基于融雪及地貌特征的伊犁地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律研究

吳金海，謝良甫，喬 偉

(1.云南省水利水電勘測設(shè)計研究院，云南 昆明 650021；2.新疆大學建筑工程學院，新疆 烏魯木齊 830046)

0 引 言

目前，我國地質(zhì)災(zāi)害造成的死亡人數(shù)與經(jīng)濟損失排在世界前列[1]。積雪地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與其所在地貌和春季融雪有著密切關(guān)系[2-3]。新疆伊犁地區(qū)地貌類型繁多[4]，積雪變化表現(xiàn)明顯[5]，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生較為頻繁。因此，分析該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律對伊犁地區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)工作尤為重要。

近年來，高楊[6]利用GIS在地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)評價中采用了坡度、坡高、坡型等因子進行研究；陳立華等[7]在地質(zhì)災(zāi)害研究中選取了地貌、道路等評價因子；杜曉晨等[8]分析了涼山州德昌縣滑坡的發(fā)育環(huán)境和分布特征；王紅[9]分析了金沙江中游深切河谷的地形地貌特征；尚合欣[10]選取高程、坡度、坡向等因素對蘭州市崩滑災(zāi)害產(chǎn)生的影響進行研究。目前，少有文獻基于融雪及地貌特征對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征進行研究。為此，本文以伊犁地區(qū)的4類主要地質(zhì)災(zāi)害(泥石流、滑坡、地面塌陷、崩塌)、高程、雪深數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對伊犁地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律進行研究。

表1 地貌分類及編號

1 數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

本文選取伊犁哈薩克自治州，地處新疆維吾爾自治區(qū)西部天山北部的伊犁河谷內(nèi)，自然地貌特色明顯。面積55.67×103km2，地理位置E80°～85°、N42°～45°，轄屬11個縣級行政區(qū)(伊寧市、奎屯市、霍爾果斯市、伊寧縣、霍城縣、鞏留縣、新源縣、昭蘇縣、特克斯縣、尼勒克縣、察布查爾錫伯自治縣)。研究區(qū)示意見圖1。

圖1 研究區(qū)示意

1.2 雪深數(shù)據(jù)

雪深數(shù)據(jù)選用的“中國雪深長時間序列數(shù)據(jù)集(1979—2020)”來源于“國家青藏高原科學數(shù)據(jù)中心(http：∥data.tpdc.ac.cn/)”，采用被動微波遙感數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)[11]。Che等[12-14]在Chang算法改良的基礎(chǔ)上對雪深反演得到此數(shù)據(jù)集。肖林等[15]將該數(shù)據(jù)與AMSR-E、GlobSnow、RA-Interim、MERRA2雪深遙感數(shù)據(jù)進行空間特征評估，得出此數(shù)據(jù)集在西北地區(qū)與站點測量值偏差最小，適用于我國西北雪深研究。本文采用2015年2月～2020年2月逐日雪深數(shù)據(jù)，空間分辨率為25 km。

1.3 高程數(shù)據(jù)

高程數(shù)據(jù)選用ASTER GDEM V3，來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http：∥www.gscloud.cn/)ASTER GDEM，基于“先進星載熱發(fā)射和反輻射計(ASTER)”數(shù)據(jù)計算生成，覆蓋全球陸地表面的高分辨率高程影像數(shù)據(jù)。ASTER GDEM V3版本是在V2的基礎(chǔ)之上，新增了36萬光學立體像對數(shù)據(jù)，主要用于減少高程值空白區(qū)域以及水域數(shù)值異常，空間分辨率為30 m，坐標系為UTM/WGS84。

1.4 災(zāi)害數(shù)據(jù)

地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)為地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)，包括滑坡、地面塌陷、泥石流、崩塌4種災(zāi)害類型。其中，滑坡1 058個、地面塌陷1 409個、泥石流73個、崩塌214個，共2 754個災(zāi)害點。

2 地貌特征

地形起伏度是指在一個特定的區(qū)域內(nèi)，最高點海拔高度與最低點海拔高度的差值。經(jīng)過ArcGIS軟件分析，選取31×31像元為最佳分析窗口，計算研究區(qū)地形起伏度。

根據(jù)中國陸地基本地貌類型[16-18]分類標準(見表 1)，將海拔劃分為5個等級，即1級(<1 000 m)、2級(1 000～2 000 m)、3級(2 000～4 000 m)、4級(4 000～6 000 m)、5級(>6 000 m)。地形起伏度劃分為7個等級(即1級(<30 m)、2級(30～70 m)、3級(70～200 m)、4級(200～500 m)、5級(500～1 000 m)、6級(1 000～2 500 m)。研究區(qū)海拔、地形起伏度分布見圖2?；诟叱膛c地形起伏度圖層，疊加分析得研究區(qū)地貌特征，見圖3。

