基于 RS和 GIS的西藏昌都縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

劉 歡,朱谷昌,,劉海利,張建國(guó),歐陽華平

(1.中南大學(xué)地球科學(xué)與信物物理學(xué)院,長(zhǎng)沙410083;2有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心,北京100012)

0 引言

近年來,隨著全球?yàn)?zāi)害性氣候的增多和人類工程活動(dòng)的加強(qiáng),崩塌、滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)也趨向頻繁,嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)的穩(wěn)定及人民生命財(cái)產(chǎn)安全。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是隨著地質(zhì)災(zāi)害的日趨嚴(yán)重和相關(guān)學(xué)科理論與技術(shù)的發(fā)展而興起的,特別是引進(jìn)了遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)方法之后,縮短了危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)獲取的周期,提高了數(shù)據(jù)的精度,便于各類信息的集成分析,同時(shí)也促進(jìn)了該領(lǐng)域的迅速發(fā)展[1]。

在昌都縣進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害詳查、收集地質(zhì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料的基礎(chǔ)上,通過RS地質(zhì)災(zāi)害解譯、統(tǒng)計(jì)分析方法確定危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)7個(gè)主要影響因素,采用層次分析法與 GIS相結(jié)合的方法進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià),并利用 GIS進(jìn)行快速分析評(píng)價(jià)及制圖,有很好的借鑒意義。地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性是指地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生活動(dòng)的可能性[2],利用RS和 GIS開展昌都縣地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和評(píng)價(jià)應(yīng)用研究,對(duì)于制定區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃,部署與實(shí)施地質(zhì)災(zāi)害勘察與防治工作具有重要意義。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

昌都縣位于橫斷山脈西北部、青藏高原東南部的邊緣地帶,北與青海省接壤,西與類烏齊縣為鄰,南靠八宿縣、察雅縣,東與江達(dá)、貢覺縣毗鄰。地理坐標(biāo)介于東經(jīng) 96°42′—97°58′,北緯 30°44′—32°19′之間,總面積10 652 km2。昌都縣地勢(shì)北高南低,東西呈“W”形。高原寒溫帶季風(fēng)性氣候混雜,夏季溫和多雨,冬季日照充足,年均氣溫3～8℃,多年平均降水量477.7 mm。

昌都縣位于喀喇昆侖—心嶺—昌都板片和羌塘—唐古拉—保山板片,經(jīng)歷了加里東期—喜山期多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,但巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用微弱。使大片中生代地層發(fā)生構(gòu)造變形的是燕山運(yùn)動(dòng),形成了區(qū)內(nèi)5條較大的斷裂展布和左行雁列的復(fù)式背、向斜。出露的地層主要有前泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、第四系等;出露的巖漿巖有安 山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、英安巖、斑巖等;變質(zhì)巖主要有千枚巖、片巖等。

2 地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯特征分析

根據(jù)對(duì)研究區(qū)已有資料的分析與總結(jié),主要地質(zhì)災(zāi)害類型有滑坡、崩塌和泥石流。根據(jù)對(duì)這3種地質(zhì)災(zāi)害的ETM+影像特征分析,建立了解譯標(biāo)志(表1)。在重點(diǎn)區(qū)中,采用高分辨率 IKONOS數(shù)據(jù)進(jìn)行真彩色合成,同時(shí)建立解譯標(biāo)志[3-5](圖1)。根據(jù)解譯標(biāo)志,采用人機(jī)交互方式對(duì)研究區(qū)的3種地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了遙感解譯工作。

鑒于遙感信息的多解性,開展了適量的遙感野外驗(yàn)證工作,對(duì)室內(nèi)遙感解譯建立的3種地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志進(jìn)行修改和完善,驗(yàn)證室內(nèi)解譯的效果(圖2,圖 3)。

表1 地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志Table 1 Remote sensing interpretation marks of geological hazards

