基于 RS和 GIS的西藏昌都县地质灾害危险性评价

刘 欢,朱谷昌,,刘海利,张建国,欧阳华平

(1.中南大学地球科学与信物物理学院,长沙410083;2有色金属矿产地质调查中心,北京100012)

0 引言

近年来,随着全球灾害性气候的增多和人类工程活动的加强,崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害活动也趋向频繁,严重影响了国民经济建设、社会的稳定及人民生命财产安全。地质灾害危险性评价是随着地质灾害的日趋严重和相关学科理论与技术的发展而兴起的,特别是引进了遥感(RS)和地理信息系统(GIS)方法之后,缩短了危险性评价数据获取的周期,提高了数据的精度,便于各类信息的集成分析,同时也促进了该领域的迅速发展[1]。

在昌都县进行了地质灾害详查、收集地质和社会经济资料的基础上,通过RS地质灾害解译、统计分析方法确定危险性评价7个主要影响因素,采用层次分析法与 GIS相结合的方法进行了地质灾害的危险性评价,并利用 GIS进行快速分析评价及制图,有很好的借鉴意义。地质灾害的危险性是指地质灾害发生活动的可能性[2],利用RS和 GIS开展昌都县地质灾害调查和评价应用研究,对于制定区域地质灾害防治规划,部署与实施地质灾害勘察与防治工作具有重要意义。

1 地质环境条件

昌都县位于横断山脉西北部、青藏高原东南部的边缘地带,北与青海省接壤,西与类乌齐县为邻,南靠八宿县、察雅县,东与江达、贡觉县毗邻。地理坐标介于东经 96°42′—97°58′,北纬 30°44′—32°19′之间,总面积10 652 km2。昌都县地势北高南低,东西呈“W”形。高原寒温带季风性气候混杂,夏季温和多雨,冬季日照充足,年均气温3～8℃,多年平均降水量477.7 mm。

昌都县位于喀喇昆仑—心岭—昌都板片和羌塘—唐古拉—保山板片,经历了加里东期—喜山期多期构造运动的影响,但岩浆活动和变质作用微弱。使大片中生代地层发生构造变形的是燕山运动,形成了区内5条较大的断裂展布和左行雁列的复式背、向斜。出露的地层主要有前泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、第四系等;出露的岩浆岩有安 山岩、安山质凝灰岩、英安岩、斑岩等;变质岩主要有千枚岩、片岩等。

2 地质灾害遥感解译特征分析

根据对研究区已有资料的分析与总结,主要地质灾害类型有滑坡、崩塌和泥石流。根据对这3种地质灾害的ETM+影像特征分析,建立了解译标志(表1)。在重点区中,采用高分辨率 IKONOS数据进行真彩色合成,同时建立解译标志[3-5](图1)。根据解译标志,采用人机交互方式对研究区的3种地质灾害进行了遥感解译工作。

鉴于遥感信息的多解性,开展了适量的遥感野外验证工作,对室内遥感解译建立的3种地质灾害解译标志进行修改和完善,验证室内解译的效果(图2,图 3)。

表1 地质灾害遥感解译标志Table 1 Remote sensing interpretation marks of geological hazards

图1 遥感解译标志Fig.1 Remote sensing interpretation marks

图2 崩塌点的遥感解译图像和实地验证照片Fig.2 The remote sensing interpretation of slumping and the on-the-spot check photo

图3 研究区遥感调查路线图Fig.3 Sinvestgation line for remote sensing interpretation in the study area

遥感信息提取和统计中应用MAPGIS软件,以实现属性数据的管理和成果图件的制作。具体实施步骤:①在PCI软件中进行遥感影像处理[6],并转为Geotiff格式;②利用 MAPGIS中“图像分析”工具将Geotiff转换为MAPGIS默认的图像文件(MSI)格式;③在MAPGIS软件中建立地质灾害的属性信息字段,进行地质灾害的初步提取[7-9](表2,图4)。