圖2 研究區(qū)海拔、地形起伏度分布

圖3 研究區(qū)地貌分布

統(tǒng)計圖2中各類地貌面積占比大于1%的區(qū)域，統(tǒng)計結(jié)果見圖4。從圖4可知，小起伏高中山、中海拔丘陵、小起伏中山、中起伏高中山、低海拔臺地、中海拔臺地、低海拔平原、高中海拔丘陵、低海拔丘陵、中海拔平原這10類地貌總面積占比為97.72%。其中，面積占比最大的地貌特征為小起伏高中山，面積占比為29.52%，即高程2 000～4 000 m，地形起伏高程為500～1 000 m。

圖4 研究區(qū)主要地貌統(tǒng)計結(jié)果

3 融雪演化云圖

由于雪深數(shù)據(jù)的空間分辨率較低，通過克里金插值法預(yù)測研究區(qū)高分辨率雪深分布，基于預(yù)測的高分辨率雪深圖層疊加分析，得出雪深年內(nèi)演化趨勢(見圖5)。從圖5可知，研究區(qū)融雪期為2月～7月。根據(jù)上述時間，計算雪深變化值得出年內(nèi)融雪演化云圖(見圖6)。從圖6可以看出，融雪量較高區(qū)域為伊犁地區(qū)的西南山谷區(qū)域。

圖5 雪深年內(nèi)演化趨勢

圖6 融雪演化云圖

4 基于融雪與地貌的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

對融雪演化云圖劃分為5個等級，其中1級為0～13 cm(低融雪區(qū))、2級為13～18 cm(較低融雪區(qū))、3級為18～22 cm(中融雪區(qū))、4級為22～26 cm(較高融雪區(qū))、5級為26～31 cm(高融雪區(qū))。在圖3地貌分區(qū)的基礎(chǔ)上，將融雪云圖中等級值賦值于個位，將地貌編號賦值于百位與十位，在ArcGIS中進行圖層疊加，得到融雪地貌分區(qū)，見圖7。

圖7 融雪地貌分區(qū)

根據(jù)災(zāi)害點所在位置，提取圖 7融雪地貌特征，統(tǒng)計各類災(zāi)害(滑坡、地面塌陷、泥石流、坍塌)占比大于1%的地貌特征，統(tǒng)計結(jié)果見圖8。從圖8可知，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較多的地貌類型為小起伏中山(編號42)，中海拔丘陵(編號32)、小起伏高中山(編號43)，其中發(fā)育最多的地貌類型為小起伏中山；泥石流發(fā)育最多的分區(qū)為322(中海拔丘陵、融雪較低區(qū))；地面塌陷與滑坡發(fā)育最多的分區(qū)為423(小起伏中山地貌、中融雪區(qū))；崩塌發(fā)育最多的分區(qū)為422(小起伏中山地貌、低融雪區(qū))。

5 結(jié) 語

本文基于高程、雪深、地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，通過ArcGIS組合疊加分析伊犁地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律，得出以下結(jié)論：

(1)根據(jù)中國陸地基本地貌類型分類標準劃分伊犁地區(qū)地貌，其主要地貌類型為小起伏高中山、中海拔丘陵、小起伏中山、中起伏高中山、低海拔臺地、中海拔臺地、低海拔平原、高中海拔丘陵、低海拔丘陵、中海拔平原，其中面積占比最大的地貌為小起伏高中山。

(2)利用ArcGIS處理2015年2月～2020年2月雪深數(shù)據(jù)集，獲取伊犁地區(qū)融雪演化云圖，在地貌分區(qū)基礎(chǔ)上疊加融雪演化云圖，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害點所在位置提取所在融雪地貌分區(qū)特征，得出伊犁地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育較多的地貌類型為中海拔丘陵、小起伏中山、小起伏高中山，其中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育最多的地貌類型為小起伏中山。泥石流災(zāi)發(fā)育最多的分區(qū)為中海拔丘陵、融雪較低區(qū)；地面塌陷與滑坡發(fā)育最多的分區(qū)為小起伏中山地貌、中融雪區(qū)；崩塌發(fā)育最多的分區(qū)小起伏中山地貌、低融雪區(qū)。

圖8 各類地質(zhì)災(zāi)害所在分區(qū)占比