遙感技術在艱險山區地質災害調查中的應用

陳富強

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

遙感技術作為近半世紀以來興起的一種高新探測技術，通過與導航定位技術、通信技術以及地理信息系統技術等緊密結合，已形成了有效的對空觀測和對地觀測的全方位空間探測體系，其研究內容包括了信息獲取處理、信息傳輸及儲蓄、地表接收處理、定標處理及檢測、應用分析和基礎性研究等。隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，遙感技術憑借其宏觀性、系統性、多層次、多尺度的特點，已廣泛應用在國民生態經濟建設的各個領域中[1-3]。

1 遙感技術應用

1.1 遙感技術應用現狀

根據服務對象的差異，我國遙感技術應用主要體現在以下幾個方面：資源調查領域、災害調查監測領域、環境調查監測領域、工程建設及規劃領域、軍事測繪等[4-6]（圖1）。

圖1 我國遙感技術應用應用領域示意圖

1.2 遙感地質災害調查與監測

近年來，隨著無人機技術迅猛發展，利用無人機航空遙感技術輔助地質災害調查和監測已成為一種重要的工作手段，我國已建立了針對重大自然災害的“無人機應急響應合作機制”，并已得到了初步的應用，目前正在逐步完善“天－空－地”一體化的災害立體監測體系，同時關于災害系統分析、災害遙感預測以及災害過程、要素、損失的遙感定量評估研究等理論體系正在建立完善中[7-8]。地質災害主要包括滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫、地面塌陷等，我國地質災害遙感調查與監測應用已較為成熟，表現為面積性、以行政區劃為單位的遙感地質災害調查（1/10 萬、1/5 萬等）、災后遙感調查救援、地質災害遙感監測體系等方面[9]。

2 研究區概況及遙感技術方法

2.1 研究區概況

本次以新疆且末縣阿克蘇庫勒湖流域內昆侖山區為研究區，重點分析研究了阿克蘇庫勒湖及下游安迪爾河兩岸泥石流災害的發育、變化情況及其穩定性特征，該區段南側屬于和田地區民豐縣管轄，北側含阿克蘇庫勒湖屬于巴音郭楞蒙古自治州且末縣管轄。研究區整體交通不便，西北側沙漠區民豐縣安迪爾鄉南部有西和高速（G0612）、G315 國道、和田至若羌鐵路（在建）呈NEE 向穿過，距離研究區最近約60km，向北有縣級公路通往安迪爾鄉，向南有簡易通村公路、便道等通向阿克蘇庫勒湖。阿克蘇庫勒湖為一泥石流堆積物堵塞河道后形成的大型堰塞湖，堰塞湖上游大面積地區以及下游至出山口均為無人區，僅有季節性零星牧民居住，區內道路條件較差，以簡易砂石土路為主，遇暴雨或融雪水道路多阻斷。

2.2 研究區地質災害發育特征

在分析既有地質災害資料的基礎上，通過初步遙感解譯識別，表明研究區內主要發育泥石流、崩塌、滑坡地質災害。鑒于研究區人跡罕至，人類活動零星，崩塌以及滑坡災害多屬于小面積偶發性短時災害，威脅性較小，泥石流災害規模相對較大，且存在堵河、決堤后洪水突漲風險，為區內重點關注災害類型。通過遙感解譯識別以及現場調查，區內泥石流災害共發育20 余處，以溝谷型洪水型泥石流為主，無長流水，多為短時強降雨形成的含泥沙濁流洪水，遙感影像中可見清晰的扇形堆積區。

3 遙感地質災害調查

3.1 遙感數據及技術方法

本次采用2020 年5 月～9 月高分一號（GF-1）以及近30 年的TM、ETM 影像為基礎，開展區內泥石流災害的解譯分析。高分一號數據通過多光譜波段與全色波段融合處理后，可形成2.0m 分辨率的彩色影像，其色彩對比度中等，紋理較清晰，可識別程度高，以該影像為基礎，通過遙感目視解譯+調查調查的方式，可確定區內泥石流的發育位置、規模、形態等特征。TM、ETM 影像是目前可免費收集的一類常用遙感影像，其分辨率分別為15、30米，該數據覆蓋面積廣、數據量豐富、時相跨度長，通過篩選，可收集研究區內近30 年TM、ETM 數據影像，利用同一泥石流扇形區不同時相的遙感影像，對比其形態以邊界特征，結合現場調查，可分析其變化趨勢及穩定性。

