遙感技術(shù)在改建包蘭線地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

王文婷

1 研究區(qū)概況

包蘭鐵路是京蘭通道的重要組成部分,是煤運(yùn)北通道的后方通道之一,在我國(guó)鐵路網(wǎng)中具有重要的地位。現(xiàn)有運(yùn)量已達(dá)到超飽和狀態(tài),成為沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素。因此,鐵道部、寧夏回族自治區(qū)、甘肅省合力開展沿既有線增建二線,既有線提速改造,配套改造通信、信號(hào)等運(yùn)營(yíng)設(shè)備項(xiàng)目。改建包蘭線正線里程469.305 km,地跨甘肅、寧夏兩省。初選線路方案走廊經(jīng)由地貌類型為黃河沖積平原及河谷區(qū)、山前及山間沖洪積平原區(qū)、低緩丘陵區(qū)、低中山區(qū),地形地貌較復(fù)雜;線路所屬構(gòu)造體系由北向南為祁呂賀山字形構(gòu)造體系之銀川斷陷盆地、賀蘭山褶皺帶;衛(wèi)寧北山緯向構(gòu)造帶;隴西旋卷構(gòu)造體系;祁呂賀山字形構(gòu)造之西翼的祁連山褶皺帶及其各構(gòu)造體系的復(fù)合交接部位,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

2 遙感信息源的選擇及處理

采用美國(guó)陸地衛(wèi)星LANDSAT5 TM影像數(shù)據(jù)2景,軌道號(hào)分別為130/34,130/35,成像時(shí)間為2009年5月,地面分辨率30 m;LANDSAT7 ETM+數(shù)據(jù),分辨率 15 m,成像時(shí)間 2005年;NASA最新公布的研究區(qū)Aster 30 m G-Dem數(shù)據(jù);全色黑白航空相片,重疊率60%,2009年攝影,比例尺 1∶10 000。使之在原來圖像的基礎(chǔ)上,既保留了多光譜圖像的信息,又提高了空間分辨率。由已獲取的DEM 數(shù)據(jù),在ERDAS IMAGINE Virtual GIS模塊下疊加DOM影像圖紋理到三維地形模型,生成動(dòng)態(tài)漫游的立體模型,從不同的角度和高度輔助解譯。

3 主要地質(zhì)災(zāi)害的解譯分析

3.1 鹽漬土

鹽漬土病害主要依據(jù)地物的波普反射特征來提取信息。可見光、近紅外和短波紅外波段是識(shí)別鹽堿化土壤的關(guān)鍵波段。從信息量來衡量,TM數(shù)據(jù)1,3和5波段組合所含信息量最大。土壤反射率介于水體與植被之間,即大于水體的反射率而小于植被的反射率。在典型地物光譜曲線上,波長(zhǎng)在 0.35 μ m～0.65 μ m之間,鹽堿類土壤和一般土壤的反射率大于其他地物(如植被);而波長(zhǎng)在 0.65 μ m以上時(shí),植被的反射率大于土壤的反射率;在遠(yuǎn)紅外波段,土壤反射率大于植被反射率。基于以上特征的分析,我們選用兩種方法來界定鹽漬化區(qū)域:一種以TM135標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成為背景圖,分配各種地類的特征值做復(fù)合監(jiān)督分類;一種則是通過TM432標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成為背景圖,提取歸一化植被指數(shù)(NDVI)(定義為近紅外波段與可見光紅波段數(shù)值之差和這兩個(gè)波段數(shù)值之和的比值)來反向界定鹽漬化區(qū)域。

結(jié)合地表鹽霜鹽斑分布、作物生長(zhǎng)狀況、地下水水位和礦化度、土壤類型等非遙感數(shù)據(jù)輔助信息,經(jīng)過10%圖斑抽樣的實(shí)地驗(yàn)證,精度達(dá)到了90%的預(yù)期指標(biāo),兩種方法對(duì)于提取中～重鹽漬土的精度相差2.4%,人工修正的復(fù)合分類方法效果較為理想。

3.2 泥石流

泥石流形成區(qū)多呈勺狀、漏斗狀、橢圓狀三面環(huán)山的圍谷。山坡裸露,植被稀少,浮土厚,影像色調(diào)淺灰～灰白。泥石流屬性的判別主要根據(jù)堆積物形態(tài)特征,以及堆積物與溝谷相對(duì)位置來確定。通常粘性泥石流流程短,堆積物影像結(jié)構(gòu)粗糙,集中完整地堆積于溝谷中。流通區(qū)與堆積區(qū)合二為一,堆積體有流變痕跡,順溝常有多條脊?fàn)盥∑?似冰川側(cè)磧一般;而稀性泥石流一般流程較長(zhǎng),堆積物分散在溝谷的寬緩地段和溝口處。

