遥感技术在“6·17”丹巴堵江泥石流灾害链灾区应急救援抢险决策中的应用

唐尧，王立娟，赵娟，张成信

(1.四川省安全科学技术研究院，成都 610045；2.四川安信科创科技有限公司，成都 610045；3.高分辨率对地观测系统四川数据与应用中心，成都 610000；4.中化地质矿山总局地质研究院，北京 100101)

0 引言

2020年6月17日凌晨3时20分，由于上游连续降雨影响，丹巴县半扇门镇梅龙沟发生泥石流，阻断小金川河，形成堰塞湖，造成G350烂水湾段道路中断，诱发烂水湾阿娘寨村山体滑坡群，形成泥石流-堰塞湖-滑坡群灾害链。截至18日16时，泥石流沟长约10 km，宽约5 km，总物源约85万m3，灾后衍生梅龙沟堰塞湖，威胁下游6个乡镇、17个村、4所学校、3所卫生院和2座寺庙。目前堰塞湖已溃坝自然泄流，水位大幅下降。据初步统计，灾害导致丹巴县2人失联、2万余人被迫转移，造成重大财产损失。灾情发生后，四川省安全科学技术研究院及四川省地震与地质灾害应急技术保障中心立即与高分辨率对地观测系统四川数据与应用中心沟通应急需求，获取国产高分系列等影像数据。

为及时掌握灾情，辅助应急部门开展应急救援，利用灾前灾后高分二号卫星数据、灾后无人机低空航摄影像与灾后现场调查资料，对泥石流灾害范围、堰塞湖淹没区及次生滑坡等隐患进行了应急遥感调查[1]。前人关于利用遥感技术开展灾害应急监测的研究成果较多[2-4]，但多集中在灾后一段时间后的成灾模式与灾损评估方面，对灾后黑窗期(0～2 h)灾损先期研判、灾损快速应急评估及灾中应急救援决策研究较少。本文利用遥感技术，对“6·17”四川丹巴县梅龙沟泥石流-堰塞湖灾害灾区开展影响人口、应急救援力量、保障设施及威胁对象现状分布等先期研判分析，对堰塞湖及上下游淹没区灾害隐患开展应急调查，解译泥石流及堰塞湖灾害基本特征、二次灾害隐患及灾中道路生命线，优选应急救援路径辅助救援决策，辅助应急管理决策部门科学开展应急救援，达到科学救灾、科学减灾的目的。

1 研究区概况

研究区位于丹巴县东北部，隶属半扇门镇，有省道S303分别通往丹巴县与小金县，东距小金县城约40 km，西距丹巴县城约21 km，距康定市约210 km，距成都市约300 km。灾害链指某种自然灾害发生后，次生或由其诱发的一系列灾害的现象[3]，本次丹巴堵江泥石流灾害链为泥石流-堰塞湖-滑坡灾害链。结合应急管理部门(丹巴县应急局、小金县应急局及四川省应急管理厅)反馈的信息及照片，获知梅龙沟泥石流重点受灾区主要分布在丹巴县境内的小金河及大渡河流域各乡镇。本次灾害链地理位置及受灾较重乡镇分布见图1。

图1 泥石流灾害地理位置及现场照片Fig.1 Debris flow location and the site photo

丹巴县所处大地构造单元属松潘—甘孜地槽褶皱系巴颜喀拉褶皱带南部、由鲜水河断裂、龙门山断裂和南秦岭断裂带所围的三角形断块(色达—松潘断块)内，地处青藏高原东麓向四川盆地过渡地带，地形地貌以高山峡谷为主，侵蚀剥蚀活动强烈[4]。区内以变质岩为主，局部有侵入岩出露，地层出露以泥盆系危关群为主。岩性较为复杂，以石英岩、板岩为主，下部以灰、灰白色薄厚层石英岩为主，夹灰、银灰色二云英片岩，中部以黑色碳质板岩和灰色二云英片岩为主，夹灰白色中厚层大理岩及灰、灰白色二云石英岩，中上部以灰白色中厚层大理岩为主，夹二云(黑云)片岩。

