東川小江流域典型溝谷泥石流跡地環(huán)境綜合遙感解譯分析

于輝，甘淑,2,楊敏，吳陽

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.云南省高校高原山地空間信息測繪技術(shù)應(yīng)用工程研究中心，昆明 650093)

東川小江流域典型溝谷泥石流跡地環(huán)境綜合遙感解譯分析

于輝1，甘淑1,2,楊敏1，吳陽1

(1.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.云南省高校高原山地空間信息測繪技術(shù)應(yīng)用工程研究中心，昆明 650093)

泥石流是危害人民群眾生命財產(chǎn)安全的自然災(zāi)害類型之一，運(yùn)用遙感技術(shù)解譯地表信息是一種既方便又準(zhǔn)確的方法，因此利用遙感技術(shù)對典型泥石流跡地進(jìn)行綜合遙感解譯是一種安全有效的泥石流信息獲取手段。以Landsat8影像為數(shù)據(jù)源，通過對東川小江流域典型溝谷泥石流——大白泥河流域建立遙感解譯標(biāo)志，分區(qū)段進(jìn)行跡地信息提取并統(tǒng)計數(shù)量特征，再對地表覆蓋信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而全面地掌握泥石流的發(fā)育特征。最終解譯出物源區(qū)段滑坡體面積175.32 hm2，流通區(qū)段滑坡體面積98.81 hm2，堆積區(qū)段堆積扇面積138.88 hm2。

泥石流；遙感解譯；地表覆被；小江流域；大白泥河

泥石流是指在山區(qū)或者其他溝谷深壑、地形險峻的地區(qū)，因?yàn)楸┯瓯┭┗蚱渌匀粸?zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流，具有突發(fā)性、瞬時性、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。泥石流發(fā)生時往往會淹沒附近的村莊、耕地等，有時還會沖毀公路鐵路等交通設(shè)施，給人民群眾造成巨大損失。東川區(qū)位于小江流域地震帶，板塊構(gòu)造活躍，地震災(zāi)害多發(fā)，泥石流溝群分布廣泛，對當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚敭a(chǎn)造成的危害最為嚴(yán)重。自1950年以來，東川區(qū)因泥石流造成死亡200余人，傷100余人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)37 000多萬元[2]，泥石流災(zāi)害已經(jīng)成為阻礙全區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定的重大隱患。

小江流域泥石流災(zāi)害頻發(fā)，其泥石流活動具有6 a的短周期和9～12 a的長周期[3]。由于泥石流危害性極大，因此運(yùn)用遙感技術(shù)對泥石流進(jìn)行監(jiān)測和解譯是一種安全有效且精度較高的手段。當(dāng)前遙感技術(shù)在泥石流研究中的應(yīng)用，主要集中于3個方面：(1)對單個泥石流的分析[2-6]；(2)對區(qū)域間已發(fā)生泥石流之間的關(guān)系研究[7]；(3)區(qū)域性的泥石流災(zāi)害敏感性、風(fēng)險性的評估[8-10]?，F(xiàn)階段，利用遙感影像目視解譯仍是精度較高的一種信息提取方法，盡管國內(nèi)外對泥石流的研究已有很多，但是對大白泥河流域典型溝谷泥石流的研究目前還未見報道，因此，加強(qiáng)對小江流域典型溝谷泥石流跡地的綜合遙感解譯分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)與研究數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 研究區(qū)域概況

東川區(qū)隸屬于云南省昆明市，位于云南省東北部和昆明市最北端，距離昆明150 km，地處東經(jīng)102°47′～103°18′，北緯25°57′～26°32′，東川區(qū)東部鄰曲靖市會澤縣，西部緊靠昆明市祿勸縣，南部毗鄰昆明市尋甸回族彝族自治縣，北部緊鄰昭通市巧家縣。境內(nèi)最高海拔4 344.1 m，最低海拔695 m，高差3 649.1 m，東川區(qū)的總面積為1 674 km2，以平均每1 000 km2國土面積內(nèi)的泥石流溝數(shù)目為統(tǒng)計單元，東川區(qū)泥石流溝的分布密度為43.7條/1 000 km2[3]。東川區(qū)地理位置如圖1所示。