圖1 遙感解譯標(biāo)志Fig.1 Remote sensing interpretation marks

圖2 崩塌點(diǎn)的遙感解譯圖像和實(shí)地驗(yàn)證照片F(xiàn)ig.2 The remote sensing interpretation of slumping and the on-the-spot check photo

圖3 研究區(qū)遙感調(diào)查路線圖Fig.3 Sinvestgation line for remote sensing interpretation in the study area

遙感信息提取和統(tǒng)計(jì)中應(yīng)用MAPGIS軟件,以實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的管理和成果圖件的制作。具體實(shí)施步驟:①在PCI軟件中進(jìn)行遙感影像處理[6],并轉(zhuǎn)為Geotiff格式;②利用 MAPGIS中“圖像分析”工具將Geotiff轉(zhuǎn)換為MAPGIS默認(rèn)的圖像文件(MSI)格式;③在MAPGIS軟件中建立地質(zhì)災(zāi)害的屬性信息字段,進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的初步提取[7-9](表2,圖4)。

3 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性是指存在地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)發(fā)生不同程度地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)的可能性,危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)即為通過對(duì)歷史地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)程度及可能引起地質(zhì)災(zāi)害活動(dòng)的各種因素進(jìn)行綜合的分析研究,確定地質(zhì)災(zāi)害可能的危險(xiǎn)區(qū)位置范圍、概率等。地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性指標(biāo)有很多,根據(jù)研究區(qū)的特點(diǎn),本文分別選取了7個(gè)因素作為危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子,其權(quán)重結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)與該區(qū)的實(shí)際情況利用A HP模型計(jì)算而確定(表3),具體影像如下:

圖4 研究區(qū)解譯地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖Fig.4 Map showing geological hazard distribution in the study area

表2 地質(zhì)災(zāi)害分類統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of geological hazards

表3 昌都縣地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)要素Table 3 Evaluation elements for the geological hazards

(1)地質(zhì)構(gòu)造。主要是指褶皺和斷層。當(dāng)?shù)貙?產(chǎn)狀與坡向一致時(shí),容易沿層面發(fā)生滑動(dòng)形成滑坡,特別是地層傾角小于坡角時(shí),滑坡災(zāi)害更容易發(fā)生。再者,控制區(qū)域性滑坡發(fā)育、分布最基本的構(gòu)造因素就是構(gòu)造線走向,當(dāng)河谷走向與構(gòu)造線方向垂直時(shí),岸坡比較穩(wěn)定,較少分布滑坡與崩塌;反之,當(dāng)河谷走向與構(gòu)造線方向一致時(shí),處于向斜河谷的順向坡是產(chǎn)生滑坡的最敏感部位,滑坡的分布多沿?cái)嗔褞С蓭罘植肌?/p>

(2)地層巖性。滑坡與地層巖性的關(guān)系非常密切,軟弱的地層巖性是產(chǎn)生滑坡的物質(zhì)基礎(chǔ),對(duì)滑坡影響最為主要的是巖性。同時(shí),已有滑坡體的巖性特征、下伏巖體的巖性特征等也顯著影響著滑坡的類型及其演化趨勢(shì)。

(3)地形地貌特征。坡度與滑坡有一定的關(guān)系,一般來說,隨著坡度的增加,包括重力在內(nèi)的剪切力增大,相應(yīng)的滑坡發(fā)生的概率也會(huì)增大。在坡度較大的部位,崩塌作用會(huì)為滑坡提供大量的物質(zhì),從而為滑坡創(chuàng)造條件?；路植寂c高程也有一定的關(guān)系,坡向的影響主要表現(xiàn)為山坡的小氣候和水熱比的規(guī)律性差異。陽坡巖體風(fēng)化破碎,易發(fā)生基巖崩滑和泥石流;陰坡土層厚,易發(fā)生淺層塌滑。

(4)植被。植被覆蓋率與滑坡有一定的關(guān)系,植被覆蓋率越高,發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的幾率就越小。

(5)降雨。在具備滑坡的地形、地質(zhì)條件下,降雨在很大程度上是滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素,特別是暴雨和綿綿細(xì)雨的危害性更大。

