都江堰龍溪河流域典型泥石流物源演化特征遙感監測

姚維益, 常 鳴, 李為樂

(1.成都理工大學 地球物理學院, 成都 610059; 2.都江堰市國土資源局, 四川 都江堰 611830;3.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, 成都 610059)

“5·12”汶川地震觸發了大量的崩塌滑坡地質災害，具備數量多、規模大、類型復雜等特點，直接為震后暴雨型泥石流的暴發提供了豐富的固體松散物質[1-2]。震后相鄰汛期內暴發的泥石流災害，已成為嚴重威脅震區人民生命財產安全的主要地震次生災害。由此在今后開展震后暴雨誘發泥石流研究時，重點應針對震后泥石流溝內的物源情況進行綜合分析歸納，以期泥石流物源的分布規律及動態變化特征，對今后震區泥石流的防災減災工作具有重要的指導意義[3-4]。

汶川地震后，四川境內出現大量泥石流活動事件。2010年8月13日，綿竹市清平綿遠河流域大規模群發性泥石流暴發，其中文家溝泥石流最為嚴重，沖出約400萬m3固體物質，淤平了下游近3.5 km的河道，迫使綿遠河改道導致洪水泛濫淹沒大量房屋和農田，大約超過6 000人受災[5-6]。同一時間內，汶川震中映秀鎮周圍也暴發大規模群體泥石流，威脅最大的為紅椿溝泥石流，其沖出的固體堆積物進入岷江，堵塞岷江河道并迫使河水改道，淹沒震后重建的映秀新城，迫使8 000余人轉移[7-8]。同一時刻，四川省都江堰市龍溪河流域同樣暴發群體泥石流。伴隨著大量松散固體物質匯集導致龍溪河整體抬升近5 m，沿河的大部分道路及房屋受到毀壞，造成了5.5億多元的經濟損失[9-11]。

在地質災害的變化規律研究上，利用多期高分辨率遙感影像能夠反映其變化規律，對災害的動態發展趨勢展開預測評估，能更好的服務于管理部門的決策。通過1999年4月、2001年6月及2004年7月三期遙感影像，對臺灣大甲溪河斜坡的動態變化進行分析，建立增加滑坡隨時間變化減少的模型，為臺灣相關部門提供管理依據[12]。為確定臺灣地區泥石流在汛期的警戒值，同樣對臺灣地區十年內泥石流流域內的崩塌滑坡變化展開解譯，研究泥石流物源在暴雨后的變化規律，經過十年的對比解譯分析其變化規律[13]。利用多期衛星影像數據對臺灣集集地震震后1999—2005年6 a間里的滑坡進行解譯，發現大部分滑坡已經開始植被恢復，結合野外調查發現植被覆蓋率已達到89.69%[14]。本文選取都江堰龍溪河流域五條泥石流作為研究對象，獲取研究區范圍內2007年9月18日、2009年2月10日、2011年4月16日、2015年4月15日及2016年2月26日5期高精度的遙感影像，開展研究區泥石流流域內崩塌滑坡體的遙感解譯工作，充分結合野外調查數據，研究震后幾年間泥石流流域內物源的動態變化特征，指導當地居民開展行之有效的避險及恢復重建工作，為政府提供科學的防災減災建議。

1　研究區概況

本文以都江堰龍池場鎮龍溪河下游為起點，沿水系往上2 km至李泉太泥石流結束，在4.3 km2內的研究區范圍內共計5條泥石流溝被選為研究對象。研究區內的泥石流屬于活動性較弱的低頻泥石流溝，在地震前均為清水溝，在經歷地震后受強降雨影響5條泥石流溝都相繼暴發大規模泥石流。

龍溪河流域地形起伏復雜，地勢整體上北高南低，流域相對高差2 440 m。龍溪河流域長18 km，溝床平均縱比降達130‰。流域內支溝呈樹枝狀分布，主溝兩側發育多條泥石流溝，溝縱比降在370‰～580‰。流域內山坡坡度在多在30°～70°。總體上龍溪河流域具有山高、坡陡和溝床比降大的地形特征，有利于降水的匯集和坡面上松散物質隨地表徑流的下泄運移。