小江為金沙江右岸支流，發(fā)源于尋甸回族彝族自治縣的清水海，流經(jīng)云南省的尋甸回族彝族自治縣、東川縣和會澤縣。小江全長141.9 km，流域面積約344.3 km2，天然總落差約2 860 m[3]，多年平均流量約51 km3/s，流域內(nèi)植被稀少，有多條泥石流沖溝，泥石流溝分布密度為37.8條/1 000 km2[3]，是著名的泥石流頻繁暴發(fā)地區(qū)。

大白泥河位于小江的中下游地段，地處東川區(qū)姑海鄉(xiāng)附近大白河的左岸，地理位置位于東經(jīng)103°9′50″～103°13′13″，北緯25°55′58″～26°1′13″，水流方向大致由西南向東北，雨季水量豐富。流域中下游滑坡體和沖積扇特征明顯，是典型的溝谷型泥石流跡地。

圖1 東川區(qū)地理位置示意圖

1.2 研究數(shù)據(jù)

研究區(qū)使用的是2016年11月由Landsat8 OLI陸地成像儀拍攝的分辨率為30 m的多波段遙感影像，與全色PAN波段進(jìn)行Gram-Schmidt波段融合之后，圖像分辨率提高到15 m，這使處理后的Landsat8 遙感圖像不但具有15 m 的空間分辨率，而且具有多光譜影像地物信息豐富的特征。經(jīng)過圖像拼接、幾何校正、圖像裁剪等基本預(yù)處理后將Band6、Band5、Band2分別賦予紅、綠、藍(lán)波段即可合成假彩色圖像，泥石流跡地得到增強(qiáng)，可與植被、村莊進(jìn)行有效區(qū)分，波段組合形成的研究區(qū)域影像地物豐富，層次鮮明，如圖2，能夠?qū)⒋蟀啄嗪恿饔騼?nèi)泥石流跡地與其他地物類型明顯區(qū)分，經(jīng)驗(yàn)證可用此影像對泥石流跡地信息進(jìn)行解譯。

圖2 大白泥河流域Landsat8遙感影像

1.3 泥石流跡地分段區(qū)劃預(yù)處理

根據(jù)泥石流地貌分布特征，東川小江流域溝谷型泥石流可劃分為物源區(qū)段、流通區(qū)段和堆積區(qū)段3個部分。對于溝谷型泥石流來說，3個區(qū)段的區(qū)分界限明顯，物源區(qū)段位于中上游地段，是泥石流發(fā)育的源頭地區(qū)，物源區(qū)段又分為清水區(qū)和固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)；中游的流通區(qū)段是狹長的溝谷，水流流速較快，奔騰而下；堆積區(qū)段位于下游地段，固體物質(zhì)在此形成堆積，水流流速減慢。類型分區(qū)如圖3所示。

圖3 大白泥河流域泥石流跡地類型分區(qū)特征

本次解譯大白泥河流域面積共2 345.95 hm2，大白泥河總長度10 970.05 m。區(qū)域類型面積解譯結(jié)果見表1。流域內(nèi)包括耕地、林地、荒草地、村莊、道路、河流等眾多地物。

表1 區(qū)域類型面積解譯統(tǒng)計表

泥石流跡地遙感解譯主要通過對引起泥石流發(fā)生的各種因素包括山坡坡度、巖石破碎狀況、植被覆蓋情況、人類活動的痕跡等進(jìn)行解譯和綜合分析[2]。對整個大白泥河流域泥石流進(jìn)行區(qū)域劃分，從泥石流各個區(qū)域的面積大小、總體形態(tài)、遙感影像色調(diào)識別著手，確定泥石流溝的走向，對河流流動方向用箭頭沿流動方向進(jìn)行標(biāo)定，定量解譯和量算泥石流溝各個區(qū)域面積、流域邊界長度、河流長度、堆積扇體大小與形狀，對流域地表覆蓋信息、主要危害對象進(jìn)行定性分析[2]。整體泥石流遙感解譯如圖4所示。

