基于Worldview2數據的岫巖縣地質災害遙感解譯與分析

王曉志

吉林省地質調查院，吉林 長春 130102

0 引言

遙感解譯應用于地質災害調查中具有宏觀、動態、綜合、快速、多時相及多分辨率等技術優勢，在地質災害(崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷)識別方面,較常規方法有明顯的優勢，并能快速提供大面積地區的位置、分布、范圍、規模、類型、發育環境等數據和圖件。尤其是近幾年來遙感技術的飛速發展、遙感數據分辨率的不斷提高，遙感軟、硬件條件的不斷改善，為地質災害調查提供了便利條件[1-3]。

本文以接收的Worldview2衛星遙感數據（分辨率全色0.7 m，多光譜2.8 m）為主要信息源，經遙感圖像處理形成工作區遙感圖像，以人機交互判讀、目視解譯及野外實地調查相結合，對岫巖縣的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質災害進行遙感解譯工作，分析區內地質災害形成原因、分布規律及發育程度，從而進一步評價其影響、危害，及災害危險性分區結果。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

岫巖縣位于遼寧省東南部遼東半島北部，隸屬于鞍山市管轄，地理坐標東經 122°52′～123°41′，北緯 40°00′～40°39′，總面積為 4 502 km2(圖 1)。研究區屬于長白山余脈，以低山丘陵為主，大多為構造剝蝕侵蝕地形，但在一些較大分水嶺地帶，山勢依然陡峻。從地形地勢上看，岫巖縣東北部、北部和西部地勢較高，形成一向SE傾斜的環形低山丘陵地貌，區內地形高差絕大部分為200～500 m。

研究區處于新構造運動強烈活動帶上，區內以抬升運動為主，所以地勢長期緩慢抬升，而外應力則使地表不斷遭受切割和侵蝕，因此區內地形支離破碎，溝谷縱橫，水系發育。

圖1 岫巖縣交通位置圖Fig. 1 Traf fic map of Xiuyan County

1.2 數據來源

收集到工作區2013年10月和2014年12月份兩個時相的Worldview-2數據，兩個時相數據均有四個多光譜波段，地面分辨率為2.8 m，全色波段，地面分辨率為0.7 m，經融合制成地面分辨率為0.7 m的彩色圖像，并用于確定區內地質災害的分布位置、識別地質災害類型，包括災害規模、發育程度，并圈定災害范圍。

1.3 研究方法

采用兩個時相的Worldview-2數據，以遙感技術為基本手段，在GIS技術支持下，充分發揮計算機圖像處理技術及GIS的空間分析優勢，采用以室內目視解譯為主，結合野外實地調查，綜合多部門、多學科相結合的工作方法，遵循客觀、科學、先進、系統和實用原則，充分利用遙感多種類、多波段、多時相特點，對工作區地質災害種類及分布特征進行詳細解譯。

工作流程大致劃分為信息源的選擇、圖像處理、專題信息提取、動態分析及提交成果五個階段。利用遙感圖像處理軟件將收集到的遙感數據進行計算機錄入、融合、校正、鑲嵌以及對圖像進行多功能處理，同時輸出比例尺為1/5萬的遙感影像圖。建立不同類型災害的遙感解譯標志，根據解譯標志，以目視解譯、人機交互判讀及野外實地調查，提取工作區內的各種地質災害基本信息。

2 地質災害遙感解譯

地球表面上的各種物體受自然環境和人類活動的影像及對電磁輻射特征的差異，在遙感圖像上表現為不同色調及不同的影紋圖案，在遙感圖像上通過直接判讀和相關分析可能推斷其物質基本屬性特征，再經過野外地質查證，建立與修正遙感解譯的標志，通常采用目視解譯、人機交互以及遙感技術與GIS相結合的解譯法。本文通過對研究區滑坡、崩塌、泥石流三類地質災害進行解譯，并歸納其發育特征。

2.1 滑坡

滑坡一般都具有滑坡體、滑坡周界、滑坡壁、滑坡緣洼地、滑動面、滑動帶、滑坡床、滑坡剪出口、原始地面等要素（基本信息）。并不是自然界的所有滑坡都具備以上滑坡要素，但是滑坡后壁、滑坡體、滑動面、滑動帶和滑坡床是所有滑坡都具備的。就遙感圖像解譯而言，由于不能直接見到滑坡的地下部分，滑坡體和滑坡后壁是遙感解譯的最基本要素，其它要素視圖像分辨率及滑坡的可解譯程度而定。從高分數據遙感圖像上看，研究區的滑坡主要有以下特征：（1）滑坡后壁為圈椅狀，地形較陡，無植被，表面相對光滑，色調較淺，多為淺灰色或淺褐色[4-6]；（2）平面形態在影像上表現為舌形、半圓形、圓弧形、扇形等形態（3）滑坡體地形明顯變緩，發育階梯狀陡坎，陡坎上平臺可見植被，滑坡體從后緣到前緣地形逐漸變緩，其前端巖石破碎，形成麻點表面，無植被，色調變淺，多呈淺灰色，與周圍地物界線清晰（圖2）。

