇庫勒湖及下游安迪爾河兩岸泥石流災(zāi)害的發(fā)育、變化情況及其穩(wěn)定性特征，該區(qū)段南側(cè)屬于和田地區(qū)民豐縣管轄，北側(cè)含阿克蘇庫勒湖屬于巴音郭楞蒙古自治州且末縣管轄。研究區(qū)整體交通不便，西北側(cè)沙漠區(qū)民豐縣安迪爾鄉(xiāng)南部有西和高速（G0612）、G315 國道、和田至若羌鐵路（在建）呈NEE 向穿過，距離研究區(qū)最近約60km，向北有縣級公路通往安迪爾鄉(xiāng)，向南有簡易通村公路、便道等通向阿克蘇庫勒湖。阿克蘇庫勒湖為一泥石流堆積物堵塞河道后形成的大型堰塞湖，堰塞湖上游大面積地區(qū)以及下游至出山口均為無人區(qū)，僅有季節(jié)性零星牧民居住，區(qū)內(nèi)道路條件較差，以簡易砂石土路為主，遇暴雨或融雪水道路多阻斷。

2.2 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

在分析既有地質(zhì)災(zāi)害資料的基礎(chǔ)上，通過初步遙感解譯識別，表明研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育泥石流、崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害。鑒于研究區(qū)人跡罕至，人類活動零星，崩塌以及滑坡災(zāi)害多屬于小面積偶發(fā)性短時災(zāi)害，威脅性較小，泥石流災(zāi)害規(guī)模相對較大，且存在堵河、決堤后洪水突漲風(fēng)險，為區(qū)內(nèi)重點關(guān)注災(zāi)害類型。通過遙感解譯識別以及現(xiàn)場調(diào)查，區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害共發(fā)育20 余處，以溝谷型洪水型泥石流為主，無長流水，多為短時強降雨形成的含泥沙濁流洪水，遙感影像中可見清晰的扇形堆積區(qū)。

3 遙感地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

3.1 遙感數(shù)據(jù)及技術(shù)方法

本次采用2020 年5 月～9 月高分一號（GF-1）以及近30 年的TM、ETM 影像為基礎(chǔ)，開展區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害的解譯分析。高分一號數(shù)據(jù)通過多光譜波段與全色波段融合處理后，可形成2.0m 分辨率的彩色影像，其色彩對比度中等，紋理較清晰，可識別程度高，以該影像為基礎(chǔ)，通過遙感目視解譯+調(diào)查調(diào)查的方式，可確定區(qū)內(nèi)泥石流的發(fā)育位置、規(guī)模、形態(tài)等特征。TM、ETM 影像是目前可免費收集的一類常用遙感影像，其分辨率分別為15、30米，該數(shù)據(jù)覆蓋面積廣、數(shù)據(jù)量豐富、時相跨度長，通過篩選，可收集研究區(qū)內(nèi)近30 年TM、ETM 數(shù)據(jù)影像，利用同一泥石流扇形區(qū)不同時相的遙感影像，對比其形態(tài)以邊界特征，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，可分析其變化趨勢及穩(wěn)定性。

3.2 遙感解譯與調(diào)查

通過對研究區(qū)泥石流地質(zhì)災(zāi)害詳細解譯，顯示區(qū)內(nèi)泥石流以溝谷型泥石流為主，影像特征較為典型，其影像解譯標(biāo)志為泥石流溝口有扇形狀堆積物，其上流水線紊亂而明顯，色調(diào)淺，有粗糙感。流域多呈狹長型，泥石流的形成、堆積和流通區(qū)能較明顯區(qū)分，GF-1 號影像多呈灰褐色及土黃色，有大量的松散固體物質(zhì)；山坡陡峻，支溝大體上呈直線狀、弧形、樹枝狀、不規(guī)則狀；植被稀少，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，松散固體物質(zhì)豐富；上游多為“V”形谷，溝谷底部及中下游可見帶狀沖洪積堆積物，堆積區(qū)縱坡較平緩，地形開闊，形成圓錐狀堆積體，輪廓較明顯，呈淺色調(diào)，扇面無固定溝槽，多呈漫流狀態(tài)。

通過解譯識別及現(xiàn)場調(diào)查，顯示區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害共發(fā)育21 處，主要威脅其下游季節(jié)性牧民及牲畜，以阿克蘇庫勒湖湖口泥石流、阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處泥石流等為代表。