2　高精度遙感影像獲取與分析

在收集到的影像數據中，由于不同衛星搭載的傳感器不同，所獲取的數據質量、格式和大小也存在差別，地物信息表達的側重點也不一樣，根據研究區泥石流流域內崩塌滑坡體分布特征，本文所選取的主要遙感影像為：地震前2007年9月1日獲取的15 m的分辨率遙感影像；2009年2月10日獲取的分辨率為2.5 m的法國Spot-5衛星影像；2011年4月26日獲取的分辨率為0.61 m的Quickbird影像；2015年4月15日及2016年2月26日獲取的分辨率為0.46 m的Worldview-2影像，覆蓋整個研究區在內的5條泥石流溝，見表1。

結合遙感影像特征，本文以震后2009年02月10日分辨率為2.5 m的Spot-5影像為例，根據崩塌滑坡在遙感影像上的特征，建立研究區泥石流流域內滑坡的解譯標志識別，現選取4條泥石流溝內典型的滑坡進行判識，見圖1。

圖1A是李泉太溝內的一個典型的大滑坡物源，滑坡呈長條形，從航空影像上很明顯的可以看出，在地震后已經發生滑動，由于滑坡體厚度比較深，有大量的堆積物堆積在滑坡體下段和泥石流的溝道內。從堆積物的影像結合DEM的立體顯示方式，可以看出該滑坡厚度較厚，滑坡體產生的碎屑物質較多，大多擁堵在泥石流溝里，在紋理上有土體整體下滑的破碎紋理。

表1　研究區泥石流獲取的影像數據信息

圖1汶川地震后研究區內典型滑坡影像解譯

圖1B是沙子坪溝內的典型的大滑坡，從遙感影像中可以看出，滑坡體形態上呈長條形，后緣寬度較窄，沿滑動方向有橫向逐漸變寬發展的趨勢，從滑坡體后緣的影像中可以看出滑坡已經發生整體滑動，坡面紋理起伏不平，能夠明顯的分辨出堆積區和泥石流溝道相接。

圖1C是麻柳槽溝內的大滑坡，滑坡表面形態呈簸箕形。從影像上初步判斷，坡體表面堆積有大量綠色喬木，滑坡體厚度較厚，滑坡下部出現大量的松散堆積體，該滑坡物源方量較大。從影像上還可以很明顯的分辨出，有大量的堆積物堆積在泥石流溝道內，在泥石流暴發時，可以很快轉變為泥石流物源，進入泥石流溝道加入泥石流運動中。

圖1D是水打溝泥石流內典型的大滑坡，滑坡后緣表面形態呈圍椅形。從影像上很明顯的可以分辨出，滑坡體的長度遠大于寬度，坡體表面堆積有大量的松散固體顆粒。滑坡體表面滑動痕跡在紋理上表現明顯，很可能會發生再次滑動并加入泥石流活動中。

通過對2007年9月18日、2009年2月10日、2011年4月16日、2015年4月15日及2016年2月26日五期高精度遙感影像的解譯，得到隨著時間的推移泥石流物源演化的動態規律。“5·12”汶川地震前，研究區滑坡體極少發育，數量有限，因此本文采用了2007年09月01日經波段融合后15 m的ETM影像，能夠反映出震前滑坡的特征，見附圖1；“5·12”汶川地震后，研究區泥石流流域內的崩塌滑坡體特別發育，數量巨大，為此特意選取2009年02月10日2.5 m分辨率的Spot-5影像，能夠清晰的勾勒出因地震誘發的崩塌滑坡體特征，見附圖2；“8·13”暴雨發生后，研究區泥石流流域內的崩塌滑坡體與震前相比新增及擴大顯著，大部分地質災害體在震前崩塌滑坡的基礎上擴張形成，為了更加細微的區分辨別崩滑體動態變化，本文采用2011年4月26日分辨率為0.61 m的Quickbird影像，高分辨率的遙感影像能準確辨識出崩塌滑坡體的細微變化，見附圖3。

為了能夠動態的探索研究區泥石流流域內崩塌滑坡體的演化規律，本文繼續收集了研究區2015年4月15日及2016年2月26日獲取的分辨率為0.46 m的Worldview-2影像，開展詳細的地質災害體解譯，見附圖4、附圖5。本文利用五期遙感影像詳細識別出不同時期研究區泥石流流域內的地質災害體，對分布于泥石流流域范圍內的厚度為數米的小型淺層滑坡以及厚度數百米的大型深層崩塌滑坡，都能夠從影像上解譯出來。