2 遥感数据源及其处理

本次泥石流灾害链应急处置遥感卫星监测主要用到影像包括高分二号、Airbus卫星、灾后无人机航拍图及现场照片等可见光数据，共7期，分辨率为1 m、0.5 m和0.4 m，获取时间主要为2020年6月14日、2020年6月18日、2020年6月19日、2020年6月20日、2019年11月30日及2015年10月27日，具体参数如表1所示。遥感数据(高分卫星及现场照片)对评估泥石流灾害链灾害损失(民居)、预判灾后次衍生灾害(堰塞湖、二次滑坡)发生趋势及地灾隐患排查作用重大。

表1 灾害解译遥感数据使用统计Tab.1 Statistics of disaster interpretation based on remote sensing data

本次丹巴泥石流灾害链应急处置遥感数据处理主要采用PIE(Pixel Information Expert)-Basic 6.0遥感专业软件，完成暴雨灾区光学影像与雷达影像辐射校正、大气校正、正射校正、影像融合及图像增强等预处理。PIE是航天宏图自主开发的一款专业的遥感图像处理软件，提供了面向多源、多载荷的遥感图像处理、辅助解译及信息提取功能，是一套高度自动化、简单易用的遥感工程化应用平台。

3 灾害应急研判与处置分析

3.1 灾害应急先期研判

灾害应急先期研判主要包括对灾区影响人口预测、应急救援力量、保障设施及威胁对象现状分布掌握，为后续救援指挥决策提供依据。

对泥石流灾害链灾区灾后人口先期研判，主要借鉴前人关于“灾害人口热力图”的经验[3]。以2016年全国人口分县乡统计数据为基础，利用公里格网数据处理方法，将灾区丹巴县与小金县进行公里格网划分(以1 km×1 km为单位)，统计各格网人口分布数量，即人口密度(图2)。结合灾区行政区划资料，可在灾后12 h内快速完成受影响区人口分布的预判。本次泥石流-堰塞湖灾害灾区人口主要分布在丹巴县东部和东南部及小金县西南部，且多沿小金川河、大渡河流域展布，行政上包括丹巴县半扇门镇、太平桥乡、岳扎乡、中路乡、梭坡向、格宗乡及小金县新格乡、宅垄乡、美兴镇、沙龙乡、老营乡、美沃乡等。根据灾后堰塞湖淹没区分布及现场反馈等灾情资料，利用ArcGIS空间统计分析，分析灾区人口空间分布规律，预计影响人口约6.5万人。

图2 泥石流灾害链灾区及周边影响人口分布Fig.2 Population distribution in the debris flow disaster chain and its surrounding areas

泥石流灾害链救援力量与保障设施主要包括灾害救援队伍、医院、学校、政府及避难场所驻地与重要交通道路等[3-4]。通过分析灾区各类应急救援数据可知，距离梅龙沟泥石流-堰塞湖灾害最近的救援队伍为国网丹巴县供电公司应急救援队与小金县联通通信应急抢险救援队，距离分别为16 km和34 km。淹没区上、下游区域内有半扇门镇中心卫生院、丹巴县人民医院等医疗防疫力量7家，其中小金县4家，丹巴县3家(图3)。

图3 泥石流灾害链及上、下游救援力量、保障设施及威胁对象分布Fig.3 Distribution of the rescue forces,support facilities and threatened objects in the debris flow disaster chain and the upper and lower reaches

泥石流灾害链灾区内的半扇门中学、中路乡中心小学、丹巴县第二中学等5所学校，可作为临时安置避难场所备选。淹没区上、下游受影响矿山企业共6家，重要水库1座，水电站1座，建议加强隐患排查与灾情监测，最大限度减少灾损。