圖2 研究區滑坡遙感影像圖Fig.2 Remote sensing image map of landslide in the study area

2.2 崩塌

崩塌發生后，其崩塌前的原始斜坡位置出現明顯的崩塌壁，其下方為崩塌堆積物，在遙感圖像上較容易識別。崩塌的規模一般較小，多分布在公路和溝谷兩側陡坡處，多由人工切坡形成，或采石、露天采礦等大的采坑邊部陡坎處形成。部分崩塌形成于大型河流兩側或水庫邊部沖刷陡坎處。天然形成崩塌多形成于切割較大地區，距人類活動場所較遠，對人類生命和財產危害較小。研究區崩塌的遙感影像特征主要表現為：（1）崩塌體多分布于公路兩側人工切坡陡坎、人工采坑陡坎及河流沖刷陡坎根部；（2）平面形態在影像圖上表現為弧形、舌形或扇形等；（3）崩塌堆積物色淺，多為淺土黃色或淺淺灰白色或淺褐色，坡向垂直于后側陡坎，表面相對粗糙，無植被[7]（圖3)。

圖3 研究區崩塌遙感影像圖Fig.3 Remote sensing image map of collapse in the study area

2.3 泥石流

在遙感圖像上泥石流常沿著線性構造密集帶或環形構造邊緣呈線狀或帶狀分布，多發生在不穩定物質覆蓋的地區。通過解譯，可從遙感圖件中獲取地形陡緩特點、流域切割程度、碎屑物質豐富程度、坡面植被種類及覆蓋情況、崩滑塌不良地質現象及人類活動狀況,村鎮、工礦、公路、道橋所處位置等信息，依據這些信息確定出泥石流和潛在泥石流的危險程度、危害目標與危害程度。

（1）泥石流時空分布規律一般與區域構造及山脈走向相一致,并集中于構造帶附近或幾組斷裂構造交接部。（2）集中于末級或二級支溝或河流峽谷，流域面積通常不超過10平方千米,一般多在015～215平方千米，即“V”型谷中最多。（3）堆積區常位于溝谷出口處，縱坡 平緩，地形較開闊平直，常形成堆積扇地貌，直接危害下游村莊、農田和道路[8-10]。（4）泥石流溝谷色調多呈淺灰白色線狀或帶狀，地形平坦，表面粗糙，邊界清晰（圖4)。

圖4 泥石流遙感影像圖Fig.4 Remote sensing image map of debris flow in the study area

3 結果分析

3.1 地質災害基本特征

岫巖縣地質災害的遙感解譯、Mapgis空間分析及統計分析結果表明，研究區地質災害具有以下基本特征：（1）研究區災害類型主要有滑坡、崩塌、泥石流3種，共解譯出地質災害點626處，其中崩塌為本區的主要災害的主要類型，共解譯出504處，占災害總點數的80.5%；滑坡點8處占災害總點數的1.3%；泥石流114處，占災害總點數的18.2%。其中崩塌為本區的主要災害的主要類型，其次是泥石流，滑坡發育較少。（2）研究區內災害點主要集中在研究區西北部，且規模較大，災害較嚴重，對公路、河流、村莊以及人類生命財產造成一定的威脅，崩塌點巨型2處，大型15處，中型171處，小型316處；滑坡點中型和小型各4處；泥石流點大型4處，中型78處，小型32處。從危害程度上哈達碑鎮、偏嶺鎮、牧牛鄉、大房身鄉、前營子鎮對道路河流、道路以及人類生命財產威脅性較大外，其余災害點威脅對象主要為周邊農田及鄉村道路。

3.2 地質災害發育程度分區

根據區內各災害的波及范圍對研究區地質災害發育程度進行分區，利用災害百分比通過MapGIS空間分析功能繪制岫巖縣地質災害發育程度等值線圖（圖5），地質災害發育程度按單位面積地質災害分為重度災害區（＞10%）、中度災害區（1%-10%）、輕度災害區（1‰-1%）及基本無災害區（＜1‰）進行分級。地質災害分布特征大致為：

