基于RS的林芝-加查段泥石流源地信息提取

王高峰，唐 川，高幼龍，李為樂

(1.中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北保定 071051;

2.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川成都 610059)

基于RS的林芝-加查段泥石流源地信息提取

王高峰1,2，唐 川2，高幼龍1，李為樂2

(1.中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北保定 071051;

2.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川成都 610059)

為研究泥石流災害對西藏雅魯藏布江林芝-加查段沿線的影響與危害，基于遙感手段開展了林芝-加查段沿線泥石流源地物源及冰川水文信息特征的提取研究與分析。研究結果表明：林芝-加查段沿線泥石流源地物源分布具有不均勻性；源地冰川分布具有不平衡性；沿線泥石流源地的物源在冰川融水及冰川型泥石流過后更加發育，積累的松散物質更加豐富，導致泥石流源地物源進一步復活并產生大量新物源，從而使沿線泥石流發生頻率增高，規模增大。

西藏；雅魯藏布江；泥石流；源地；遙感；冰川

1 研究區概況

本文以西藏雅魯藏布江林芝-加查段為研究區，沿線途徑林芝縣、米林縣、郎縣及加查縣。在地貌上屬青藏高原喜馬拉雅山脈與岡底斯-念青唐古拉山脈東段，且地勢從東向西遞增，由于經過多次構造運動，形成了廣大大基巖山地挾持河谷的總體地貌態勢；在構造上屬雅魯藏布江結合帶、喜馬拉雅山陸塊東部南迦巴瓦構造結合的兩側，為一強烈擠壓、碰撞、旋轉走滑、急劇伸展隆升地質構造極其復雜的造山帶，縱觀全區，斷裂構造發育，主要構造軸線呈弧形展布，次級褶皺、斷裂構造軸線呈北西-南東向；在氣候上整體屬高原溫帶半濕潤氣候區，年平均降水量680mm，年平均氣溫9.2℃，氣候特點為降水集中，雨熱同季，蒸發量大。研究區冰川地質地貌作用較強，受到多次冰期、間冰期作用，使溝道內第四系松散堆積物深厚，堆積厚度一般幾m至十幾m，個別地方甚至達到幾十乃至近百m，森林線以上寒凍風化殘坡積物發育，這些為泥石流活動提供了豐富的松散固體物源，在冰川融水或降雨的作用下，可能造成泥石流災害。

本文所提及的泥石流源地信息主要包括泥石流溝流域物源信息特征及泥石流形成區或者清水區的冰川水文信息特征。遙感技術在泥石流災害調查、分析和監測中已成為重要的信息獲取方法[1,2]。總結前人的經驗，對泥石流源地物源信息提取方面的研究有：唐川等[3]應用 Quick-bird圖像開展了城市泥石流易損性和風險性評估；LinaCW等[4]在1999年臺灣集集大地震后，通過 SPOT圖像的分析，建立了泥石流發生與松散物源類型、數量的統計模型；唐川等[5]利用震后航空遙感數據和9.24暴雨后的SPOT5數據對北川縣城泥石流源地的物源變化過程進行了分析總結，從而為汶川震區次生地質災害風險評價、預測預報和重建規劃提供科學依據。而對誘導泥石流發生的冰川水文信息提取方面，王建[6]、李邦良[7,8]、張世強[9]、李震[10]、魯安新[11]、晉銳[12]及劉時銀[13]等在不同地區做了相應的研究，取得了較好的效果。

為了分析泥石流災害對西藏雅魯藏布江林芝-加查段沿線現有公路及未來擬建線性工程的影響，進一步剖析沿線泥石流源地信息活動特征，本研究利用 RapidEye和Landast-7ETM+遙感數據相結合處理方式，對林芝-加查段沿線泥石流源地信息進行定量解譯，以掌握源地物源及冰川水文信息遙感解譯特征，為分析沿線泥石流源地信息分布特征及其發展趨勢評價提供有用的信息，同時也將為藏東南山區線性工程的預選線及日后線性工程的改擴建工程提供極大的幫助。