3.2 灾害成因初步分析

分析灾害诱发成因、运动机理、堆积特征及成灾模式，第一时间获取研判资料，为后续预判灾害发展趋势、判译衍次生灾害隐患、制定救援抢险方案及辅助开展应急处置工作提供了重要的决策依据[1-2,5-7]。本次灾害并非单一作用形成的，属泥石流-堰塞湖-滑坡灾害链复合成灾。当地大邑村大邑沟(物源区)及上游陆续降雨，导致沟内松散地质体在水的综合作用下扰动从而失稳，伴随降水形成流量较小、泥沙含量偏大的浑浊流水，当流经大邑村与墨龙村交界处附近时，沟道沿途坡面土体基本同时启动，汇同两侧崩落滑体及下游房屋建筑、耕地植被、道路桥梁等沟床物质，在水裹带砂石等混合体的作用下，沿冲沟逐渐扩张，逐步演化为高容重黏性泥石流，汇同地表径流沿梅龙沟形成泥石流灾害，形成降雨沟谷型泥石流。同时，裹挟大量泥砂、植物、砾石混合体的泥石流以较大流速冲出沟口，瞬间壅塞堵断小金川河，致使上游来水不断汇集，水位迅速抬升，形成梅龙堰塞湖。此外，高速混合体冲击小金川河东岸，致使东岸原有烂水湾滑坡加速、失稳、下坠，形成多次滑坡，后在堰塞湖自然溃坝泄漏流水冲击作用下，点状滑坡互相作用诱发滑坡群，形成灾害链效应。

泥石流沟总体呈NW—SE向展布，物源区位于大邑村大邑沟西北部，流通区为大邑村居民区至墨龙村区域，长约2 km，堆积区位于梅龙沟与小金川河交界处，行政上隶属于关州村。该泥石流沟淹没区约14.27万m2，分布在梅龙沟沟谷及两侧50～100 m范围内，泥石流沟主沟长度约9.9 km，汇水区约57.6 km2。堰塞体为泥石流沟物源壅塞而成，泥石流堆积区连成一体，堵断小金川河形成梅龙堰塞湖，湖面总体呈葫芦状，随着上游来水不断汇集，湖面水位持续上涨，淹没堰塞体上游约600 m处的梅龙电站及建筑设施(图4中A处，堰塞湖已将其一楼与广场大致淹没，直至二楼窗户位置)。后续随着壅塞体逐渐冲开，下泄湖水持续冲刷河道左岸，诱发滑坡，形成烂水湾滑坡群(图4中B处)。

图4 灾害遥感解译图Fig.4 Disaster interpretation based on the remote sensing images

3.3 灾害应急遥感调查

依据灾前、灾后高分二号卫星影像(2020年6月14日与2020年6月19日)，结合灾区现场航片等反馈资料，开展梅龙沟泥石流淹没区、堰塞坝体位置、梅龙电站位置、梅龙堰塞湖界线及烂水湾滑坡群等应急灾情解译(图4)。

利用灾后2020年6月19日高分二号卫星影像数据源，完成梅龙沟堰塞湖要素解译，其湖面面积约1.03 km2，淹没区约49.8万m2，主要分布在阿娘沟一村—阿娘寨村—关州村小金川河流域。丹巴县城通往半扇门镇的省道S303阿娘沟一村—阿娘寨村段因灾被毁，路基路面全毁路段约2.1 km。同时对泥石流衍生堰塞湖上、下游淹没区及其周边区域开展地灾隐患调查解译，共解译出9处疑似灾害隐患点(图5)。其中H-1至H-4共同构成烂水湾滑坡群，沿小金川河右岸展布，位于泥石流沟口对岸及小金川河烂水湾段拐角处，其成因疑似泥石流物源冲击河对岸或次生堰塞湖泄流冲刷所致，其纵向高约105 m，横向长约250 m，平均厚度约15 m(现场反馈)，估算滑体方量约3.8万m3。H-4紧靠前述滑坡群，滑体规模相对较小，高约130 m，宽约90 m，面积约12 498 m2。H-6至H-9分布于堰塞湖下游约3 km处的小金川河搬古桥村段，该4处灾害隐患点未发生滑坡，在遥感影像上表现为暗红色调，两侧见有暗黑色枝状纹理，滑体规模均不大，但其下方分布有重要交通道路(S303)或居民聚集区等威胁对象，建议后期加强监测。

