新闻中心



当前位置:首页 > 新闻中心 > 行业动态 >

遥感技术在泥石流灾害勘查中的应用

遥感技术在泥石流灾害勘查中的应用

                                                                                          韦京莲,董桂芝
【摘要】本文以具体实例总结和列举了利用遥感图像进行泥石流灾害调查的多种应用方法。通过这些方法,不仅对泥石流特征、泥石流灾害史、暴发周期和规模做了深层次的解译和研究,而且获得了丰富的调查成果,总结了北京地区泥石流分布规律、活动特点及危害状况。本文还对遥感技术在21世纪地质灾害工作的应用做了简单论述。
【关键词】遥感图像泥石流
        北京山区泥石流沟谷约600余条,40年来已发生10次较大范围的灾害性泥石流,造成400多人死亡,经济损失巨大。我们利用遥感图像视域广、信息量大、直观性强,并能快速提供动态信息等优势,选择不同种类航、卫片,采用多种判释方法发掘遥感信息,对泥石流特征进行深层次解译,在较短时间内取得了初步成果。我们主要采用以下几种方法完成区域性泥石流灾害调查。
1遥感在泥石流调查中的应用方法与实例
1.1直接判释法与类比法
        这两种方法是利用遥感图像直观、能真实记录泥石流地表现象这一特点而进行的。近期泥石流沟谷色调多呈白色线状,早期泥石流沟谷多呈灰暗的粗糙条带状或沟口处有扇状堆积体。根据影像特点,可进行下列判释:①确定泥石流沟并圈划流域边界。②初步判释泥石流沟的整个流通路径长度、堆积扇体大小与形状。③圈划源头触发或两侧山体补给泥石流的崩塌或塌滑体。④调查泥石流沟背景条件,包括土层厚度、植被种类与盖度、山体坡度和岩石破碎状况。
1.2对比法
        不同时期的遥感图像能记录各时期的泥石流活动及变化状况。泥石流暴发突然、猛烈,
痕迹明显,近期内拍摄的航卫片影像异常清晰,但相隔数年后所拍航、卫片,其泥石流影像特征极为微弱,甚至消失。这是由于沟谷山体受长期风化剥蚀、植被覆盖及人为改造的影响,使泥石流形迹逐渐模糊不清以至不复存在;有些沟谷则是在若干年之后重复出现泥石流,将原泥石流体全部或部分覆盖或摧毁,而无法保留原有特征。因而,我们用不同时期航、卫片进行对比,分析泥石流一些活动特点。我们共采用了1960、1978、1979、1983、1991年5个不同时期航、卫片对山区泥石流灾害进行下列调查分析。
1)了解泥石流发生时期,重现特点及其规模
       对于发生时期较早的泥石流,其相隔数年后的遥感图像效果欠佳,此时选用发生后不久的航片进行判释,可减少错判与误判。如1979年航片已难反映1959年的泥石流沟谷,但用1960年航片能轻而易举地辨认泥石流沟谷及其特征。用这种对比法,我们将后来几乎无人知晓的近50条1959年形成的泥石流沟谷圈划出来。
       对一条曾几次出现过泥石流的沟谷,通过对比法了解其发生时间和重现次数。例如,密云县小西天沟,通过使用1960年、1982年、1989年航片,不仅判定其为一条老泥石流沟,而且确认1959年、1989年发生两次泥石流及其规模。采用对比解译法,确认了部分沟谷泥石流重现的时间,总结本地区泥石流重现特点为:就整个北京山区而言.泥石流活动周期约五年左右;局限在100~500平方千米流域内的泥石流,活动频率高低不均。相对活跃区,泥石流间歇时段为二十几年,其它则在十几^五十年,活动频率低。
2)掌握泥石流暴发前后的沟谷变化
        泥石流发生后,原沟谷的冲刨、展宽及河道曲流变化是较明显的,比较泥石流发生前后的航片,不仅可获得沟谷宽度与河道变化,也能了解泥石流发生前原沟谷的固体物处于何种状态。如泥石流暴发之前,不少沟谷均是完好的梯级耕地,有多道拦砂坝阶或谷坊工程,但仍然避免不了泥石流的发生,有时反而促使或加重了泥石流灾害程度。
3)掌握泥石流灾害史
        以往泥石流灾害记录常残缺不齐或不翔实,影响泥石流灾害史、灾害预测与防治的研究。采用航片对比,掌握泥石流摧毁对象的类型及其被毁的状态与程度,对今后泥石流预测防治方案的提出、区域性规划等将提供很好的参考与帮助。摧毁目标可分为民用建筑、道路桥梁、水利工程设施,被毁状态与程度可分为全部与部分摧毁。
