基于 RS和 GIS的西藏昌都縣地質災害危險性評價

劉 歡,朱谷昌,,劉海利,張建國,歐陽華平

(1.中南大學地球科學與信物物理學院,長沙410083;2有色金屬礦產地質調查中心,北京100012)

0 引言

近年來,隨著全球災害性氣候的增多和人類工程活動的加強,崩塌、滑坡和泥石流等地質災害活動也趨向頻繁,嚴重影響了國民經濟建設、社會的穩定及人民生命財產安全。地質災害危險性評價是隨著地質災害的日趨嚴重和相關學科理論與技術的發展而興起的,特別是引進了遙感(RS)和地理信息系統(GIS)方法之后,縮短了危險性評價數據獲取的周期,提高了數據的精度,便于各類信息的集成分析,同時也促進了該領域的迅速發展[1]。

在昌都縣進行了地質災害詳查、收集地質和社會經濟資料的基礎上,通過RS地質災害解譯、統計分析方法確定危險性評價7個主要影響因素,采用層次分析法與 GIS相結合的方法進行了地質災害的危險性評價,并利用 GIS進行快速分析評價及制圖,有很好的借鑒意義。地質災害的危險性是指地質災害發生活動的可能性[2],利用RS和 GIS開展昌都縣地質災害調查和評價應用研究,對于制定區域地質災害防治規劃,部署與實施地質災害勘察與防治工作具有重要意義。

1 地質環境條件

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、貢覺縣毗鄰。地理坐標介于東經 96°42′—97°58′,北緯 30°44′—32°19′之間,總面積10 652 km2。昌都縣地勢北高南低,東西呈“W”形。高原寒溫帶季風性氣候混雜,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,經歷了加里東期—喜山期多期構造運動的影響,但巖漿活動和變質作用微弱。使大片中生代地層發生構造變形的是燕山運動,形成了區內5條較大的斷裂展布和左行雁列的復式背、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、安山質凝灰巖、英安巖、斑巖等;變質巖主要有千枚巖、片巖等。

2 地質災害遙感解譯特征分析

根據對研究區已有資料的分析與總結,主要地質災害類型有滑坡、崩塌和泥石流。根據對這3種地質災害的ETM+影像特征分析,建立了解譯標志(表1)。在重點區中,采用高分辨率 IKONOS數據進行真彩色合成,同時建立解譯標志[3-5](圖1)。根據解譯標志,采用人機交互方式對研究區的3種地質災害進行了遙感解譯工作。

鑒于遙感信息的多解性,開展了適量的遙感野外驗證工作,對室內遙感解譯建立的3種地質災害解譯標志進行修改和完善,驗證室內解譯的效果(圖2,圖 3)。

表1 地質災害遙感解譯標志Table 1 Remote sensing interpretation marks of geological hazards

圖1 遙感解譯標志Fig.1 Remote sensing interpretation marks

圖2 崩塌點的遙感解譯圖像和實地驗證照片Fig.2 The remote sensing interpretation of slumping and the on-the-spot check photo

圖3 研究區遙感調查路線圖Fig.3 Sinvestgation line for remote sensing interpretation in the study area

遙感信息提取和統計中應用MAPGIS軟件,以實現屬性數據的管理和成果圖件的制作。具體實施步驟:①在PCI軟件中進行遙感影像處理[6],并轉為Geotiff格式;②利用 MAPGIS中“圖像分析”工具將Geotiff轉換為MAPGIS默認的圖像文件(MSI)格式;③在MAPGIS軟件中建立地質災害的屬性信息字段,進行地質災害的初步提取[7-9](表2,圖4)。

3 地質災害危險性評價指標

地質災害的危險性是指存在地質災害的風險區發生不同程度地質災害活動的可能性,危險性評價即為通過對歷史地質災害活動程度及可能引起地質災害活動的各種因素進行綜合的分析研究,確定地質災害可能的危險區位置范圍、概率等。地質災害的危險性指標有很多,根據研究區的特點,本文分別選取了7個因素作為危險性評價因子,其權重結合前人的經驗與該區的實際情況利用A HP模型計算而確定(表3),具體影像如下:

圖4 研究區解譯地質災害點分布圖Fig.4 Map showing geological hazard distribution in the study area

表2 地質災害分類統計Table 2 Statistics of geological hazards

表3 昌都縣地質災害評價要素Table 3 Evaluation elements for the geological hazards

(1)地質構造。主要是指褶皺和斷層。當地層 產狀與坡向一致時,容易沿層面發生滑動形成滑坡,特別是地層傾角小于坡角時,滑坡災害更容易發生。再者,控制區域性滑坡發育、分布最基本的構造因素就是構造線走向,當河谷走向與構造線方向垂直時,岸坡比較穩定,較少分布滑坡與崩塌;反之,當河谷走向與構造線方向一致時,處于向斜河谷的順向坡是產生滑坡的最敏感部位,滑坡的分布多沿斷裂帶成帶狀分布。

(2)地層巖性?；屡c地層巖性的關系非常密切,軟弱的地層巖性是產生滑坡的物質基礎,對滑坡影響最為主要的是巖性。同時,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。