(6)水系。在水系較為發(fā)達(dá)的區(qū)域,尤其是河流湖泊附近,發(fā)生泥石流滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的可能性較大。

(7)人類活動(dòng)。隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大,近年來由于城鎮(zhèn)建設(shè),三峽移民搬遷、交通設(shè)施和通訊設(shè)施的建設(shè)、礦山開采等活動(dòng),對(duì)山體斜坡的改造力度不斷加強(qiáng),破壞作用亦日趨嚴(yán)重,常造成地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法流程

采用層次分析法與 GIS相結(jié)合的方法計(jì)算研究區(qū)內(nèi)評(píng)價(jià)單元的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù)[10-16],從而得到研究區(qū)危險(xiǎn)性區(qū)劃圖。危險(xiǎn)性指數(shù)計(jì)算模型的表達(dá)式為:

式中,Wj為第j單元的危險(xiǎn)性指數(shù);θi為控制地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度的i類因素的作用權(quán)重;Qi為控制地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)程度的i類因素的評(píng)分;n為評(píng)價(jià)因子的個(gè)數(shù)。

選取7種評(píng)價(jià)因子進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)(表3),其權(quán)重結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)與該區(qū)的實(shí)際情況利用AHP模型計(jì)算而確定,然后利用MAPGIS空間分析平臺(tái),按1 km×1 km的評(píng)價(jià)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,利用公式(1)通過地圖代數(shù)運(yùn)算,在MAPGIS空間分析平臺(tái)上按1 km×1 km評(píng)價(jià)單元的最終得分值,在空間分析中提取各單元的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性指數(shù),并對(duì)其進(jìn)行離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化后,利用網(wǎng)格化后數(shù)據(jù)得出地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合等值線圖及危險(xiǎn)性區(qū)劃圖[9,17](表 4,圖 5,圖 6) 。

表4 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的等級(jí)劃分Table 4 Order division of the geological hazards

圖5 昌都縣地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)圖Fig.5 Geological hazard risk zone division into

4 地質(zhì)災(zāi)害解譯結(jié)果分析

根據(jù)上述評(píng)價(jià)分析,將昌都縣危險(xiǎn)性區(qū)劃分為:1個(gè)地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū),6個(gè)中危險(xiǎn)區(qū),14個(gè)低危險(xiǎn)區(qū),2個(gè)無危險(xiǎn)區(qū)。

(1)地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)占昌都縣總面積的0.42%,主要分布在昌都縣城一帶,縣城內(nèi)滑坡、崩塌、泥石流較多,人文活動(dòng)頻繁,同時(shí)214國(guó)道和317國(guó)道都在該區(qū)內(nèi)。區(qū)內(nèi)為高山地貌,海拔在 3 100～4 500 m,相對(duì)切割深度達(dá)1 000 m以上,地形坡度多大于35°,局部地段近于直立,為瀾滄江窄谷區(qū),多為“V”型;構(gòu)造上受俄洛橋斷裂帶與額哎普斷裂帶所控制;出露地層為侏羅系泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、泥巖夾中厚-厚層泥質(zhì)粉砂巖以及第四系松散堆積層。

根據(jù)崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)與研究區(qū)危險(xiǎn)性區(qū)劃圖疊加分析,大部分地質(zhì)災(zāi)害都發(fā)生在本區(qū)。危險(xiǎn)較大的主要是滑坡和崩塌,危及城鎮(zhèn)重要設(shè)施、交通干線及居民的安全。據(jù)實(shí)地調(diào)查,目前這些危害嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)大部分都已得到治理,但還有少部分正在治理當(dāng)中。

