基于融雪及地貌特征的伊犁地区地质灾害发育规律研究

吴金海，谢良甫，乔 伟

(1.云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021；2.新疆大学建筑工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046)

0 引 言

目前，我国地质灾害造成的死亡人数与经济损失排在世界前列[1]。积雪地区地质灾害的发生与其所在地貌和春季融雪有着密切关系[2-3]。新疆伊犁地区地貌类型繁多[4]，积雪变化表现明显[5]，地质灾害发生较为频繁。因此，分析该地区地质灾害发育规律对伊犁地区的防灾减灾工作尤为重要。

近年来，高杨[6]利用GIS在地质灾害分区评价中采用了坡度、坡高、坡型等因子进行研究；陈立华等[7]在地质灾害研究中选取了地貌、道路等评价因子；杜晓晨等[8]分析了凉山州德昌县滑坡的发育环境和分布特征；王红[9]分析了金沙江中游深切河谷的地形地貌特征；尚合欣[10]选取高程、坡度、坡向等因素对兰州市崩滑灾害产生的影响进行研究。目前，少有文献基于融雪及地貌特征对地质灾害发育特征进行研究。为此，本文以伊犁地区的4类主要地质灾害(泥石流、滑坡、地面塌陷、崩塌)、高程、雪深数据为基础，对伊犁地区地质灾害发育规律进行研究。

表1 地貌分类及编号

1 数据源

1.1 研究区概况

本文选取伊犁哈萨克自治州，地处新疆维吾尔自治区西部天山北部的伊犁河谷内，自然地貌特色明显。面积55.67×103km2，地理位置E80°～85°、N42°～45°，辖属11个县级行政区(伊宁市、奎屯市、霍尔果斯市、伊宁县、霍城县、巩留县、新源县、昭苏县、特克斯县、尼勒克县、察布查尔锡伯自治县)。研究区示意见图1。

图1 研究区示意

1.2 雪深数据

雪深数据选用的“中国雪深长时间序列数据集(1979—2020)”来源于“国家青藏高原科学数据中心(http：∥data.tpdc.ac.cn/)”，采用被动微波遥感数据为原始数据[11]。Che等[12-14]在Chang算法改良的基础上对雪深反演得到此数据集。肖林等[15]将该数据与AMSR-E、GlobSnow、RA-Interim、MERRA2雪深遥感数据进行空间特征评估，得出此数据集在西北地区与站点测量值偏差最小，适用于我国西北雪深研究。本文采用2015年2月～2020年2月逐日雪深数据，空间分辨率为25 km。

1.3 高程数据

高程数据选用ASTER GDEM V3，来源于地理空间数据云(http：∥www.gscloud.cn/)ASTER GDEM，基于“先进星载热发射和反辐射计(ASTER)”数据计算生成，覆盖全球陆地表面的高分辨率高程影像数据。ASTER GDEM V3版本是在V2的基础之上，新增了36万光学立体像对数据，主要用于减少高程值空白区域以及水域数值异常，空间分辨率为30 m，坐标系为UTM/WGS84。

1.4 灾害数据

地质灾害数据为地质灾害调查数据，包括滑坡、地面塌陷、泥石流、崩塌4种灾害类型。其中，滑坡1 058个、地面塌陷1 409个、泥石流73个、崩塌214个，共2 754个灾害点。

2 地貌特征

地形起伏度是指在一个特定的区域内，最高点海拔高度与最低点海拔高度的差值。经过ArcGIS软件分析，选取31×31像元为最佳分析窗口，计算研究区地形起伏度。

根据中国陆地基本地貌类型[16-18]分类标准(见表 1)，将海拔划分为5个等级，即1级(<1 000 m)、2级(1 000～2 000 m)、3级(2 000～4 000 m)、4级(4 000～6 000 m)、5级(>6 000 m)。地形起伏度划分为7个等级(即1级(<30 m)、2级(30～70 m)、3级(70～200 m)、4级(200～500 m)、5级(500～1 000 m)、6级(1 000～2 500 m)。研究区海拔、地形起伏度分布见图2。基于高程与地形起伏度图层，叠加分析得研究区地貌特征，见图3。

图2 研究区海拔、地形起伏度分布

图3 研究区地貌分布

统计图2中各类地貌面积占比大于1%的区域，统计结果见图4。从图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、低海拔台地、中海拔台地、低海拔平原、高中海拔丘陵、低海拔丘陵、中海拔平原这10类地貌总面积占比为97.72%。其中，面积占比最大的地貌特征为小起伏高中山，面积占比为29.52%，即高程2 000～4 000 m，地形起伏高程为500～1 000 m。

图4 研究区主要地貌统计结果

3 融雪演化云图

由于雪深数据的空间分辨率较低，通过克里金插值法预测研究区高分辨率雪深分布，基于预测的高分辨率雪深图层叠加分析，得出雪深年内演化趋势(见图5)。从图5可知，研究区融雪期为2月～7月。根据上述时间，计算雪深变化值得出年内融雪演化云图(见图6)。从图6可以看出，融雪量较高区域为伊犁地区的西南山谷区域。

图5 雪深年内演化趋势

图6 融雪演化云图

4 基于融雪与地貌的地质灾害发育规律

对融雪演化云图划分为5个等级，其中1级为0～13 cm(低融雪区)、2级为13～18 cm(较低融雪区)、3级为18～22 cm(中融雪区)、4级为22～26 cm(较高融雪区)、5级为26～31 cm(高融雪区)。在图3地貌分区的基础上，将融雪云图中等级值赋值于个位，将地貌编号赋值于百位与十位，在ArcGIS中进行图层叠加，得到融雪地貌分区，见图7。

图7 融雪地貌分区

根据灾害点所在位置，提取图 7融雪地貌特征，统计各类灾害(滑坡、地面塌陷、泥石流、坍塌)占比大于1%的地貌特征，统计结果见图8。从图8可知，地质灾害发育较多的地貌类型为小起伏中山(编号42)，中海拔丘陵(编号32)、小起伏高中山(编号43)，其中发育最多的地貌类型为小起伏中山；泥石流发育最多的分区为322(中海拔丘陵、融雪较低区)；地面塌陷与滑坡发育最多的分区为423(小起伏中山地貌、中融雪区)；崩塌发育最多的分区为422(小起伏中山地貌、低融雪区)。

5 结 语

本文基于高程、雪深、地质灾害数据，通过ArcGIS组合叠加分析伊犁地区地质灾害发育规律，得出以下结论：

(1)根据中国陆地基本地貌类型分类标准划分伊犁地区地貌，其主要地貌类型为小起伏高中山、中海拔丘陵、小起伏中山、中起伏高中山、低海拔台地、中海拔台地、低海拔平原、高中海拔丘陵、低海拔丘陵、中海拔平原，其中面积占比最大的地貌为小起伏高中山。

(2)利用ArcGIS处理2015年2月～2020年2月雪深数据集，获取伊犁地区融雪演化云图，在地貌分区基础上叠加融雪演化云图，根据地质灾害点所在位置提取所在融雪地貌分区特征，得出伊犁地区地质灾害发育较多的地貌类型为中海拔丘陵、小起伏中山、小起伏高中山，其中地质灾害发育最多的地貌类型为小起伏中山。泥石流灾发育最多的分区为中海拔丘陵、融雪较低区；地面塌陷与滑坡发育最多的分区为小起伏中山地貌、中融雪区；崩塌发育最多的分区小起伏中山地貌、低融雪区。

图8 各类地质灾害所在分区占比