遙感技術在1∶ 5萬地質災害調查中的應用
——以廣西賀州市平桂區為例

江思義, 李海良, 邱恩露, 王 正, 石覃劍, 蘇紫涵

(1.廣西壯族自治區地質環境監測總站,廣西 南寧 530029； 2.廣西壯族自治區遙感中心,廣西 南寧 530023)

0 引言

隨著我國1∶5萬地質災害詳細調查工作的深入與完善，遙感技術在地質災害詳細調查中得到了較好的發展與應用。張茂省等論述了遙感技術在陜西省延安市寶塔區地質災害調查中的應用，并將該技術在黃土高原區地質災害調查中進行了推廣；張景華等利用遙感技術并結合地面調查，論述了四川省雅安市石棉縣地質災害類型、分布和規模；蔣培蕩論述了遙感技術在江西省吉安市永豐縣1∶5萬地質災害詳細調查中的應用，論證了遙感技術與地面調查可互補；張曉東等以寧夏中寧縣為例，論證了遙感技術既可快速查明地質災害的類型、分布和規模，也可以提高地質災害調查的效率和精度；馬思順等以云南省建水縣為例，對研究區進行災害解譯，建立了研究區的地質災害遙感解譯標志。

2018年開展的平桂區1∶5萬地質災害詳細調查，以遙感技術為先導，采用人機交互式解譯為主，遵循“先宏觀后微觀、先整體后局部、先已知后未知、先易后難”的原則進行。在充分收集平桂區基礎地理、地質、地質災害等相關資料的基礎上，利用2017～2018年度國產高分辨率遙感數據，通過對比分析，初步建立了崩塌(危巖)、滑坡、不穩定斜坡、泥石流、巖溶塌陷、采空區塌陷等地質災害的遙感解譯標志，開展地質災害及孕災背景遙感解譯，編制了系列遙感圖件并進行相關研究，為研究區開展地質災害隱患排查提供基礎數據支撐。

1 研究區概況

本次研究區范圍為賀州市平桂區行政轄區，平桂區在廣西的東北部，賀州市中部，地理位置為東經111°12′～111°41′，北緯23°52′～24°34′，面積2 022 km2。平桂區屬亞熱帶季風氣候區，春暖雨綿，夏暑酷熱，秋朗氣爽，冬少冰雪。多年平均氣溫19.9 ℃，極端最高溫度39.5 ℃，極端最低溫度-4 ℃，無凍土。雨量豐沛，雨日較多，多年平均降雨量1 533 mm，多年平均降雨日數164 d。常年主導風向為西西北，夏季為東風，平均風速1.7 m/s，瞬時最大風速40 m/s。平桂區境內有賀江、西灣河、大平河、白沙河、盤骨河、馬尾河、建新河、桂山河、沙田河、江華河、南堂河、東安河、石川河、塘灣河、水口河等河流，水力資源豐富，有中小型水庫23座，山塘67座，總庫容達0.51億立方米。平桂區北部處于萌渚嶺與大桂山山脈之間，地形較破碎；南部處于大桂山山脈影響范圍內，地勢南部高北部低。按成因類型、地形標高及地貌組合形態，可劃分為構造侵蝕、侵蝕剝蝕、構造溶蝕和侵蝕堆積地4種地貌類型，以中山和低山地貌為主。地下水類型有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。平桂區地質環境條件復雜，其北部姑婆山一帶為花崗巖地區，南部為碎屑巖地區，中部多為巖溶地區，且人類工程活動頻繁，區內主要的地質災害類型為滑坡、崩塌(危巖)，其次為不穩定斜坡、巖溶塌陷、采空區塌陷和泥石流。

2 遙感解譯方法介紹

1∶5萬地質災害詳細調查遙感解譯總體工作流程如圖1所示。

2.1 資料收集

本次地災遙感調查數據涉及到遙感數據源，包括高分1號(GF-1)遙感數據分辨率為0.5 m和高分2號(GF-2)遙感數據分辨率為0.5 m，并利用1∶5萬數字高程模型和1∶5萬數字地形圖，重點區利用1∶1萬數字高程模型和1∶1萬數字地形圖，生成坡度、坡向等專題圖，輔助開展地質災害遙感解譯。另外，收集了植被覆蓋、礦產資源分布、礦山環境等內容有關的研究報告、圖件、文字資料、數據表格等。

2.2 構建解譯平臺

主要基于ArcGIS平臺，以目視解譯為主，以1 km×1 km網格逐格進行掃面，開展廣西壯族自治區平桂區1∶5萬地質災害遙感解譯工作。以200 m×200 m格網逐格進行掃面，開展廣西壯族自治區平桂區1∶1萬重點區地質災害遙感解譯工作。