4)了解人类活动对泥石流形成的影响
       我们选择了延庆县二楼子北沟大规模扩建公路前后的航片进行解译对比。扩建前该路只是窄小的山间土路,扩建后则是宽阔的柏油路。扩建公路时大量岩屑散落并堆积在沟坡或沟道内,成为该沟重要的松散固体物质源。该沟公路扩展后于1972年发生泥石流。又如1991年6月10日怀柔西石门沟泥石流。发生泥石流前,沟道梯田几乎辟至分水岭,此时沟道纵坡为15°?18°由于人类开荒的影响,在大暴雨作用下,沟道梯田的松散碎屑物成为泥石流的重要组成部分。为此,我们感到人类的不合理开挖与活动有使泥石流加重的趋势。
5)宏观评价1991年北山泥石流对密云水库的影响
        1991年6月10日,北部山区20条沟谷暴发泥石流。大量泥沙石块通过白河、汤河、白马关河不断输移到密云水库,其影响范围可通过5月26日和6月17日的1:10万SPOT卫星像片进行对比了解。5月26日卫星像片水库影像色调呈均匀的深蓝色,而6月17日像片水库影像色调不均匀的深蓝、蓝和浅蓝色。根据地物反射光学原理,混有大量泥沙的水体色调较浅,呈蓝、浅蓝或蓝白色。密云水库在蓄积大量水体之时接纳了大量泥沙石块。经解译,我们掌握了该次特大降雨后密云水库泥沙淤积情况。通过本次泥石流发生前后遥感图像对比,可知北部山区泥石流除造成直接人员伤亡和经济损失外,对下游密云水库产生一定危害。由此可见,若不进行泥石流综合治理,密云水库使用寿命将受到一定影响。
1.3不同比例尺航、卫片配合使用法
        不同比例尺遥感图像具有不同的视域范围。大、小比例尺航片相互配合使用,就是利用遥感图像从宏观与微观两个角度进行泥石流调查。例如,应用大比例尺航空像片掌握泥石流形成区及沿途坡面崩塌或滑塌的确切位置及体积;了解不同沟段弯曲、宽窄变化特点及泥石流冲淤现象,清楚地掌握泥石流沿途冲毁房屋、桥梁坝体等灾害情况。应用小比例尺遥感图像则能获悉某次泥石流主、支沟相互关系,还可直观地反映泥石流空间分布与断裂构造的关系。例如,怀柔县沙河流域29条泥石流沟中有21条分布于青石岭断裂带上。又如,通过小比例尺卫星像片才得以了解和评价一场山洪泥石流之后密云水库的混冲范围和程度。
1.4综合判释法
        遥感图像记录了大量的泥石流直接与间接信息。除降雨外,泥石流形成环境背景基本被记录在影像内。泥石流形成发展过程是地质、地貌、植被.土壤、水文气象、人类活动等各种因素相互作用的结果,因而进行泥石流遥感调查是一种综合分析的过程,我们可从遥感图像中获得地形沟坡陡缓特点、流域切割发育程度、沟坡碎屑物质丰富程度、坡面植被种类及覆盖情况、崩滑塌不良地质现象及人类活动状况,村镇、工矿、公路、道桥所处位置等信息,依据这些信息确定出泥石流和潜在泥石流的危险程度、危害目标与危害程度。
        1993年通过遥感调查与野外验证,在北部山区密云、怀柔、延庆县泥石流发育区,共确定危害严重与较严重泥石流沟82条,危险与较危险目标146处。进行泥石流综合判释需要有足够的实地调查经验,具备较全面的遥感判释技能,二者缺一不可。
2泥石流遥感调查成果与认识
2.1基本査猜泥石流时空分布规律
经遥感调查与实地验证,共查明泥石流沟584条,潜在泥石流沟232条。其分布有如下规律:
1)分布广泛。涉及本市8个区县,特别集中发育在密云、怀柔、延庆县及房山、门头沟区。
2)与区域构造及山脉走向相一致,并集中于构造带附近或几组断裂构造交接部。如怀柔县沙河流域29条泥石流沟中的21条分布于青石岭断裂带上。
3)集中于末级或二级支沟或河流峡谷,流域面积通常不超过10平方千米,一般多在0.5-2.5平方千米,即‘V”型谷中最多。
4)分布于一定的地貌部位。主要围绕一定山脊线高度分布,如北部山区泥石流主要围绕海拨为1200~1500米的黑坨山、云蒙山、大洼尖、歪坨山等山体沟谷发育,西部境内泥石流则在东灵山、白草畔、百花山、黄草梁、老龙窝、妙峰山、猫耳山、大洼尖等山体周围的沟谷。
5)泥石流集中分布于汛期平均雨量及一日最大暴雨高值区。历次泥石流都集中发生在日雨量超过200毫米的笼罩区。
2.2泥石流活动频率与重现特点
1)古泥石流发育,近代泥石流十分活跃。通过遥感解译,发现大量古老泥石流沟谷,