3 地质灾害危险性评价指标

地质灾害的危险性是指存在地质灾害的风险区发生不同程度地质灾害活动的可能性,危险性评价即为通过对历史地质灾害活动程度及可能引起地质灾害活动的各种因素进行综合的分析研究,确定地质灾害可能的危险区位置范围、概率等。地质灾害的危险性指标有很多,根据研究区的特点,本文分别选取了7个因素作为危险性评价因子,其权重结合前人的经验与该区的实际情况利用A HP模型计算而确定(表3),具体影像如下:

图4 研究区解译地质灾害点分布图Fig.4 Map showing geological hazard distribution in the study area

表2 地质灾害分类统计Table 2 Statistics of geological hazards

表3 昌都县地质灾害评价要素Table 3 Evaluation elements for the geological hazards

(1)地质构造。主要是指褶皱和断层。当地层 产状与坡向一致时,容易沿层面发生滑动形成滑坡,特别是地层倾角小于坡角时,滑坡灾害更容易发生。再者,控制区域性滑坡发育、分布最基本的构造因素就是构造线走向,当河谷走向与构造线方向垂直时,岸坡比较稳定,较少分布滑坡与崩塌;反之,当河谷走向与构造线方向一致时,处于向斜河谷的顺向坡是产生滑坡的最敏感部位,滑坡的分布多沿断裂带成带状分布。

(2)地层岩性。滑坡与地层岩性的关系非常密切,软弱的地层岩性是产生滑坡的物质基础,对滑坡影响最为主要的是岩性。同时,已有滑坡体的岩性特征、下伏岩体的岩性特征等也显著影响着滑坡的类型及其演化趋势。

(3)地形地貌特征。坡度与滑坡有一定的关系,一般来说,随着坡度的增加,包括重力在内的剪切力增大,相应的滑坡发生的概率也会增大。在坡度较大的部位,崩塌作用会为滑坡提供大量的物质,从而为滑坡创造条件。滑坡分布与高程也有一定的关系,坡向的影响主要表现为山坡的小气候和水热比的规律性差异。阳坡岩体风化破碎,易发生基岩崩滑和泥石流;阴坡土层厚,易发生浅层塌滑。

(4)植被。植被覆盖率与滑坡有一定的关系,植被覆盖率越高,发生滑坡等地质灾害的几率就越小。

(5)降雨。在具备滑坡的地形、地质条件下,降雨在很大程度上是滑坡发生的诱发因素,特别是暴雨和绵绵细雨的危害性更大。

(6)水系。在水系较为发达的区域,尤其是河流湖泊附近,发生泥石流滑坡等地质灾害的可能性较大。

(7)人类活动。随着城市规模的扩大,近年来由于城镇建设,三峡移民搬迁、交通设施和通讯设施的建设、矿山开采等活动,对山体斜坡的改造力度不断加强,破坏作用亦日趋严重,常造成地质灾害发生。

4 地质灾害危险性评价方法流程

采用层次分析法与 GIS相结合的方法计算研究区内评价单元的地质灾害危险性指数[10-16],从而得到研究区危险性区划图。危险性指数计算模型的表达式为:

式中,Wj为第j单元的危险性指数;θi为控制地质灾害危险程度的i类因素的作用权重;Qi为控制地质灾害危险程度的i类因素的评分;n为评价因子的个数。

选取7种评价因子进行危险性评价(表3),其权重结合前人的经验与该区的实际情况利用AHP模型计算而确定,然后利用MAPGIS空间分析平台,按1 km×1 km的评价单元进行数据处理,利用公式(1)通过地图代数运算,在MAPGIS空间分析平台上按1 km×1 km评价单元的最终得分值,在空间分析中提取各单元的地质灾害危险性指数,并对其进行离散数据网格化后,利用网格化后数据得出地质灾害危险性综合等值线图及危险性区划图[9,17](表 4,图 5,图 6) 。