图5 堰塞湖及其上、下游淹没区灾害隐患分布Fig.5 Distribution of hidden dangers in the submerged areas of the upper and lower reaches of the barrier lake

采用四川省测绘局技术服务中心提供的灾后2020年6月18日—20日无人机航摄数据，对堰塞湖下游滑坡群灾后地形开展应急调查监测(图6)，结果表明烂水湾滑坡群H-1至H-4变形迹象较为明显。H-2、H-3及H-4滑区形变以增量趋势为主，形变量为3～6 cm，推测原因为滑体上部老滑坡滑移物资下坠堆叠所致。H-1滑区上部形变趋势为递减，形变量为-6～-2 cm，下部形变微弱递增，形变量为1～2 cm，推测原因为上部滑落物资坠落至下部的靠小金川河处，后被堰塞湖下泄流水冲刷带走。另外，在烂水湾滑坡群顶部存在一规模较大的老滑坡隐患，监测结果表明老滑坡体整体呈向下滑移趋势，形变量为-4～-1 cm，对后续灾后道路抢修等施工构成安全隐患，建议通过InSAR、高分遥感等手段对其开展后续跟踪监测，保障抢险施工安全。

图6 堰塞湖下游滑坡群灾后地形监测Fig.6 Post-disaster terrain monitoring of the landslide group in the lower reach of the barrier lake

基于灾后(2020年6月19日)高分二号遥感影像，参阅灾前(2020年6月14日)灾区地物分布情况，开展梅龙沟泥石流流域灾情应急灾损遥感解译，共判译出因灾受损民居25处、桥梁5处，重点分布在图7中A、B、C 3个区域。其中：A区域为泥石流沟的沟口位置，为泥石流冲积扇最终堆叠区，散布大量泥石混合物质，该区原本地势较平缓，民居较聚集，本次灾情最重，灾损最大，有7处房屋完全损毁，5处房屋淹没损坏，2处重要桥梁被毁需重建，通往大邑村、墨龙村的重要交通道路完全被冲毁；B区域为泥石流沟重要流通区，区内受损房屋、桥梁及道路主要为泥石流冲刷所致，共有8处房屋与1处便桥因灾被毁；C区域为泥石流物源积累与早期流通区域，区内山高谷深，河流侵蚀切割作用强烈，地形落差较大，人口聚集较少，灾情相对较轻，受损民居5处、桥梁1处。

图7 梅龙沟泥石流损坏区解译图Fig.7 Interpretation of Meilonggou debris flow damaged areas

3.4 应急救援辅助决策

为应对灾害发生后诱发的道路与通讯中断、房屋垮塌及人员伤亡等灾情，急需开展灾害应急救援[1,8-10]。通过分析泥石流灾害链灾后重要省道、国道等交通道路的通达性，并结合灾区烂水湾段道路断路等灾情，优选了2条通往梅龙沟泥石流重灾区的救援生命线(图8(a))：一条由小金县沿省道S303经半扇门镇到梅龙沟北侧的梅龙堰塞湖方向；另一条由丹巴县城经岳扎乡到梅龙沟断路段南侧。考虑到灾区救援的紧迫性，首批救援队伍分别由小金县城与丹巴县城的救援队伍组成，携带冲锋舟等救援设备先期赶赴灾区，建议以人员转移搜救为主开展救援。第二批增援救援力量则由康定市(州)级救援队伍组成，携带挖掘机等重型机械设备经丹巴县开赴灾区，负责修复断路段或开建临时便道，保障救灾物资与医疗防疫力量运输道路畅通。后续增援救援力量则由省级救援力量组成，主要为市(州)、县级救援力量的补充与轮换休整，负责运送省级调拨的救灾物资及救援防疫装备等。