2 數據處理與源地信息提取

2.1 數據獲取與處理

用于提取研究區沿線泥石流源地信息的遙感數據包括2009年9月獲取的5m分辨率的RapidEye真彩色影像和2001年12月～2002年3月獲取的30m分辨率的 Landast-7 ETM+多光譜影像，所獲取的各期影像云層活動較少，數據質量較好；其他輔助數據還有研究區1∶20萬地質圖及30m×30m分辨率DEM數據。根據不同影像傳感器特點對遙感數據進行預處理，包括圖像增強、彩色合成（543）、幾何糾正、圖像鑲嵌；并進行影像精確配準，將此作為泥石流源地信息提取的基礎影像。

2.2 源地物源信息提取

研究區沿線泥石流源地物源特征的遙感調查與分析，主要利用RapidEye遙感影像數據。對于泥石流源地的滑坡、崩坡積物、溝道堆積物及森林線以上的寒凍風化殘坡積物物源特征在遙感圖像上顯示的形態、色調、影像結構等均與周圍背景存在一定的差異[5]，因此對泥石流松散物源體的形態、規模及類型均可從遙感圖像直接判讀圈定。為了認識研究區沿線泥石流源地的物源規模特征，通過遙感解譯將泥石流源地物源信息按所處泥石流流域的位置分為 4類:①溝道堆積物，根據野外調查，這類物源廣泛發育于中下游溝道內及溝床，多為第四系松散及古冰川堆積物，厚度從5～100m不等，在遙感圖像上，這一類物源的顏色呈深綠、暗綠色，如刀切紋理形狀、堆積臺階明顯，植被較好；②滑坡、崩坡積物體，厚度一般以小于10m的中小型為主，多發育在泥石流溝道流通區范圍內，在遙感圖像上，這一類物源顏色呈深色調，常常呈圈椅狀洼地形狀，縱坡較緩、個別縱坡較陡，坡面起伏不平，有零星灌木植被覆蓋，少數崩塌無植被覆蓋；③森林線與冰蝕線之間的殘坡積物，經過實地驗證，該類物源厚度多小于1m，大部分為寒凍弱風化物質；④冰蝕線以上殘坡積物，厚度大部分小于0.5m，多為寒凍強風化物質，寒凍風化物源在圖像上，顏色呈灰色、深灰色，形狀為零星斑點、坡面侵蝕溝道明顯，附近多以冰川、冰雪覆蓋，無植被。通過上述解譯調查分析，建立研究區沿線泥石流流域特征的數據庫，包括沿線泥石流溝道堆積物、滑坡、崩坡積物體、森林線以上的寒凍風化物的分布與面積，最終以 1∶150 000比例尺成圖（如圖1所示）。

圖1 研究區沿線泥石流源地物源分布圖（以DEM為底圖）

2.3 源冰川信息提取

研究區沿線冰雪作用及冰川活動較強烈，影響并誘發泥石流、滑坡等山地災害，特別是在雨季，泥石流的頻繁發生，會造成一定的經濟損失和危及人員安全。為查明源地冰川活動對研究區的影響，主要利用Landast-7 ETM+多光譜影像。作者通過運用波段比值法、主成分分析法、光譜角制圖法、非監督分類法、監督分類法等 5種分類方法對研究區沿線泥石流源地冰川信息進行分類提取結果的對比，分析得出：監督分類輔助數字高程模型（DEM）和目視補充解譯的方法對研究區冰川信息提取較為有效[14]。首先，在 ENVI軟件平臺上，根據地物的光譜特征，將研究區分為冰川、裸地、植被和耕地 4種類型，建立解譯標志。在ETM+影像上冰川呈現白色色調且較白亮；植被呈現綠色、亮綠色、暗綠色色調；裸地多呈現亮紅色色調，在有冰湖分布的區域，其在影像上顯示較明顯；耕地多呈現暗紅色色調、周圍有零星灌木覆蓋。然后，進行主層次分析、類別集群、類別篩選分類后處理，把一些容易與冰川混淆的地形陰影及周圍裸地去除，將不連續、分散的同類別監督分區合并。最后，為了客觀地檢驗使用監督分類方法從遙感影像上所獲取數據的可靠程度，要進行精度評價。本文對冰川信息提取結果的精度評價是用地表真實感興趣區來顯示一個混淆矩陣。經分析顯示，有6.50%的冰川被錯分為其他的地物類型，有11.62%的其他地物類型被錯分為冰川；其中整體分類精度達88.76%，Kappa系數達0.842 7，冰川的制圖精度為93.50%、用戶精度為88.94%。冰川提取結果最終也以1∶150000比例尺成圖（如圖2所示）。