3.3 典型泥石流穩(wěn)定性分析

3.3.1 阿克蘇庫勒湖湖口泥石流

該泥石流位于且末縣西北部阿克蘇庫勒湖湖口處，遙感影像中可見較大規(guī)模的扇形沖擊堆積區(qū)，最寬處達4km，前緣擠壓河道明顯，上游形成堰塞湖（阿克蘇庫勒湖），扇形堆積區(qū)上可見二次沖蝕堆積痕跡，扇形堆積區(qū)表層無明顯植被生長（圖2）。

圖2 阿克蘇庫勒湖湖口泥石流影像（左）及現(xiàn)場照片（右）

該泥石流形成的堆積扇在阿克蘇庫勒湖湖口形成了天然屏障，受青藏高原氣候變暖、冰川凍土消融的影響，根據(jù)近30 年多期次遙感影像對比，近年來阿克蘇庫勒湖水位快速上漲，湖水面積不斷增大，潰決漫溢風(fēng)險逐漸增大，處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，該泥石流堆積體穩(wěn)定性減弱，泥石流對湖口的影響逐漸加強，堆積體一旦失穩(wěn)造成大量湖水下泄，或嚴(yán)重危及下游安迪爾鄉(xiāng)牧場人民的生命財產(chǎn)安全（圖3）。

圖3 阿克蘇庫勒湖湖口泥石流1992～2000 年影像圖

3.3.2 阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處泥石流

該泥石流位于阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處，影像中可見清晰扇形沖擊堆積區(qū)，前緣對河段擠壓推移明顯，形成小型堰塞湖（已決堤），扇形堆積區(qū)上可見二次沖蝕堆積痕跡，扇形堆積區(qū)表層無明顯植被生長（圖4）。該泥石流溝口處對岸存在一個突出的山體，對安迪爾河河水流向制約而產(chǎn)生了一個回水灣，當(dāng)短時爆發(fā)的泥石流堆積物與該突出的山體共同作用易堵塞河道河谷，產(chǎn)生堰塞效應(yīng)，待淤塞的水體過多時易產(chǎn)生潰決，形成潰決性洪水，對安迪爾河下游G315 國道和安迪爾鄉(xiāng)的人民群眾生命、財產(chǎn)安全存在一定威脅。

圖4 阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處泥石流影像（左）及現(xiàn)場照片（右）

根據(jù)近30 年多期次遙感影像對比分析，顯示近年來阿克蘇庫勒湖湖口下游-埡口處泥石流變化相對較小，整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。在1992 年5 月至1999 年8 月期間，原泥石流東南側(cè)小型堰塞湖湖水已發(fā)生決堤泄流，近20 年來，泥石流堆積扇體未發(fā)生明顯擴大痕跡，前緣變化相對較小，該泥石流整體威脅性較?。▓D5）。

圖5 阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處泥石流1992～2020 年影像圖

通過對區(qū)內(nèi)其他泥石流災(zāi)害點進行影像解譯識別，顯示在阿克蘇庫勒湖湖口上下游可見多處清晰沖洪積扇形堆積體，經(jīng)過根據(jù)近30 年遙感影像特征對比，大部分扇形堆積體整體未發(fā)生前移推進痕跡，扇形體形變無明顯變化，表明多屬于低易發(fā)性衰退期泥石流，威脅性較小。如阿克蘇庫勒湖北側(cè)泥石流，泥石流堆積扇體對湖泊造成明顯的擠壓推移，但近30年以來，扇形體無明顯變化，威脅性較小（圖6 左）；阿克蘇庫勒湖湖口下游4.2 千米處泥石流，形態(tài)如典型“銀杏樹葉狀”，前緣擠壓河道明顯，扇形堆積區(qū)表層無明顯植被生長，近30 年來，扇形堆積體整體未發(fā)生明顯前移推進痕跡，形變變化較小，同屬于低易發(fā)性衰退期泥石流，威脅性較?。▓D6 右）。

圖6 阿克蘇庫勒湖北側(cè)泥石流（左）與湖口下游4.2 千米處泥石流（右）影像圖

4 結(jié)論

本文充分利用遙感技術(shù)宏觀性、長時序、多尺度的優(yōu)勢，對新疆且末縣阿克蘇庫勒湖流域山區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害開展了詳細的解譯分析及現(xiàn)場調(diào)查，表明區(qū)內(nèi)泥石流災(zāi)害最為發(fā)育，遙感影像中可見清晰的扇形堆積體，并通過近30 年同區(qū)域多期次影像的對比分析，顯示區(qū)內(nèi)除阿克蘇庫勒湖存在決堤風(fēng)險外，其余泥石流多為衰退期，自身威脅性較小，區(qū)內(nèi)其他地質(zhì)災(zāi)害危險性整體較低。