(2)地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)占全縣總面積的3.43%,主要分布在卡若鎮(zhèn)、俄洛鎮(zhèn)、拉多鄉(xiāng)、嘎馬鄉(xiāng)、柴維鄉(xiāng)、約巴鄉(xiāng)等地,分布區(qū)人類活動(dòng)較多。區(qū)內(nèi)主要為高山、極高山地貌,相對(duì)切割深度 1 000～2 000 m,地形坡度 30°～45°,局部地段近直立,河(溝)谷呈“V”型;主要的構(gòu)造有額哎普斷裂帶和妥壩斷裂帶、桑多—吉塘斷裂帶;主要出露侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系地層,巖性以泥巖、頁巖、安山巖、灰?guī)r和礫巖為主。

地質(zhì)災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害亦為滑坡、崩塌,主要危害到317國(guó)道、縣內(nèi)交通公路和附近居民的安全,需要對(duì)其范圍采取地質(zhì)災(zāi)害防治措施。

(3)地質(zhì)災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū)占全縣總面積的18.56%,分布在妥壩鄉(xiāng)、日通鄉(xiāng)、如意鄉(xiāng)、柴維鄉(xiāng)、拉多鄉(xiāng)等地,人類活動(dòng)較少。區(qū)內(nèi)為高山地貌,切割深度在1 000 m左右,地形坡度為30°～40°,局部較陡;構(gòu)造上屬于額哎普斷裂帶與妥壩斷裂帶;出露地層有侏羅系、三疊系、侏羅系,巖性為砂巖、泥巖、粉砂巖、頁巖;植被覆蓋率為中等。

地質(zhì)災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū)是已有地質(zhì)災(zāi)害較為分散的區(qū)域,災(zāi)害發(fā)生較少。地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)主要沿公路沿線分布,主要是危害公路的暢通和附近居民的安全。

(4)無地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)。無地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)占全縣總面積的77.59%,分布于瀾滄江、昂曲、扎曲、色曲兩側(cè)高山、極高山地區(qū),基本上無人類活動(dòng)。主要為高山地貌,海拔一般在4 000 m以上。

5 結(jié)論與討論

(1)充分利用遙感技術(shù)、已有的地質(zhì)調(diào)查資料和實(shí)地野外資料結(jié)合,建立了研究區(qū)ETM+衛(wèi)星數(shù)據(jù)的崩塌、滑坡、泥石流地質(zhì)災(zāi)害解譯標(biāo)志。本次研究的過程中,主要使用的是 ETM+衛(wèi)星數(shù)據(jù),但在昌都縣城關(guān)鎮(zhèn)地區(qū)選用了高分辨率的IKONOS遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù),提高了災(zāi)害發(fā)生重點(diǎn)區(qū)的解譯精度,也有助于本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生因素的分析。

(2)根據(jù)對(duì)重點(diǎn)區(qū)城關(guān)鎮(zhèn)一帶的實(shí)地調(diào)查,發(fā)現(xiàn)城關(guān)鎮(zhèn)大部分崩塌、滑坡的發(fā)生與人類活動(dòng)關(guān)系密切,大多數(shù)的崩塌、滑坡都產(chǎn)生于道路、河流沿線附近。

(3)研究過程中,利用 GIS管理和空間分析功能,統(tǒng)一了昌都縣地質(zhì)-地形等基礎(chǔ)資料、已有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)調(diào)查資料和利用遙感技術(shù)提取的各類信息資料的投影參數(shù)和投影類型,建立了地質(zhì)災(zāi)害資料信息庫,為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)分析和預(yù)防規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。

另外,由于事物是在不斷變化的,評(píng)價(jià)區(qū)劃的高危險(xiǎn)區(qū)與低危險(xiǎn)區(qū)隨著時(shí)間的推移及其他條件的變化可以相互轉(zhuǎn)化。高危險(xiǎn)區(qū)如果政府防災(zāi)意識(shí)增強(qiáng)、興建抗災(zāi)建筑、居民點(diǎn)的合理布局等措施有可能降為中危險(xiǎn)區(qū)或低危險(xiǎn)區(qū);同樣,在低危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)如果 實(shí)施過度的人文-經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng),危害的程度也會(huì)隨之加大。

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