图8 灾害应急救援力量部署(a)与临时转移安置建议(b)Fig.8 Disaster emergency rescue force deployment and temporary transfer resettlement suggestion

3.5 临时转移安置选址

考虑灾后群众转移安置实际需求，需选取交通便利，场地空旷平整，利于大规模人员转移安置和救援物资运抵、中转、存放及救援人员休整集结，以及环境相对安全，能规避二次搬移风险且配备医疗防疫力量或距其驻地较近的地区，满足安置场所人员医疗救护与环境消毒防疫需要[1,3,11]。同时，考虑到灾后衍次生滑坡群损坏生命线省道S303且形成长约2.1 km断路段的情况，结合前文的先期研判成果，分析筛选出5处临时转移安置场所(图8(b))。

1号安置场所选在半扇门中学，距离灾区最近(约3.3 km)，可由灾区断路段东北侧沿S303抵达，半扇门镇中心卫生院距其仅150 m，安置场所内确保简单急救医疗及卫生消毒防疫有保障。2号安置场所因距离原因，建议作为1号场所的补充与备用。3号安置场所位于省道S303旁的岳扎乡政府驻地，距岳扎乡卫生院仅50 m，可由灾区断路段西南侧沿S303抵达。1号、2号、3号安置场所距离灾区南部断路段较近，建议作为前置临时安置场所。4号、5号安置场所分别位于丹巴县城与小金县城，虽距离较远，但医疗救治及生活物资储备等后勤保障相对充分，建议作为后方中、短期转移安置场所。

4 灾害应急决策适用性

泥石流灾害发生时，可依据应急遥感调查结果，进行应急救援抢险、临时转移安置选址等应急处置决策，灾后可分析各类处置决策的适用性，对总结应急处置经验、提升应急处置决策效能具有重要意义。灾害发生后，丹巴县启动了三级应急响应，成立了丹巴县“6·17”抗洪抢险应急抢险指挥部，组织开展了抢险救援工作，积极对接康定市、小金县等周边县市应急抢险工作，及时调配帐篷、棉被等救灾物资，通过就近选择临时安置点(搭建帐篷)与异地转移(县城集中安置、投亲靠友)等方式妥善安置受灾群众。小金县积极调动救援力量，强化物资调运等支援应急抢险保障工作。甘孜州政府组织相关部门救援力量由康定市赶赴丹巴县，同时协助阿坝州小金县救援力量开展现场救援工作。

灾后第一任务是救人，因此泥石流灾后首要工作是抢险救灾和人员转移等应急抢险工作。在本次灾后应急救援辅助决策方面，应急抢险指挥部由丹巴县方向派出了武警甘孜支队丹巴中队、国网丹巴县供电公司应急救援队等救援队伍，携带救援装备与物资由丹巴县县城出发，经墨尔多山镇、岳扎乡沿省道S303奔赴灾区南部(断路段西南侧)，沿路设观察哨，观测水文，疏散安置周边群众，科学营救被困人员，保障灾区电力恢复。同时，先期协调了临近的阿坝州小金县消防救援大队携带橡皮艇、救生、防护、通信、照明等救援装备，由小金县县城出发，经宅垄镇、太平桥乡，沿省道S303到达灾区北部(断路段东北侧、堰塞湖上游)，开展人员搜救和群众转移。后期协调了甘孜州消防救援支队，由康定市经格宗乡抵达丹巴县，协助开展丹巴县县城兴吉大酒店临时安置点、墨尔多山镇临时安置点等多个受灾群众临时安置点的防火宣传等隐患排查工作。与前文应急救援辅助决策建议基本吻合，表明本次灾害应急决策适用性较强。