圖4 大白泥河泥石流跡地遙感解譯圖

2 物源區(qū)段跡地信息提取及環(huán)境狀況分析

2.1 跡地信息提取及結(jié)構(gòu)分析

一般情況下，物源區(qū)段位于中上游地段，面積較大，上游清水區(qū)是河流的源頭，中游固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)溝谷切割明顯，兩側(cè)滑坡、崩塌發(fā)育明顯，物源區(qū)段為泥石流的形成提供了豐富的匯水量及固體物質(zhì)。

經(jīng)解譯，物源區(qū)段各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 物源區(qū)段解譯數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

物源區(qū)段位于大白泥河的上游，流域形狀大致呈羽毛狀，面積比較大，地勢南高北低。清水區(qū)位于固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)上方，坡度緩和，河流穿過整個區(qū)域，水流方向由南向北，水質(zhì)清澈，水流量小且平穩(wěn)，為泥石流的發(fā)育提供了水源條件。經(jīng)目視解譯清水區(qū)影像顏色以綠色和淺綠色為主，說明區(qū)域內(nèi)植被覆蓋率相對較高。固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)影像分為綠色、黃褐色和高亮白色，經(jīng)實(shí)地調(diào)查與人機(jī)交互解譯，綠色部分大致為林地或耕地，黃褐色部分為荒草地，其土壤裸露程度較高，溝谷兩側(cè)高亮白色部分為滑坡體，坡度較大，坡面及細(xì)溝侵蝕嚴(yán)重，坡體總體不穩(wěn)定，巖土體結(jié)構(gòu)松散，松散固體物質(zhì)豐富，不時向下滑動，造成大量煙塵。

2.2 地表覆蓋信息提取與分析

經(jīng)過對物源區(qū)段地表覆蓋類型的解譯與實(shí)地勘察，清水區(qū)和固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)各類地表覆蓋物面積統(tǒng)計表如表3所示。

表3 物源區(qū)段地表覆蓋物面積統(tǒng)計表

在大白泥河流域的清水區(qū)，地勢較為平坦，植被覆蓋率高，以林地和耕地居多，林地多分布在清水區(qū)周邊，耕地多分布在村落周圍，大白泥河從清水區(qū)中間緩緩穿過，可對耕地進(jìn)行灌溉，而荒草地數(shù)量較少，分布散落。村莊多沿大白泥河兩側(cè)分布，村落聚集程度高，規(guī)模大，道路網(wǎng)以拖落村為中心呈放射狀分布，交通便利，人跡活動現(xiàn)象明顯。固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)落差較大，植被覆蓋率不高，林地和耕地較少，分布在區(qū)域邊緣，荒草地數(shù)量較多，分布在滑坡體周圍。村莊數(shù)量較少，分布在邊緣的林地與耕地之間，規(guī)模較小，道路稀疏，交通不便，人跡活動現(xiàn)象不明顯?；聦Υ迓洳粯?gòu)成威脅。

3 流通區(qū)段跡地信息提取及環(huán)境狀況分析

3.1 跡地信息提取及結(jié)構(gòu)分析

流通區(qū)段是泥石流快速流經(jīng)的通道，由于東川區(qū)大白泥河流域松散砂石豐富，固體堆積物豐富，流通區(qū)段沿途有大量松散土石等物質(zhì)隨水流而下，雨季期間由于高溫多雨河流徑流量增大，河道拓寬，旱季期間僅形成窄小河溝緩緩流下。

經(jīng)解譯，流通區(qū)段各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 流通區(qū)段解譯數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