3.3 崩塌、滑坡

崩塌常發(fā)生在巖性堅(jiān)硬,節(jié)理發(fā)育地區(qū),陡坡周圍堆積成巖或倒石堆。在遙感影像上崩塌的陡崖新的色調(diào)淺,老的色調(diào)深。在陡崖的下方有淺色調(diào)的錐狀地形,有粗糙感或呈花斑狀的錐形。崩塌體堆積色調(diào)淺,呈錐狀。新生的崩塌體植被少,古老的崩塌體植被較為茂盛。滑坡發(fā)生在具有一定滑動(dòng)條件的斜坡上,具有明顯的滑坡周界、后壁和滑體內(nèi)部特征:滑坡周界一般呈簸箕形;滑坡多呈圍椅狀;滑坡體下方由于土體擠壓,有時(shí)可見到高低不平的地貌;滑體前緣呈舌狀,有時(shí)表層有翻滾現(xiàn)象而出現(xiàn)反向坡;滑坡裂縫,包括張拉裂縫、剪切裂縫、鼓脹裂縫、扇形張裂縫;滑體上的樹有時(shí)呈醉漢林或馬刀樹,甚至有枯死現(xiàn)象。

4 結(jié)論及建議

4.1 鹽漬土

鹽漬土主要分布于惠農(nóng)—銀川、平汝支線平羅—大武口一帶。其中,銀川—惠農(nóng)段K468+600～K477+800長(zhǎng)約9.2 km的路段屬中～重鹽漬化,地表有大片的鹽斑,地表植物難以存活,表現(xiàn)出荒漠景觀。由于地勢(shì)低洼,地下水位埋藏淺,積水成塘,排泄不暢,徑流滯緩,地表蒸發(fā)強(qiáng)烈,毛細(xì)水不斷攜帶鹽分富集表層,使地表發(fā)生鹽漬化,多形成白色鹽霜或1 cm～2 cm厚的鹽殼。線路經(jīng)行鹽漬土病害區(qū)域,路堤兩側(cè)受積水長(zhǎng)期浸泡易發(fā)生坡腳沉降、溜坍;加之毛細(xì)水及強(qiáng)烈蒸發(fā)作用,致使路堤土體均勻程度不同產(chǎn)生次生鹽漬化,從而發(fā)生路堤凍脹、邊坡松脹、溜坍、翻漿等病害。建議繞避或采用當(dāng)?shù)睾}土填筑,采用包坡加隔斷層為主、鋪設(shè)灰土磚路肩、改建永久性排堿溝等綜合處理措施。

4.2 泥石流

泥石流是一種突然爆發(fā)的含有大量泥砂、石塊的特殊洪流。其主要特點(diǎn)是來勢(shì)迅猛,破壞力強(qiáng)。當(dāng)它匯入河流時(shí),常會(huì)壓縮或堵塞河道,使水位壅升或河道變遷,間接毀壞公路、橋梁及其他構(gòu)筑物,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。研究區(qū)發(fā)育泥石流二十余處,主要分布于甘肅段西邵至余丁段的低緩丘陵和山前沖洪積平原區(qū)及香山山脈北段的溝谷中以及白銀南至蘭州東段中低山區(qū)的溝谷中。以水動(dòng)力成因的溝谷型稀性泥石流為主,形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)比較明顯。流域相對(duì)高差61 m～430 m,山坡坡度均小于40°,流域面積均小于10 km2,谷內(nèi)松散堆積物較豐富,溝床較平,堆積厚度多在3 m～8 m,堆積物以粗粒為主,規(guī)模較小。

寧夏段惠農(nóng)至紅果子溝(K437+750～K438+100)以南洪積扇前沿及正誼關(guān)溝(K428+500～K428+900)發(fā)育兩條洪水泥石流。按泥石流物質(zhì)組成劃分,均屬水石流,固體物質(zhì)主要來源于山前洪積扇上部以及崩塌碎石堆積。

在時(shí)間分布特征方面:泥石流均為水動(dòng)力類型,發(fā)育時(shí)間和暴雨強(qiáng)度密切相關(guān),根據(jù)研究區(qū)氣象資料,降雨主要集中在6月～9月,其中7月～8月月平均降雨量大于35 mm。泥石流發(fā)育也會(huì)集中在6月～9月。但評(píng)估區(qū)降雨量均很小,一般不形成大型暴雨,所以在水源條件限制下,研究區(qū)泥石流爆發(fā)可能性較小。

4.3 崩塌、滑坡

研究區(qū)崩塌、滑坡主要分布于甘肅段CK896+000—蘭州東站,該地段局部分布有不穩(wěn)定斜坡,坡度40°～70°,地層主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土,厚度大于20 m,植被稀少,在雨水沖刷下,陡峻山坡及深切溝谷兩側(cè)易形成崩塌。

研究區(qū)沿線分布有7處滑坡,滑坡主要類型為順層基巖滑坡和松散堆積層滑坡,侏羅系強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化泥巖、砂巖及上覆的第四系碎石土、含碎石粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土往往組成了崩滑帶,而下伏泥巖及砂質(zhì)泥巖基巖,透水性較弱,遇水易軟化泥化,容易形成軟弱夾層,為滑面的形成提供了有利的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件。

5 結(jié)語

遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害信息提取方面的應(yīng)用有著高效及結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn),為山區(qū)鐵路前期勘測(cè)工程地質(zhì)選線提供了大量難以實(shí)地獲取的信息,以遙感判釋成果指導(dǎo)外業(yè)地質(zhì)調(diào)查,節(jié)省了人力物力,提高了地質(zhì)填圖的質(zhì)量。

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