（1）重度地質災害發育區主要分布于岫巖縣的西部及西北部，有大致呈北東-南西帶狀分布，西北角牧牛鎮內有17 km2的重度地質災害，大約有6條泥石流溝，為泥石流災害發育區；三家子鎮西部有7.7 km2的重度地質災害發育區，區內有3條中型泥石流溝，為泥石流災害發育區；龐家堡子以西7.3 km2范圍內發育兩條中型泥石流溝，為泥石流災害發育區；張家北溝北東在4.2 km2內有2處大型崩塌，為崩塌發育區；偏嶺鎮有多處重度災害區，最大1處面積約10.5 km2內發育2處巨型崩塌和2處大型崩塌災害。

圖5 研究區遙感解譯地質災害分布圖Fig.5 Geological hazard distribution map of remote sensing interpretation in the study area

（2）中度災害主要分布于岫巖縣西部及西北部，多位于重度災害區外圍，沿石灰窯鎮-三家子鎮一線呈北東向帶狀分布，面積最大的一處分布于哈達碑鎮的于家大院-三道溝一帶，并向南進入石灰窯鎮，面積近190 km2，為一南部的泥石流為主，北部見以崩塌為主的中度災害區。

（3）輕度災害區主要分布于岫巖縣西北部呈北西向帶狀，中度災害區的外側最大面積近490 km2為泥石流崩塌混合型；另外石廟子鎮西北部有87 km2的輕度災害分布區，為崩塌災害區。綜上所述，重點災害區、中度災害區以及輕度災害區主要分布在研究區的西部及西北部。（圖6）

圖6 岫巖縣遙感解譯地質災害發育程度等值線圖Fig.6 Geological disaster development contour map of remote sensing interpretation in Xiuyan County

3.3 地質災害影響因素

（1）地質災害與氣象水文的關系

研究區多年平均降水量為840.2 mm[11]，是地質災害的主要誘發因素，東北部、西部和北部受降雨的影響，土質松軟、水土流失、基巖廣泛出露，區內降雨量大且急，裸露的基巖易遭受風化和雨水的侵蝕，導致沿松散堆積層與基巖界面產生崩塌或滑坡。

（2）地質災害與地形地貌的關系

研究區以低山丘陵為主，大多為構造剝蝕侵蝕地形，但在一些較大分水嶺地帶，山勢依然陡峻。東北部、北部和西部地勢較高，形成一向SE傾斜的環形低山丘陵地貌，區內地形高差絕大部分為200～500 m。這種周圍高向中部和東南部迅速降低的地勢，形成了該縣山坡陡峭，溝谷短小而急促的地形特點，使大部分山谷呈“V”型。這種地形有利于各種地質災害的發生和發展。

（3）地質災害與坡度的關系

坡度影響著土壤流失與成土的速率，是控制水土流失的主要因素之一，坡向的不同則導致山坡的土體含水量、風化程度等存在顯著差異。因此，坡度和坡向將直接影響到地質災害的類型及發育程度。區內山坡坡度較陡，其中大于25°坡為最普遍。45°以下山坡殘坡積物豐富，45°以上山坡基巖裸露較多，殘坡積物少。30°～45°的山坡上松散堆積物一般均處于極限平衡狀態，遇到外力誘發，極易沿松散層或基巖界面產生崩滑。

4 結論

利用兩個時相Worldview-2數據，在充分發揮計算機圖像處理技術及GIS的空間分析優勢，采用以室內目視解譯為主，結合野外實地調查，建立地質災害解譯標志，快速、準確解譯出岫巖縣地質災害點共計626個，其中崩塌為本區的主要災害的主要類型，共解譯出504處，占災害總點數的80.5%，其中巨型2處，大型15處，中型171處，小型316處；解譯出滑坡點8處，中型和小型各4處，占災害總點數的1.3%，；解譯泥石流114處，占災害總點數的18. 2%其中大型4處，中型78處，小型32處。

根據區內各災害的波及范圍對研究區地質災害發育程度進行分區，利用災害百分比通過MapGIS空間分析功能繪制岫巖縣地質災害發育程度等值線圖，地質災害發育程度分為重度災害區、中度災害區、輕度災害區及基本無災害區，重度災害區和中度災害區主要分布在研究區的西部和西北部。

對遙感解譯地質災害點與地形地貌、氣象水文以及坡度進行疊加分析，結果表明地形地貌、氣象水文以及坡度是影響岫巖縣地質災害發生的主要因素。