圖2 研究區沿線泥石流源地冰川信息提取結果圖

3 源地信息提取結果分析

3.1 泥石流源地物源分布特征

從圖 1可以看出，研究區東部即林芝縣西南局部地區、米林縣、郎縣東部，沿線泥石流源地物源多以溝道松散堆積物，寒凍弱風化殘坡積物為主；研究區西部即加查縣、郎縣西部，沿線泥石流源地物源多以小型滑坡、崩坡積及寒凍強風化殘坡積物為主，這種源地物源分布的不均勻性主要與該區的氣候條件及植被覆蓋率有很大的關系。在研究區東部氣候以亞熱帶半濕潤季風氣候為主，降水集中，雨熱同季，蒸發量大，植被覆蓋較好，森林線以上冰川發育，受到多次冰期、間冰期作用，使溝道內第四系松散堆積物深厚，森林線以上寒凍弱風化殘坡積物發育；研究區西部氣候以溫帶半濕潤氣候為主，日照充足，輻射強烈，熱量低，晝夜溫差大，氣候變化異常，植被覆蓋較差，多以裸地為主，地質風化作用強烈，巖石破碎、風化嚴重，加之兩岸坡度較陡，破碎的巖體形成崩滑堆積體，泥石流源地上游冰蝕線以上多以寒凍強風化殘坡積物為主，這些物源在上游洪水或泥石流的沖刷作用下，進入溝道，參與泥石流過程。

3.2 泥石流源地冰川分布特征

從圖2可以看出，研究區中東部即林芝縣東南部、米林縣大部、郎縣東部主要以高大喬木、灌木林地為主、冰川覆蓋面積大；而研究區中西部即加查縣大部、郎縣西部主要以裸地、草木從地為主，冰川覆蓋面積小。這些地源冰川信息分布不平衡性主要與生態環境因子、降水、氣候、溫度的影響及地形地貌等因素的控制作用有關。從研究區東部到西部人類工程活動逐漸強烈，植被破壞嚴重。一方面坡度是影響冰川變化最重要的地形因子之一[15]，坡度陡的冰川消融比例大于坡度緩的冰川，經過對研究區DEM數據在GIS上生成坡度效果圖的分析可知，研究區從東部到西部泥石流溝道上緣坡度逐漸變大，導致中西部冰川比中東部冰川消融快，冰川覆蓋面積少；另一方面由于研究區中東部地區的冰川大部分位于陰坡，冰川的消融較慢，有利于冰川的發育，而西部地區則正好相反，位于陽坡，冰川的消融較快，不利于冰川發育。

4 結 語

本研究利用真彩色RapidEye及ETM+多光譜遙感影像資料，運用RS技術方法，提取了研究區沿線的泥石流源地信息，通過對提取的結果分析得出以下結論：

1）研究區沿線泥石流源地物源不均勻性分布特點，除與研究區的氣候條件及植被覆蓋率有很大的關系外，還與研究區的地層巖性、海拔高程、地形坡度的分布有一定的相關性。這些源地物源是不可能全部一次性參與泥石流的活動的，只有當這些源地物源分布位置及補給方式滿足溝道內泥石流啟動的條件時，它們才會參與到泥石流中去。這種源地物源分布不均勻性特點也造成了該區泥石流分布的不均勻性。