2.3 遙感圖件的制作

根據對國產高分遙感數據GF-1、GF-2等數據的波譜特征、各波段的信息量以及各波段間的相關性綜合分析，按照信息量大、波段間相關性小的原則制作縣域1∶5萬及重點研究區1∶1萬數字正射影像圖。合成的圖像盡量做到影像清晰、色彩協調、信息量大、易于判讀，以滿足不同對象的解譯要求。影像制作包括正射校正、空間配準、融合、調色、拼接、裁剪、格式轉換等工作。縣域影像正射校正需采用1∶5萬數字高程模型和1∶5萬數字地形圖進行，重點區影像正射校正需采用1∶1萬數字高程模型和1∶1萬數字地形圖進行。

圖1 1∶ 5萬地質災害詳細調查遙感解譯工作流程圖

3 地質災害遙感解譯標志

根據規范，對研究區的地質災害進行遙感解譯，初步形成如下的遙感解譯標志。

3.1 滑坡

滑坡遙感解譯標志有：(1)地形：坡體地形破碎，坡體表面起伏不平，有不均勻沉降；(2)坡形：坡形陡長，有面積不大滑坡平臺，且有下滑傾向；(3)異樣點：裂縫、地表濕地或泉水(呈斑狀或點狀深色調)、樹木(無巨大直立樹木或可見醉林)、新生沖溝(溝床窄而深)等。通過滑坡遙感解譯標志解譯出疑似滑坡后，從而能對該滑坡的位置、范圍、滑移方向、形態、坡度、周圍情況等進行進一步解譯。

研究區基本上由高分1號分辨率為0.5 m和高分2號分辨率為0.5 m的遙感影像組成，基本滿足了滑坡體識別(如圖2、圖3)，但是在實際解譯過程中，解譯僅能圈出疑似滑坡點，滑坡體的形態特征、滑坡后緣、側緣、前緣等基本要素模糊不清，解譯難度一般。

圖2 滑坡遙感解譯標志

圖3 平桂區鳳嶺滑坡圖

3.2 崩塌(危巖)

崩塌(危巖)遙感解譯標志有：(1)坡形：坡形陡峻，上陡下緩；(2)堆積體：在陡壁或懸崖下有巨大巖塊(巨石形成的陰影呈粒狀)，在斜坡平緩地段或谷底(由于表面坎坷不平影像有粗糙感)；(3)異樣點：裂縫(崩塌或危巖體上部外圍有時可見到張節理形成的裂縫影像)、堰塞湖(巨大崩塌體的上游可形成堰塞湖)、帶有瀑布的峽谷(巨大崩塌體可形成帶有瀑布的峽谷)等。通過崩塌(危巖)遙感解譯標志解譯出疑似崩塌(危巖)后，從而能對該崩塌(危巖)的位置、范圍、崩塌方向、形態、坡度、周圍情況等進行進一步解譯。

研究區的崩塌多分布在建房、修路、采礦等形成的陡峭邊坡地段。大型崩塌的解譯程度很高，然而崩塌規模較小、崩塌的邊坡陡峭、平面投影面積較小的小崩塌，因崩塌徹底破壞坡面上的植被，在2.5 m分辨率遙感影像上僅表現為與切坡坡向垂直的白色條帶，一般條帶規模不大于3像素×10像素，影像特征模糊，易與正常切坡裸土混淆，解譯難度一般(如圖4)。危巖規模較小，主要發生在碳酸鹽地區，靠近居民地、公路等人工建筑、設施附近，山體陰影較深的部位影像特征不明顯，可解譯程度較低(如圖5)。

圖4 崩塌遙感解譯標志(平桂區界沖崩塌)

圖5 危巖三維傾斜攝影測量數據

3.3 不穩定斜坡

不穩定斜坡遙感解譯標志有：(1)地形：具有高差的自然坡體(坡體一面呈亮白色，另一面陰影較深)；(2)異樣點：具有蠕滑、潰屈、傾倒或側向拉裂等變形特征。通過不穩定斜坡遙感解譯標志解譯出疑似不穩定斜坡后，從而能對該不穩定斜坡的位置、范圍、滑移方向、形態、坡度、周圍情況等進行進一步解譯。

不穩定斜坡分布在建房、修路、采礦等形成的陡峭邊坡地段，研究區基本上由高分1號分辨率為0.5 m和高分2號分辨率為0.5 m的遙感影像組成，基本滿足了不穩定斜坡的識別，在遙感影像上多表現為與建房、修路、采礦形成的裸露斜坡上，部分形成陰影較深的邊坡，影像上呈月牙狀、條帶狀，影像特征明顯，解譯程度較高(如圖6)。

