基于RS的林芝-加查段泥石流源地信息提取

王高峰，唐 川，高幼龙，李为乐

(1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051;

2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059)

基于RS的林芝-加查段泥石流源地信息提取

王高峰1,2，唐 川2，高幼龙1，李为乐2

(1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北保定 071051;

2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059)

为研究泥石流灾害对西藏雅鲁藏布江林芝-加查段沿线的影响与危害，基于遥感手段开展了林芝-加查段沿线泥石流源地物源及冰川水文信息特征的提取研究与分析。研究结果表明：林芝-加查段沿线泥石流源地物源分布具有不均匀性；源地冰川分布具有不平衡性；沿线泥石流源地的物源在冰川融水及冰川型泥石流过后更加发育，积累的松散物质更加丰富，导致泥石流源地物源进一步复活并产生大量新物源，从而使沿线泥石流发生频率增高，规模增大。

西藏；雅鲁藏布江；泥石流；源地；遥感；冰川

1 研究区概况

本文以西藏雅鲁藏布江林芝-加查段为研究区，沿线途径林芝县、米林县、郎县及加查县。在地貌上属青藏高原喜马拉雅山脉与冈底斯-念青唐古拉山脉东段，且地势从东向西递增，由于经过多次构造运动，形成了广大大基岩山地挟持河谷的总体地貌态势；在构造上属雅鲁藏布江结合带、喜马拉雅山陆块东部南迦巴瓦构造结合的两侧，为一强烈挤压、碰撞、旋转走滑、急剧伸展隆升地质构造极其复杂的造山带，纵观全区，断裂构造发育，主要构造轴线呈弧形展布，次级褶皱、断裂构造轴线呈北西-南东向；在气候上整体属高原温带半湿润气候区，年平均降水量680mm，年平均气温9.2℃，气候特点为降水集中，雨热同季，蒸发量大。研究区冰川地质地貌作用较强，受到多次冰期、间冰期作用，使沟道内第四系松散堆积物深厚，堆积厚度一般几m至十几m，个别地方甚至达到几十乃至近百m，森林线以上寒冻风化残坡积物发育，这些为泥石流活动提供了丰富的松散固体物源，在冰川融水或降雨的作用下，可能造成泥石流灾害。

本文所提及的泥石流源地信息主要包括泥石流沟流域物源信息特征及泥石流形成区或者清水区的冰川水文信息特征。遥感技术在泥石流灾害调查、分析和监测中已成为重要的信息获取方法[1,2]。总结前人的经验，对泥石流源地物源信息提取方面的研究有：唐川等[3]应用 Quick-bird图像开展了城市泥石流易损性和风险性评估；LinaCW等[4]在1999年台湾集集大地震后，通过 SPOT图像的分析，建立了泥石流发生与松散物源类型、数量的统计模型；唐川等[5]利用震后航空遥感数据和9.24暴雨后的SPOT5数据对北川县城泥石流源地的物源变化过程进行了分析总结，从而为汶川震区次生地质灾害风险评价、预测预报和重建规划提供科学依据。而对诱导泥石流发生的冰川水文信息提取方面，王建[6]、李邦良[7,8]、张世强[9]、李震[10]、鲁安新[11]、晋锐[12]及刘时银[13]等在不同地区做了相应的研究，取得了较好的效果。

为了分析泥石流灾害对西藏雅鲁藏布江林芝-加查段沿线现有公路及未来拟建线性工程的影响，进一步剖析沿线泥石流源地信息活动特征，本研究利用 RapidEye和Landast-7ETM+遥感数据相结合处理方式，对林芝-加查段沿线泥石流源地信息进行定量解译，以掌握源地物源及冰川水文信息遥感解译特征，为分析沿线泥石流源地信息分布特征及其发展趋势评价提供有用的信息，同时也将为藏东南山区线性工程的预选线及日后线性工程的改扩建工程提供极大的帮助。

2 数据处理与源地信息提取

2.1 数据获取与处理

用于提取研究区沿线泥石流源地信息的遥感数据包括2009年9月获取的5m分辨率的RapidEye真彩色影像和2001年12月～2002年3月获取的30m分辨率的 Landast-7 ETM+多光谱影像，所获取的各期影像云层活动较少，数据质量较好；其他辅助数据还有研究区1∶20万地质图及30m×30m分辨率DEM数据。根据不同影像传感器特点对遥感数据进行预处理，包括图像增强、彩色合成（543）、几何纠正、图像镶嵌；并进行影像精确配准，将此作为泥石流源地信息提取的基础影像。

