遥感技术在地质灾害监测中应用

2022-09-21 16:46:34 来源:写作指导

摘要:本文在分析遥感技术应用现状的基础上,采用“遥感解译+现场调查”的技术方法,对新疆且末县阿克苏库勒湖流域内泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害的发育情况进行了详细的解译分析,显示区内泥石流灾害最为发育,以阿克苏库勒湖湖口泥石流及其湖口下游垭口处泥石流为典型。通过近30年遥感影像对比分析,显示区内泥石流堆积体多处于稳定状态,但受湖水持续上涨威胁,阿克苏库勒湖存在溃堤风险,对安迪尔河下游人民群众生命、财产安全存在一定威胁。

关键词:遥感技术;阿克苏库勒湖;泥石流;稳定性

遥感技术作为近半世纪以来兴起的一种高新探测技术,通过与导航定位技术、通信技术以及地理信息系统技术等紧密结合,已形成了有效的对空观测和对地观测的全方位空间探测体系,其研究内容包括了信息获取处理、信息传输及储蓄、地表接收处理、定标处理及检测、应用分析和基础性研究等。随着社会经济和科学技术的不断发展,遥感技术凭借其宏观性、系统性、多层次、多尺度的特点,已广泛应用在国民生态经济建设的各个领域中[1-3]。

1遥感技术应用

1.1遥感技术应用现状根据服务对象的差异,我国遥感技术应用主要体现在以下几个方面:资源调查领域、灾害调查监测领域、环境调查监测领域、工程建设及规划领域、军事测绘等[4-6](图1)。

1.2遥感地质灾害调查与监测

近年来,随着无人机技术迅猛发展,利用无人机航空遥感技术辅助地质灾害调查和监测已成为一种重要的工作手段,我国已建立了针对重大自然灾害的“无人机应急响应合作机制”,并已得到了初步的应用,目前正在逐步完善“天-空-地”一体化的灾害立体监测体系,同时关于灾害系统分析、灾害遥感预测以及灾害过程、要素、损失的遥感定量评估研究等理论体系正在建立完善中[7-8]。地质灾害主要包括滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面塌陷等,我国地质灾害遥感调查与监测应用已较为成熟,表现为面积性、以行政区划为单位的遥感地质灾害调查(1/10万、1/5万等)、灾后遥感调查救援、地质灾害遥感监测体系等方面[9]。

2研究区概况及遥感技术方法

2.1研究区概况

本次以新疆且末县阿克苏库勒湖流域内昆仑山区为研究区,重点分析研究了阿克苏库勒湖及下游安迪尔河两岸泥石流灾害的发育、变化情况及其稳定性特征,该区段南侧属于和田地区民丰县管辖,北侧含阿克苏库勒湖属于巴音郭楞蒙古自治州且末县管辖。研究区整体交通不便,西北侧沙漠区民丰县安迪尔乡南部有西和高速(G0612)、G315国道、和田至若羌铁路(在建)呈NEE向穿过,距离研究区最近约60km,向北有县级公路通往安迪尔乡,向南有简易通村公路、便道等通向阿克苏库勒湖。阿克苏库勒湖为一泥石流堆积物堵塞河道后形成的大型堰塞湖,堰塞湖上游大面积地区以及下游至出山口均为无人区,仅有季节性零星牧民居住,区内道路条件较差,以简易砂石土路为主,遇暴雨或融雪水道路多阻断。

2.2研究区地质灾害发育特征

在分析既有地质灾害资料的基础上,通过初步遥感解译识别,表明研究区内主要发育泥石流、崩塌、滑坡地质灾害。鉴于研究区人迹罕至,人类活动零星,崩塌以及滑坡灾害多属于小面积偶发性短时灾害,威胁性较小,泥石流灾害规模相对较大,且存在堵河、决堤后洪水突涨风险,为区内重点关注灾害类型。通过遥感解译识别以及现场调查,区内泥石流灾害共发育20余处,以沟谷型洪水型泥石流为主,无长流水,多为短时强降雨形成的含泥沙浊流洪水,遥感影像中可见清晰的扇形堆积区。

3遥感地质灾害调查

3.1遥感数据及技术方法

本次采用2020年5月~9月高分一号(GF-1)以及近30年的TM、ETM影像为基础,开展区内泥石流灾害的解译分析。高分一号数据通过多光谱波段与全色波段融合处理后,可形成2.0m分辨率的彩色影像,其色彩对比度中等,纹理较清晰,可识别程度高,以该影像为基础,通过遥感目视解译+调查调查的方式,可确定区内泥石流的发育位置、规模、形态等特征。TM、ETM影像是目前可免费收集的一类常用遥感影像,其分辨率分别为15、30米,该数据覆盖面积广、数据量丰富、时相跨度长,通过筛选,可收集研究区内近30年TM、ETM数据影像,利用同一泥石流扇形区不同时相的遥感影像,对比其形态以边界特征,结合现场调查,可分析其变化趋势及稳定性。