圖6 不穩定斜坡解譯標志

3.4 泥石流

泥石流遙感解譯標志有：(1)物源區：山坡陡峻，巖石風化嚴重，松散固體物質豐富，常伴有滑坡、崩塌；(2)流通區：一般呈直線或曲線條帶狀，縱坡較物源區地段緩，但較堆積區地段陡；(3)堆積區：位于溝谷出口處，縱坡平緩，成扇狀(堆積扇縱坡一般為5°～9°，部分達9°～12°)，呈淺色色調，扇面上可見漫流狀溝槽或固定溝槽及導流堤等人工建筑物。通過泥石流遙感解譯標志解譯出疑似泥石流后，從而能對該泥石流的位置、范圍、主溝長度和縱降比、形態、坡度、周圍情況、物源區的水體分布和集水面積、流通區溝床的縱橫坡度和沖淤變化、堆積區堆積物的分布范圍和堆積扇坡降等進行進一步解譯。

研究區調查發現的泥石流為坡面泥石流或溝谷型泥石流，分布于水系發育的河谷地帶，絕大部分呈長條形，規模較小。溝谷形狀明顯，多呈“V”字形，可以根據相關紋理，色調判斷出其發育階段，解譯難度較大(如圖7、圖8)。

圖7 泥石流遙感解譯標志

圖8 平桂區川巖村泥石流

3.5 地面塌陷

地面塌陷地質災害的遙感解譯包括以下兩點：(1)地面塌陷的位置、范圍、形狀；(2)塌陷對地面設施的破壞程度和造成的成災范圍。

巖溶塌陷遙感解譯標志有：(1)地貌：溶蝕洼地、孤峰、盲谷、坡立谷等(高分辨率影像上極易辨認)；(2)異樣點：地表漏斗(成群出現，呈串珠展布)、洼地(影像上呈圓形、橢圓形或不規則圓形的，由于上大下小底部呈深色，若被第四系沉積物充填而呈淺色色調)、灌木(附近長滿了灌叢、 灌草，中部長有蓼科植物，差異明顯)。通過巖溶塌陷遙感解譯標志解譯出疑似巖溶塌陷后，從而能對該巖溶塌陷的位置、范圍、形態、周圍情況等進行進一步解譯(如圖9)。

圖9 巖溶地面塌陷遙感解譯標志

采空塌陷遙感解譯標志有：(1)地裂縫：塌陷邊緣常有地裂縫，裂縫兩側地表有高差(在裂縫帶的上方圖色亮下方色暗)；(2)積水：平原地區且地下水位埋深較淺，采空塌陷區會有常年積水或季節性積水；(3)負地形：規模較小的塌陷坑多呈獨立的環形或橢圓形斑點、斑塊狀，在陰影作用下立體效果明顯。

地面塌陷規模數百方至幾千方，斜坡變形微弱，對地貌改變非常小，影像特征不明顯，可解譯程度較低?？梢愿鶕g接指示標志確定沉陷區的分布、范圍和規模等(如圖10)。

圖10 采空塌陷遙感解譯標志

4 遙感解譯成果

本次研究利用2017～2018年度國產高分辨率遙感數據對研究區地質災害進行了1∶5萬遙感解譯，共解譯地質災害點202處，如圖11。解譯災種包括：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和不穩定斜坡五類。其中，最常見的是不穩定斜坡，共計161處，占總數的79.7%；其次為滑坡，共計26處，占總數的12.87%；崩塌10處，占總數的4.95%；泥石流1處，占總數的0.5%；地面塌陷4處，占總數的1.98%。

圖11 平桂區地質災害遙感解譯分布圖

本次研究抽取10%的遙感解譯點進行了現場核實，共核查20個地質災害點，其中有15個點解譯正確，正確率為75%，為后續地質災害地面調查(如圖12)起到了先導作用。

圖12 平桂區1∶5萬地質災害詳細調查實際材料圖

5 結論

(1)總結了平桂區1∶5萬地質災害詳細調查易發區不穩定斜坡、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質災害的遙感影像特征，建立了各類地質災害的遙感解譯標志。

(2)利用2017～2018年國產高分辨遙感數據，共解譯地質災害點202個，其中不穩定斜坡161處，崩塌10處，滑坡26處，地面塌陷4處，泥石流1處，編制了系列遙感圖件并進行相關研究，為研究區開展地質災害隱患排查提供基礎數據支撐。

(3)解譯出了平桂區1∶5萬地質災害的總體分布情況，為研究區地質災害地面調查起到了先導作用。