2.2 源地物源信息提取

研究区沿线泥石流源地物源特征的遥感调查与分析，主要利用RapidEye遥感影像数据。对于泥石流源地的滑坡、崩坡积物、沟道堆积物及森林线以上的寒冻风化残坡积物物源特征在遥感图像上显示的形态、色调、影像结构等均与周围背景存在一定的差异[5]，因此对泥石流松散物源体的形态、规模及类型均可从遥感图像直接判读圈定。为了认识研究区沿线泥石流源地的物源规模特征，通过遥感解译将泥石流源地物源信息按所处泥石流流域的位置分为 4类:①沟道堆积物，根据野外调查，这类物源广泛发育于中下游沟道内及沟床，多为第四系松散及古冰川堆积物，厚度从5～100m不等，在遥感图像上，这一类物源的颜色呈深绿、暗绿色，如刀切纹理形状、堆积台阶明显，植被较好；②滑坡、崩坡积物体，厚度一般以小于10m的中小型为主，多发育在泥石流沟道流通区范围内，在遥感图像上，这一类物源颜色呈深色调，常常呈圈椅状洼地形状，纵坡较缓、个别纵坡较陡，坡面起伏不平，有零星灌木植被覆盖，少数崩塌无植被覆盖；③森林线与冰蚀线之间的残坡积物，经过实地验证，该类物源厚度多小于1m，大部分为寒冻弱风化物质；④冰蚀线以上残坡积物，厚度大部分小于0.5m，多为寒冻强风化物质，寒冻风化物源在图像上，颜色呈灰色、深灰色，形状为零星斑点、坡面侵蚀沟道明显，附近多以冰川、冰雪覆盖，无植被。通过上述解译调查分析，建立研究区沿线泥石流流域特征的数据库，包括沿线泥石流沟道堆积物、滑坡、崩坡积物体、森林线以上的寒冻风化物的分布与面积，最终以 1∶150 000比例尺成图（如图1所示）。

图1 研究区沿线泥石流源地物源分布图（以DEM为底图）

2.3 源冰川信息提取

研究区沿线冰雪作用及冰川活动较强烈，影响并诱发泥石流、滑坡等山地灾害，特别是在雨季，泥石流的频繁发生，会造成一定的经济损失和危及人员安全。为查明源地冰川活动对研究区的影响，主要利用Landast-7 ETM+多光谱影像。作者通过运用波段比值法、主成分分析法、光谱角制图法、非监督分类法、监督分类法等 5种分类方法对研究区沿线泥石流源地冰川信息进行分类提取结果的对比，分析得出：监督分类辅助数字高程模型（DEM）和目视补充解译的方法对研究区冰川信息提取较为有效[14]。首先，在 ENVI软件平台上，根据地物的光谱特征，将研究区分为冰川、裸地、植被和耕地 4种类型，建立解译标志。在ETM+影像上冰川呈现白色色调且较白亮；植被呈现绿色、亮绿色、暗绿色色调；裸地多呈现亮红色色调，在有冰湖分布的区域，其在影像上显示较明显；耕地多呈现暗红色色调、周围有零星灌木覆盖。然后，进行主层次分析、类别集群、类别筛选分类后处理，把一些容易与冰川混淆的地形阴影及周围裸地去除，将不连续、分散的同类别监督分区合并。最后，为了客观地检验使用监督分类方法从遥感影像上所获取数据的可靠程度，要进行精度评价。本文对冰川信息提取结果的精度评价是用地表真实感兴趣区来显示一个混淆矩阵。经分析显示，有6.50%的冰川被错分为其他的地物类型，有11.62%的其他地物类型被错分为冰川；其中整体分类精度达88.76%，Kappa系数达0.842 7，冰川的制图精度为93.50%、用户精度为88.94%。冰川提取结果最终也以1∶150000比例尺成图（如图2所示）。