3　研究區泥石流物源動態演化特征

經過將“5·12”震前ETM影像、“5·12”震后Spot-5影像對比解譯，發現大量的崩塌滑坡體在研究區泥石流溝道兩岸集中分布，特別是一些淺層小規模滑坡體大量分布在離溝道兩側的下游區域，規模較大的深層滑坡也已經在泥石流流域內發育。一部分的崩塌滑坡體在震后“懸掛”在斜坡陡峭的后壁，在遇到極端的降雨條件下能夠迅速發生滑動；一部分滑坡體堆積到泥石流溝道中，泥石流開始運移后，它們會擴大泥石流的規模和危險范圍。經過調查統計，物源新增及擴大的面積由震前的0.10萬m2增加到汶川地震后的41.18萬m2，增長率為99.76%，見表2；為了調查震后暴雨誘發崩塌滑坡體向泥石流轉化的能力及崩塌滑坡體的動態演變特征，本文采用2011年4月26日Quickbird的全色遙感影像對暴雨后研究區泥石流流域內的崩塌滑坡體開展詳細解譯工作。結果發現在強降雨過程的影響下部分大型滑坡局部發生變形，這一類滑坡體的面積與原有滑坡體面積相比較產生明顯的形變，促使松散固體物質逐漸推移到泥石流溝道中；同時，強降雨誘發大量新崩塌滑坡產生，土壤的孔隙水壓力在降雨影響下顯著升高，降低了滑坡體的整體抗滑力，最終導致了滑坡體失穩。2010年暴雨誘發泥石流事件后，物源新增及擴大的面積在41.18萬m2基礎上又增加了8.29萬m2，增長率為16.72%，見表3；2007—2016年研究區5條泥石流各流域內崩塌滑坡體與總物源的新增及擴大的面積比率逐年下降，在暴雨條件下比率有所上升，但總體呈下降趨勢，見表3，結果表明震后這些年間崩塌滑坡體逐漸趨于穩定，生態環境得到有效恢復。

表2　研究區泥石流流域內不同時期崩塌滑坡面積統計

表3　研究區泥石流流域內不同時期崩塌滑坡面積變化統計

同時物源新增及擴大的個數由震前的1個增加到汶川地震后282個，增長率為99.65%，見表4；通過影像解譯還發現大量的崩塌滑坡體分布在泥石流溝道兩側上游，降雨發生后，長時間在雨水侵蝕下逐漸向泥石流形式轉換，2010年暴雨誘發泥石流事件后，物源新增及擴大的個數在282個基礎上又增加了47個，增長率為16.72%，見表5；經過統計2007—2016年研究區內5條泥石流單溝內及總物源新增及擴大的個數比率逐年下降，在暴雨條件下雖有所上升，但總體呈下降趨勢，統計結果表明汶川地震后隨時間的推移崩塌滑坡體逐漸趨于穩定，數量增長率逐年下降。

表4　研究區泥石流流域內不同時期崩塌滑坡個數統計

表5　研究區泥石流流域內不同時期崩塌滑坡面積變化統計

4　結 論

(1) “5·12”汶川地震對研究區范圍內的居民生產生活造成嚴重的影響，本文獲取了研究區范圍內個時期高精度的遙感影像，經過幾何校正后分析崩塌滑坡體的主形態、色調、陰影及紋理等特征，建立研究區泥石流流域內崩塌滑坡體的判識標志；

(2) 通過多期高分辨率遙感影像解譯，汶川地震后崩塌滑坡體的面積由震前的0.10萬m2增加到41.18萬m2，增幅達99.76%；同時崩塌滑坡體個數由震前的1個增加了283個，增幅達99.65%，統計結果表明地震促使大量的物源產生，面積比例增加很高，極大威脅了災區群眾的生命財產安全；

(3) 通過統計震后暴雨事件導致的崩塌滑坡的個數及面積，得到研究區物源新增及擴大滑坡面積為8.29萬m2，增幅達16.72%；個數增加了47個，增幅達14.24%。證明了在極端降雨條件下可以誘發大量崩塌滑坡體，加劇了該區域泥石流暴發的強度及頻率；

(4) 自2008年地震以來，通過對研究區5期遙感影像的高精度解譯，發現崩塌滑坡體面積及個數的增長速率逐年降低，初步反映出這些物源逐漸趨于穩定，生態環境恢復良好。

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