因而,确认古泥石流十分发育。有历史记载,自1867年以来本地区暴发泥石流24次,总体平均5年一次。1959年?1991年的32年中,共发生8次泥石流灾害,约4?5年一次,泥石流活动十分活跃。
2)区域性泥石流暴发频率较高。就整个北京山区而言,泥石流活动间歇期约5年左右。
3)各支流泥石流活动频率不均。对于面积一般在10(°500平方千米的流域,泥石流活动频率高低不均。北部山区白马关、琉璃河、沙河流域泥石流相对活跃,间歇时段为二 十几年。其它流域则在十几?五十年,泥石流活动频率较低。
4)支沟泥石流活动间歇期长。对于流域面积在0.5^8平方千米的支沟,除极个别沟谷在3年内重现两次泥石流外,一般重现期在20年,很多在30年以上。
2.3泥石流强度与危害状况
       根据遥感解译,1949年以来共发生10次泥石流灾害。其中1950年、1959年、1972年、1976年、1989年、1991年泥石流发生范围较大,涉及沟谷较多。从单沟泥石流规模来看,因其发生于几平方千米甚至更小的支沟内,物质冲出活动量多在1?5万立方米,超过10万立方米者很少,故以中-小规模为主。由于泥石流具有群发性特点,所以,虽然单沟泥石流规模小,分布涉及的区域大,造成危害的范围亦较大,常形成严重泥石流灾害。例如1969年和1976年泥石流都曾造成百人以上死亡。1991年泥石流造成经济损失达2.6亿元。另外,据遥感解译,现仍有数百个村庄处于泥石流或潜在泥石流威胁之下,情况十分严峻。
2.4泥石流活动趋势及危险区的划分
        根据泥石流遥感调查与分析,笔者对北京地区泥石流形成发展及活动趋势有了初步认识,并进行了泥石流危险区的划分。地质地貌构成了泥石流形成的物质与地形基础,二者是泥石流暴发中一个长期相对稳定的因素,它变化极为缓慢。因此,目前已具备陡峻地形和破碎基岩的沟谷不仅过去泥石流灾害严重,今后仍会出现泥石流。根据目前山区地质地貌背景条件、现有泥石流分布发育状况及其暴发规律'结合多年高降雨区的分布和人类活动状况,概略划分泥石流危险区,划分出三级16块泥石流危险区。泥石流预测区面积达3349平方千米,占全市山区面积的36%。其中1级区为泥石流易发区,面积为1039平方千米,该区岩石破碎,固体碎屑物丰富,沟床纵比降在150%^250%,其又处于平均雨量高值区及暴雨中心部位,历史上曾发生多次泥石流灾害,今后发生泥石流灾害的机率较高。I丨级区为泥石流较危险区,面积1240平方千米,同I级相同的是其沟谷固体碎屑较丰富,地形沟坡陡峻,但它们仅处于降雨量高值区的边缘地带。虽会有局部地区暴雨但频次有限,泥石流概率略低。III级区为泥石流一般危险区,面积1070平方千米。该区很多老泥石流沟已发育具备河谷特征,沟道宽,纵比降小,又处于雨量高值区周边地带,泥石流活动趋于稳定,即使少数沟谷发生泥石流,危害也较小。
3遥感技术在21世纪地质灾害勘查中的应用与展望
         近几年,我们在地质灾害勘查特别是泥石流灾害勘查中充分应用了遥感技术,开拓思路,发掘遥感图像信息,大大提高了灾害勘查工作质量与效率。展望21世纪,笔者认为,它将是遥感技术快速发展时期。这一时期是遥感技术(RS)、地理信息系统(GK)技术以及全球定位(GPS)系统紧密结合并相互交融,加快信息获取、更新与传输的阶段。因此,遥感技术在地质灾害方面的应用更侧重于快速准确获得灾害动态信息,进行地质灾害动态监测,提高预测预报准确程度,为快速减灾行动指挥提供依据,更直接参与防治和减轻地以往遥感工作多以目视解译和徒手转绘方法为主,辅助图像处理也因资金、设备和技术方面等原因,难以得到广泛应用,因此,包含着大量信息的遥感数据未能得到充分的发掘和提取。此外,在多年计划经济体制下,受专业分工与工作领域的限制,遥感工作内容专业性过强,但针对社会急需又属综合性较强的工作做的较少,由此影响了遥感工作进度和精度。随着卫星技术的发展(例如即将升空的SPOT5卫星送回的图像分辨率可达2.5米)、微机图像处理软件功能的完善,以及现代网络信息转输技术的飞速发展,为21世纪遥感工作的深化提供了良好的基础。21世纪也是我国可持续发展的重要时期,需要丰富的资源与良好生态环境来支撑,而社会需求也要求遥感技术向着更广阔的领域拓展,信息综合化分析将显得更为重要,遥感应用将具有更广阔的前景。