表4 地质灾害危险性的等级划分Table 4 Order division of the geological hazards

图5 昌都县地质灾害危险性分区图Fig.5 Geological hazard risk zone division into

4 地质灾害解译结果分析

根据上述评价分析,将昌都县危险性区划分为:1个地质灾害高危险区,6个中危险区,14个低危险区,2个无危险区。

(1)地质灾害高危险区。地质灾害高危险区占昌都县总面积的0.42%,主要分布在昌都县城一带,县城内滑坡、崩塌、泥石流较多,人文活动频繁,同时214国道和317国道都在该区内。区内为高山地貌,海拔在 3 100～4 500 m,相对切割深度达1 000 m以上,地形坡度多大于35°,局部地段近于直立,为澜沧江窄谷区,多为“V”型;构造上受俄洛桥断裂带与额哎普断裂带所控制;出露地层为侏罗系泥质粉砂岩、砂岩、泥岩夹中厚-厚层泥质粉砂岩以及第四系松散堆积层。

根据崩塌、滑坡、泥石流地质灾害点与研究区危险性区划图叠加分析,大部分地质灾害都发生在本区。危险较大的主要是滑坡和崩塌,危及城镇重要设施、交通干线及居民的安全。据实地调查,目前这些危害严重的地质灾害点大部分都已得到治理,但还有少部分正在治理当中。

(2)地质灾害中危险区。地质灾害中危险区占全县总面积的3.43%,主要分布在卡若镇、俄洛镇、拉多乡、嘎马乡、柴维乡、约巴乡等地,分布区人类活动较多。区内主要为高山、极高山地貌,相对切割深度 1 000～2 000 m,地形坡度 30°～45°,局部地段近直立,河(沟)谷呈“V”型;主要的构造有额哎普断裂带和妥坝断裂带、桑多—吉塘断裂带;主要出露侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系地层,岩性以泥岩、页岩、安山岩、灰岩和砾岩为主。

地质灾害中危险区的主要地质灾害亦为滑坡、崩塌,主要危害到317国道、县内交通公路和附近居民的安全,需要对其范围采取地质灾害防治措施。

(3)地质灾害低危险区。地质灾害低危险区占全县总面积的18.56%,分布在妥坝乡、日通乡、如意乡、柴维乡、拉多乡等地,人类活动较少。区内为高山地貌,切割深度在1 000 m左右,地形坡度为30°～40°,局部较陡;构造上属于额哎普断裂带与妥坝断裂带;出露地层有侏罗系、三叠系、侏罗系,岩性为砂岩、泥岩、粉砂岩、页岩;植被覆盖率为中等。

地质灾害低危险区是已有地质灾害较为分散的区域,灾害发生较少。地质灾害点主要沿公路沿线分布,主要是危害公路的畅通和附近居民的安全。

(4)无地质灾害危险区。无地质灾害危险区占全县总面积的77.59%,分布于澜沧江、昂曲、扎曲、色曲两侧高山、极高山地区,基本上无人类活动。主要为高山地貌,海拔一般在4 000 m以上。

5 结论与讨论

(1)充分利用遥感技术、已有的地质调查资料和实地野外资料结合,建立了研究区ETM+卫星数据的崩塌、滑坡、泥石流地质灾害解译标志。本次研究的过程中,主要使用的是 ETM+卫星数据,但在昌都县城关镇地区选用了高分辨率的IKONOS遥感卫星数据,提高了灾害发生重点区的解译精度,也有助于本区地质灾害产生因素的分析。

(2)根据对重点区城关镇一带的实地调查,发现城关镇大部分崩塌、滑坡的发生与人类活动关系密切,大多数的崩塌、滑坡都产生于道路、河流沿线附近。

(3)研究过程中,利用 GIS管理和空间分析功能,统一了昌都县地质-地形等基础资料、已有地质灾害点调查资料和利用遥感技术提取的各类信息资料的投影参数和投影类型,建立了地质灾害资料信息库,为研究区地质灾害监测分析和预防规划提供了科学依据。

另外,由于事物是在不断变化的,评价区划的高危险区与低危险区随着时间的推移及其他条件的变化可以相互转化。高危险区如果政府防灾意识增强、兴建抗灾建筑、居民点的合理布局等措施有可能降为中危险区或低危险区;同样,在低危险区内如果 实施过度的人文-经济开发活动,危害的程度也会随之加大。

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