2）研究區泥石流源地的物源在冰川融水及冰川型泥石流過后更加發育，積累的松散物質更加豐富，導致泥石流源地物源進一步復活并產生大量新物源，從而使該區沿線泥石流發生頻率增高，規模增大。

[1] Weissel JK,Stark C P,Hovius N.Landslides Triggered by the 1999Mw7·6 Chi Chi Earthquake in Their Relationship to Topogra-phy[C].Geoscience and Remote Sensing Symposium· IGARSS01IEEE,2001,2:759-761

[2] 李鐵鋒,徐岳仁,潘懋,等.基于多期SPOT 5影像的降雨型淺層滑坡遙感解譯研究[J].北京大學學報：自然科學版,2007,1 (3):1-7

[3] 唐川,張軍,萬石云,等.基于高分辨率遙感影像的城市泥石流災害損失評估[J].地理科學,2006,26(3):358-368

[4] LinaCW,Shieh C L,Yuan BD.Impact of Chi-ChiEarthquakeon the Occurrence of Landslides and Debris flows:Example from the Chenyulan Riverwatershed,Nantou,Taiwan[J].Engineering Geology，2003，71：49-61

[5] 唐川,丁軍,梁京濤.汶川震區北川縣城泥石流源地特征的遙感動態分析[J].工程地質學,2010,18(1):1-7

[6] 王建.衛星遙感雪蓋制圖方法對比與分析[J].遙感技術與應用,1999,14(4):29-36

[7] 李邦良.瓊西北地區冰川地貌陸地衛星TM圖像解譯[J].國土資源遙感,1998(3):90-94

[8] 李邦良,李志中,韓同林.內蒙古東部大陸冰川地貌衛星圖像解譯[J].地質力學學報,1999,5(3):89-95

[9] 張世強,盧健,劉時銀.利用高光譜圖像提取青藏高原喀喇昆侖山區現代冰川邊界[J].武漢大學學報：信息科學版,2001,26 (5):435-440

[10]李震,孫文新,曾群柱.綜合RS與GIS方法提取青藏高原冰川變化信息—以布喀塔格峰為例[J].地理學報,1999,54(3): 263-268

[11]魯安新,姚檀棟,劉時銀,等.青藏高原各拉丹東地區冰川變化的遙感監測[J].冰川凍土,2002,24(5):559-562

[12]晉銳,車濤,李新,等.基于遙感和GIS的西藏朋曲流域冰川變化研究[J].冰川凍土,2004,26(3):261-266

[13]劉時銀,上官冬輝,丁永建,等.基于RS與GIS的冰川變化研究—青藏高原北側新青峰與馬蘭冰帽變化的再評估[J].冰川凍土,2004,26(3):244-252

[14]王高峰,張廷斌，張建平，等.遙感影像的冰川信息提取方法對比[J].地理空間信息,2010,8（3）:43-46

[15]程尊蘭,田金昌，張正波，等.西藏江河堵潰災害及成災環境分析[J].災害學,2009,24(1):26-30

（Page:61）

Inform ation Extraction of Debris Flow Source Areas Based on Rem ote Sensing Imagesalong Linzhi-Jiacha in Tibet

by WANG Gaofeng

In order to research of the debris flow hazardswhich can affect and harm in the Linzhi-Jiacha railway along the Yarlung Zangbo River in the TibetAutonomous Region,we had been used remote sensing to research and analysis the material sources and glacier hydro-logical information of debris flow.The results of the study indicated that the material sources distribute unevenly,the source of glacier distribution was imbalance.After snow melt and glacier type mud flow,the material sources were more development,the accumulation of the loose material were richer.So debris flow original area can produce the massive new material sources,it can lead debris flow have the characteristics of high frequency and large scale.

Tibet Autonomous Region,Yarlung Zangbo River,debris flow,original area，remote sensing，glaciers

P237

B

1672-4623(2012)03-0061-03

2011-09-27

項目來源：國土資源部公益性行業科研專項資助項目（201111024）。

王高峰，碩士，主要從事地質災害調查與監測預警研究工作。