在转移安置场所选址方面，应急抢险指挥部共在丹巴县城、岳扎乡、半扇门镇等集中设置安置点18个，集中安置受灾群众7 200余人，岳扎乡及半扇门镇等乡镇卫生院及村医院约120名医卫专业人员投入到安置点医疗防疫工作中，保障“大灾之后无大疫”。岳扎小学安置点与红五月村安置点(灾区最大临时过渡安置点)位于3号安置场所，半扇门镇关州村党员活动室临时安置点位于1号安置场所，丹巴县兴吉大酒店临时安置点位于4号安置场所。安置点实际选址基本与前文分析一致，表明决策具有较好的适用性。本次安置点选址未涉及2号与5号安置场所，分析其原因或为：2号安置场所为1号安置场所的补充与备用，距灾区距离相对1号安置场所更远，在1号场所满足实际安置需求时，启用的必要性较低，加之安置点所选电力、物资(帐篷、棉被、粮米油等)主要通过丹巴县县城方向调配运抵，运输补给成本较高；5号安置场所位于阿坝州小金县城，为邻市州、邻区县地域，本次灾害为三级应急响应(指挥部为丹巴县级)，按照属地管理原则，解决跨市(州)区县的安置点物资调度配给存在一定的流程上与行政上的操作问题。因此，2号及5号安置点与决策分析有所出入。

5 结语

本文利用国产高分二号卫星、无人机航摄及现场调查反馈等数据提取了丹巴泥石流灾害链灾情等信息，开展了灾害应急先期研判及灾损灾情遥感调查，并进行了应急救援决策分析，得出以下结论。

(1)灾害应急先期研判表明：灾区人口主要分布在丹巴县东部、东南部及小金县西南部，影响人口约6.5万人；距离最近的救援队伍为国网丹巴县供电公司应急救援队与小金县联通通信应急抢险救援队；分布有半扇门镇中心卫生院、丹巴县人民医院等7家医疗防疫力量；半扇门中学等5所学校可作为临时安置避难场所备选；受影响矿山企业共6家，重要水库1座、水电站1座。

(2)泥石流沟总体呈NW—SE向展布，物源区(形成区)长约2 km，掩没面积约14.27万m2，分布在梅龙沟沟谷及两侧50～100 m范围内，泥石流沟主沟长度约9.9 km，汇水区约57.6 km2。堰塞湖湖面面积约1.03 km2，淹没区约49.8万m2。路基路面全毁路段约2.1 km，下游疑似灾害隐患点9处，因灾受损民居25处、桥梁5处。

(3)优选了2条灾后通达性较好的通往梅龙沟泥石流重灾区的救援生命线。建议首批救援队伍以人员转移搜集为主，由小金县城与丹巴县城的救援队伍组成，携带冲锋舟等救援设备先期赶赴灾区。第二批增援救援力量由康定市州级救援队伍组成，携带挖掘机等重型机械设备经丹巴县开赴灾区。后续增援救援力量由省级救援力量组成，主要为市(州)、县级救援力量的补充与轮换休整，负责运送省级调拨的救灾物资及救援防疫装备等。

(4)以高分遥感卫星为代表的新兴遥测技术具有大范围、快速及时、高分辨率及周期性的优势，在本次丹巴泥石流-堰塞湖灾害灾后应急处置中发挥了重大作用，具有较大的应用前景。建议运用无人机、高分卫星等新兴遥测技术开展后续灾情跟踪分析、灾损评估、重大危险源安全监测、次生地灾隐患排查等安全状态应急调查。

(5)利用高分二号等国产高精度遥感资料对地质灾害高发、易发区进行隐患遥感“普查”，可提前发现滑坡变形迹象，识别出滑坡的潜在隐患(堰塞湖、二次滑坡)，对灾害实施监测预警和风险评估，掌握防灾减灾的主动权。

致谢：感谢高分辨率对地观测系统四川数据与应用中心提供高分卫星数据。