3.2 遙感解譯與調查

通過對研究區泥石流地質災害詳細解譯，顯示區內泥石流以溝谷型泥石流為主，影像特征較為典型，其影像解譯標志為泥石流溝口有扇形狀堆積物，其上流水線紊亂而明顯，色調淺，有粗糙感。流域多呈狹長型，泥石流的形成、堆積和流通區能較明顯區分，GF-1 號影像多呈灰褐色及土黃色，有大量的松散固體物質；山坡陡峻，支溝大體上呈直線狀、弧形、樹枝狀、不規則狀；植被稀少，巖石風化嚴重，松散固體物質豐富；上游多為“V”形谷，溝谷底部及中下游可見帶狀沖洪積堆積物，堆積區縱坡較平緩，地形開闊，形成圓錐狀堆積體，輪廓較明顯，呈淺色調，扇面無固定溝槽，多呈漫流狀態。

通過解譯識別及現場調查，顯示區內泥石流災害共發育21 處，主要威脅其下游季節性牧民及牲畜，以阿克蘇庫勒湖湖口泥石流、阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處泥石流等為代表。

3.3 典型泥石流穩定性分析

3.3.1 阿克蘇庫勒湖湖口泥石流

該泥石流位于且末縣西北部阿克蘇庫勒湖湖口處，遙感影像中可見較大規模的扇形沖擊堆積區，最寬處達4km，前緣擠壓河道明顯，上游形成堰塞湖（阿克蘇庫勒湖），扇形堆積區上可見二次沖蝕堆積痕跡，扇形堆積區表層無明顯植被生長（圖2）。

圖2 阿克蘇庫勒湖湖口泥石流影像（左）及現場照片（右）

該泥石流形成的堆積扇在阿克蘇庫勒湖湖口形成了天然屏障，受青藏高原氣候變暖、冰川凍土消融的影響，根據近30 年多期次遙感影像對比，近年來阿克蘇庫勒湖水位快速上漲，湖水面積不斷增大，潰決漫溢風險逐漸增大，處于欠穩定～不穩定狀態，該泥石流堆積體穩定性減弱，泥石流對湖口的影響逐漸加強，堆積體一旦失穩造成大量湖水下泄，或嚴重危及下游安迪爾鄉牧場人民的生命財產安全（圖3）。

圖3 阿克蘇庫勒湖湖口泥石流1992～2000 年影像圖

3.3.2 阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處泥石流

該泥石流位于阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處，影像中可見清晰扇形沖擊堆積區，前緣對河段擠壓推移明顯，形成小型堰塞湖（已決堤），扇形堆積區上可見二次沖蝕堆積痕跡，扇形堆積區表層無明顯植被生長（圖4）。該泥石流溝口處對岸存在一個突出的山體，對安迪爾河河水流向制約而產生了一個回水灣，當短時爆發的泥石流堆積物與該突出的山體共同作用易堵塞河道河谷，產生堰塞效應，待淤塞的水體過多時易產生潰決，形成潰決性洪水，對安迪爾河下游G315 國道和安迪爾鄉的人民群眾生命、財產安全存在一定威脅。

圖4 阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處泥石流影像（左）及現場照片（右）

根據近30 年多期次遙感影像對比分析，顯示近年來阿克蘇庫勒湖湖口下游-埡口處泥石流變化相對較小，整體處于基本穩定狀態。在1992 年5 月至1999 年8 月期間，原泥石流東南側小型堰塞湖湖水已發生決堤泄流，近20 年來，泥石流堆積扇體未發生明顯擴大痕跡，前緣變化相對較小，該泥石流整體威脅性較小（圖5）。

圖5 阿克蘇庫勒湖湖口下游埡口處泥石流1992～2020 年影像圖

通過對區內其他泥石流災害點進行影像解譯識別，顯示在阿克蘇庫勒湖湖口上下游可見多處清晰沖洪積扇形堆積體，經過根據近30 年遙感影像特征對比，大部分扇形堆積體整體未發生前移推進痕跡，扇形體形變無明顯變化，表明多屬于低易發性衰退期泥石流，威脅性較小。如阿克蘇庫勒湖北側泥石流，泥石流堆積扇體對湖泊造成明顯的擠壓推移，但近30年以來，扇形體無明顯變化，威脅性較小（圖6 左）；阿克蘇庫勒湖湖口下游4.2 千米處泥石流，形態如典型“銀杏樹葉狀”，前緣擠壓河道明顯，扇形堆積區表層無明顯植被生長，近30 年來，扇形堆積體整體未發生明顯前移推進痕跡，形變變化較小，同屬于低易發性衰退期泥石流，威脅性較小（圖6 右）。

圖6 阿克蘇庫勒湖北側泥石流（左）與湖口下游4.2 千米處泥石流（右）影像圖

4 結論

本文充分利用遙感技術宏觀性、長時序、多尺度的優勢，對新疆且末縣阿克蘇庫勒湖流域山區內的地質災害開展了詳細的解譯分析及現場調查，表明區內泥石流災害最為發育，遙感影像中可見清晰的扇形堆積體，并通過近30 年同區域多期次影像的對比分析，顯示區內除阿克蘇庫勒湖存在決堤風險外，其余泥石流多為衰退期，自身威脅性較小，區內其他地質災害危險性整體較低。