3.2遥感解译与调查

通过对研究区泥石流地质灾害详细解译,显示区内泥石流以沟谷型泥石流为主,影像特征较为典型,其影像解译标志为泥石流沟口有扇形状堆积物,其上流水线紊乱而明显,色调浅,有粗糙感。流域多呈狭长型,泥石流的形成、堆积和流通区能较明显区分,GF-1号影像多呈灰褐色及土黄色,有大量的松散固体物质;山坡陡峻,支沟大体上呈直线状、弧形、树枝状、不规则状;植被稀少,岩石风化严重,松散固体物质丰富;上游多为“V”形谷,沟谷底部及中下游可见带状冲洪积堆积物,堆积区纵坡较平缓,地形开阔,形成圆锥状堆积体,轮廓较明显,呈浅色调,扇面无固定沟槽,多呈漫流状态。通过解译识别及现场调查,显示区内泥石流灾害共发育21处,主要威胁其下游季节性牧民及牲畜,以阿克苏库勒湖湖口泥石流、阿克苏库勒湖湖口下游垭口处泥石流等为代表。

3.3典型泥石流稳定性分析

3.3.1阿克苏库勒湖湖口泥石流。该泥石流位于且末县西北部阿克苏库勒湖湖口处,遥感影像中可见较大规模的扇形冲击堆积区,最宽处达4km,前缘挤压河道明显,上游形成堰塞湖(阿克苏库勒湖),扇形堆积区上可见二次冲蚀堆积痕迹,扇形堆积区表层无明显植被生长(图2)。该泥石流形成的堆积扇在阿克苏库勒湖湖口形成了天然屏障,受青藏高原气候变暖、冰川冻土消融的影响,根据近30年多期次遥感影像对比,近年来阿克苏库勒湖水位快速上涨,湖水面积不断增大,溃决漫溢风险逐渐增大,处于欠稳定~不稳定状态,该泥石流堆积体稳定性减弱,泥石流对湖口的影响逐渐加强,堆积体一旦失稳造成大量湖水下泄,或严重危及下游安迪尔乡牧场人民的生命财产安全(图3)。3.3.2阿克苏库勒湖湖口下游垭口处泥石流。该泥石流位于阿克苏库勒湖湖口下游垭口处,影像中可见清晰扇形冲击堆积区,前缘对河段挤压推移明显,形成小型堰塞湖(已决堤),扇形堆积区上可见二次冲蚀堆积痕迹,扇形堆积区表层无明显植被生长(图4)。该泥石流沟口处对岸存在一个突出的山体,对安迪尔河河水流向制约而产生了一个回水湾,当短时爆发的泥石流堆积物与该突出的山体共同作用易堵塞河道河谷,产生堰塞效应,待淤塞的水体过多时易产生溃决,形成溃图2阿克苏库勒湖湖口泥石流影像(左)及现场照片(右)决性洪水,对安迪尔河下游G315国道和安迪尔乡的人民群众生命、财产安全存在一定威胁。根据近30年多期次遥感影像对比分析,显示近年来阿克苏库勒湖湖口下游-垭口处泥石流变化相对较小,整体处于基本稳定状态。在1992年5月至1999年8月期间,原泥石流东南侧小型堰塞湖湖水已发生决堤泄流,近20年来,泥石流堆积扇体未发生明显扩大痕迹,前缘变化相对较小,该泥石流整体威胁性较小(图5)。通过对区内其他泥石流灾害点进行影像解译识别,显示在阿克苏库勒湖湖口上下游可见多处清晰冲洪积扇形堆积体,经过根据近30年遥感影像特征对比,大部分扇形堆积体整体未发生前移推进痕迹,扇形体形变无明显变化,表明多属于低易发性衰退期泥石流,威胁性较小。如阿克苏库勒湖北侧泥石流,泥石流堆积扇体对湖泊造成明显的挤压推移,但近30年以来,扇形体无明显变化,威胁性较小(图6左);阿克苏库勒湖湖口下游4.2千米处泥石流,形态如典型“银杏树叶状”,前缘挤压河道明显,扇形堆积区表层无明显植被生长,近30年来,扇形堆积体整体未发生明显前移推进痕迹,形变变化较小,同属于低易发性衰退期泥石流,威胁性较小(图6右)。

4结论

本文充分利用遥感技术宏观性、长时序、多尺度的优势,对新疆且末县阿克苏库勒湖流域山区内的地质灾害开展了详细的解译分析及现场调查,表明区内泥石流灾害最为发育,遥感影像中可见清晰的扇形堆积体,并通过近30年同区域多期次影像的对比分析,显示区内除阿克苏库勒湖存在决堤风险外,其余泥石流多为衰退期,自身威胁性较小,区内其他地质灾害危险性整体较低。

作者:陈富强 单位:中铁第一勘察设计院集团有限公司