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

(4)植被。植被覆蓋率與滑坡有一定的關系,植被覆蓋率越高,發生滑坡等地質災害的幾率就越小。

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

(6)水系。在水系較為發達的區域,尤其是河流湖泊附近,發生泥石流滑坡等地質災害的可能性較大。

(7)人類活動。隨著城市規模的擴大,近年來由于城鎮建設,三峽移民搬遷、交通設施和通訊設施的建設、礦山開采等活動,對山體斜坡的改造力度不斷加強,破壞作用亦日趨嚴重,常造成地質災害發生。

4 地質災害危險性評價方法流程

采用層次分析法與 GIS相結合的方法計算研究區內評價單元的地質災害危險性指數[10-16],從而得到研究區危險性區劃圖。危險性指數計算模型的表達式為:

式中,Wj為第j單元的危險性指數;θi為控制地質災害危險程度的i類因素的作用權重;Qi為控制地質災害危險程度的i類因素的評分;n為評價因子的個數。

選取7種評價因子進行危險性評價(表3),其權重結合前人的經驗與該區的實際情況利用AHP模型計算而確定,然后利用MAPGIS空間分析平臺,按1 km×1 km的評價單元進行數據處理,利用公式(1)通過地圖代數運算,在MAPGIS空間分析平臺上按1 km×1 km評價單元的最終得分值,在空間分析中提取各單元的地質災害危險性指數,并對其進行離散數據網格化后,利用網格化后數據得出地質災害危險性綜合等值線圖及危險性區劃圖[9,17](表 4,圖 5,圖 6) 。

表4 地質災害危險性的等級劃分Table 4 Order division of the geological hazards

圖5 昌都縣地質災害危險性分區圖Fig.5 Geological hazard risk zone division into

4 地質災害解譯結果分析

根據上述評價分析,將昌都縣危險性區劃分為:1個地質災害高危險區,6個中危險區,14個低危險區,2個無危險區。

(1)地質災害高危險區。地質災害高危險區占昌都縣總面積的0.42%,主要分布在昌都縣城一帶,縣城內滑坡、崩塌、泥石流較多,人文活動頻繁,同時214國道和317國道都在該區內。區內為高山地貌,海拔在 3 100～4 500 m,相對切割深度達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,多為“V”型;構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粉砂巖、砂巖、泥巖夾中厚-厚層泥質粉砂巖以及第四系松散堆積層。

根據崩塌、滑坡、泥石流地質災害點與研究區危險性區劃圖疊加分析,大部分地質災害都發生在本區。危險較大的主要是滑坡和崩塌,危及城鎮重要設施、交通干線及居民的安全。據實地調查,目前這些危害嚴重的地質災害點大部分都已得到治理,但還有少部分正在治理當中。

(2)地質災害中危險區。地質災害中危險區占全縣總面積的3.43%,主要分布在卡若鎮、俄洛鎮、拉多鄉、嘎馬鄉、柴維鄉、約巴鄉等地,分布區人類活動較多。區內主要為高山、極高山地貌,相對切割深度 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、灰巖和礫巖為主。

地質災害中危險區的主要地質災害亦為滑坡、崩塌,主要危害到317國道、縣內交通公路和附近居民的安全,需要對其范圍采取地質災害防治措施。

(3)地質災害低危險區。地質災害低危險區占全縣總面積的18.56%,分布在妥壩鄉、日通鄉、如意鄉、柴維鄉、拉多鄉等地,人類活動較少。區內為高山地貌,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。

地質災害低危險區是已有地質災害較為分散的區域,災害發生較少。地質災害點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)無地質災害危險區。無地質災害危險區占全縣總面積的77.59%,分布于瀾滄江、昂曲、扎曲、色曲兩側高山、極高山地區,基本上無人類活動。主要為高山地貌,海拔一般在4 000 m以上。

5 結論與討論

(1)充分利用遙感技術、已有的地質調查資料和實地野外資料結合,建立了研究區ETM+衛星數據的崩塌、滑坡、泥石流地質災害解譯標志。本次研究的過程中,主要使用的是 ETM+衛星數據,但在昌都縣城關鎮地區選用了高分辨率的IKONOS遙感衛星數據,提高了災害發生重點區的解譯精度,也有助于本區地質災害產生因素的分析。

(2)根據對重點區城關鎮一帶的實地調查,發現城關鎮大部分崩塌、滑坡的發生與人類活動關系密切,大多數的崩塌、滑坡都產生于道路、河流沿線附近。

(3)研究過程中,利用 GIS管理和空間分析功能,統一了昌都縣地質-地形等基礎資料、已有地質災害點調查資料和利用遙感技術提取的各類信息資料的投影參數和投影類型,建立了地質災害資料信息庫,為研究區地質災害監測分析和預防規劃提供了科學依據。

另外,由于事物是在不斷變化的,評價區劃的高危險區與低危險區隨著時間的推移及其他條件的變化可以相互轉化。高危險區如果政府防災意識增強、興建抗災建筑、居民點的合理布局等措施有可能降為中危險區或低危險區;同樣,在低危險區內如果 實施過度的人文-經濟開發活動,危害的程度也會隨之加大。

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