图2 研究区沿线泥石流源地冰川信息提取结果图

3 源地信息提取结果分析

3.1 泥石流源地物源分布特征

从图 1可以看出，研究区东部即林芝县西南局部地区、米林县、郎县东部，沿线泥石流源地物源多以沟道松散堆积物，寒冻弱风化残坡积物为主；研究区西部即加查县、郎县西部，沿线泥石流源地物源多以小型滑坡、崩坡积及寒冻强风化残坡积物为主，这种源地物源分布的不均匀性主要与该区的气候条件及植被覆盖率有很大的关系。在研究区东部气候以亚热带半湿润季风气候为主，降水集中，雨热同季，蒸发量大，植被覆盖较好，森林线以上冰川发育，受到多次冰期、间冰期作用，使沟道内第四系松散堆积物深厚，森林线以上寒冻弱风化残坡积物发育；研究区西部气候以温带半湿润气候为主，日照充足，辐射强烈，热量低，昼夜温差大，气候变化异常，植被覆盖较差，多以裸地为主，地质风化作用强烈，岩石破碎、风化严重，加之两岸坡度较陡，破碎的岩体形成崩滑堆积体，泥石流源地上游冰蚀线以上多以寒冻强风化残坡积物为主，这些物源在上游洪水或泥石流的冲刷作用下，进入沟道，参与泥石流过程。

3.2 泥石流源地冰川分布特征

从图2可以看出，研究区中东部即林芝县东南部、米林县大部、郎县东部主要以高大乔木、灌木林地为主、冰川覆盖面积大；而研究区中西部即加查县大部、郎县西部主要以裸地、草木从地为主，冰川覆盖面积小。这些地源冰川信息分布不平衡性主要与生态环境因子、降水、气候、温度的影响及地形地貌等因素的控制作用有关。从研究区东部到西部人类工程活动逐渐强烈，植被破坏严重。一方面坡度是影响冰川变化最重要的地形因子之一[15]，坡度陡的冰川消融比例大于坡度缓的冰川，经过对研究区DEM数据在GIS上生成坡度效果图的分析可知，研究区从东部到西部泥石流沟道上缘坡度逐渐变大，导致中西部冰川比中东部冰川消融快，冰川覆盖面积少；另一方面由于研究区中东部地区的冰川大部分位于阴坡，冰川的消融较慢，有利于冰川的发育，而西部地区则正好相反，位于阳坡，冰川的消融较快，不利于冰川发育。

4 结 语

本研究利用真彩色RapidEye及ETM+多光谱遥感影像资料，运用RS技术方法，提取了研究区沿线的泥石流源地信息，通过对提取的结果分析得出以下结论：

1）研究区沿线泥石流源地物源不均匀性分布特点，除与研究区的气候条件及植被覆盖率有很大的关系外，还与研究区的地层岩性、海拔高程、地形坡度的分布有一定的相关性。这些源地物源是不可能全部一次性参与泥石流的活动的，只有当这些源地物源分布位置及补给方式满足沟道内泥石流启动的条件时，它们才会参与到泥石流中去。这种源地物源分布不均匀性特点也造成了该区泥石流分布的不均匀性。

2）研究区泥石流源地的物源在冰川融水及冰川型泥石流过后更加发育，积累的松散物质更加丰富，导致泥石流源地物源进一步复活并产生大量新物源，从而使该区沿线泥石流发生频率增高，规模增大。

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Inform ation Extraction of Debris Flow Source Areas Based on Rem ote Sensing Imagesalong Linzhi-Jiacha in Tibet

by WANG Gaofeng

In order to research of the debris flow hazardswhich can affect and harm in the Linzhi-Jiacha railway along the Yarlung Zangbo River in the TibetAutonomous Region,we had been used remote sensing to research and analysis the material sources and glacier hydro-logical information of debris flow.The results of the study indicated that the material sources distribute unevenly,the source of glacier distribution was imbalance.After snow melt and glacier type mud flow,the material sources were more development,the accumulation of the loose material were richer.So debris flow original area can produce the massive new material sources,it can lead debris flow have the characteristics of high frequency and large scale.

Tibet Autonomous Region,Yarlung Zangbo River,debris flow,original area，remote sensing，glaciers

P237

B

1672-4623(2012)03-0061-03

2011-09-27

项目来源：国土资源部公益性行业科研专项资助项目（201111024）。

王高峰，硕士，主要从事地质灾害调查与监测预警研究工作。