流通區(qū)段位于大白泥河的中游地段，海拔落差大，溝谷細(xì)長而又狹窄，形態(tài)呈線狀，溝谷斷面形態(tài)呈“U”形。流通區(qū)段水流方向由西南向東北，水流流速快，兩側(cè)山坡坡度大，流通區(qū)段基本無堆積物，但兩側(cè)山坡不時有崩落物滑下。流通區(qū)影像顏色大部分呈現(xiàn)為黃褐色，荒草地面積較大，中間狹長部分呈現(xiàn)高亮灰白色，是泥石流溝流通路徑的表征。由于泥石流的切割作用，在流通區(qū)段的兩側(cè)往往會伴隨著小規(guī)模的崩塌、滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害，對地表的改造作用較為明顯。

3.2 地表覆蓋信息提取與分析

流通區(qū)段各類地表覆蓋物面積統(tǒng)計表如表5所示。

表5 流通區(qū)段地表覆蓋物面積統(tǒng)計表

流通區(qū)段地表覆蓋類型豐富，植被覆蓋率不高，荒草地面積最大，多分布在流通區(qū)的上段，而林地和耕地多分布在下段，村莊數(shù)量少，規(guī)模小，多分布于耕地周圍。道路稀疏，只分布于村落周邊。因下段耕地規(guī)模較大，人類活動痕跡較為明顯。流通區(qū)段泥石流易對耕地和村落造成影響。

4 堆積區(qū)段跡地信息提取及環(huán)境狀況分析

堆積區(qū)段位于泥石流溝口，是泥石流經(jīng)過狹長而擁堵的流通區(qū)段通道后豁然向外攤開的地方，堆積區(qū)往往呈半徑大小不等的不規(guī)則扇形分布。

4.1 跡地信息提取及結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)解譯，堆積區(qū)段各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 堆積區(qū)段解譯數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

堆積區(qū)段位于大白泥河流域下游、溝谷出口處，坡度較緩，固體物質(zhì)沖出溝谷形成不規(guī)則的扇形堆積，輪廓明顯。堆積扇上水流不固定，水流方向多樣，多呈漫流或叉流。泥石流堆積區(qū)段的空間特征在遙感影像上與其他地物區(qū)分明顯，光譜特征呈現(xiàn)高亮的灰白色，易于辨別。

4.2 地表覆蓋信息提取與分析

堆積區(qū)段各類地表覆蓋物面積統(tǒng)計表如表7所示。

表7 堆積區(qū)段地表覆蓋物面積統(tǒng)計表

堆積區(qū)段地勢開闊平坦，植被覆蓋率較低，主要地物為泥石流沖積扇和荒草地，荒草地分布于扇形兩側(cè)，林地和耕地數(shù)量少，規(guī)模小，幾乎無村落分布，人跡罕至，但有二級公路龍東格公路穿過扇形內(nèi)側(cè)，大白泥河穿過扇形外側(cè)，泥石流發(fā)生時會沖毀龍東格公路，造成大白泥河向扇形外側(cè)改道。

5 結(jié)果與討論

通過對大白泥河流域各個區(qū)段的指標(biāo)數(shù)據(jù)定量解譯和對地表覆蓋信息統(tǒng)計分析，主要結(jié)論如下：

(1) 物源區(qū)段滑坡體面積175.32 hm2，占物源區(qū)段總面積的11.54%；流通區(qū)段滑坡體面積98.81 hm2，占流通區(qū)段總面積的16.70%；堆積區(qū)段堆積扇面積138.88 hm2，占堆積區(qū)段總面積的59.23%。

(2) 物源區(qū)段清水區(qū)地物覆蓋以林地和耕地為主，固體物質(zhì)補(bǔ)給區(qū)地物覆蓋類型以荒草地為主；流通區(qū)段地物覆蓋類型以荒草地為主；堆積區(qū)段地物覆蓋類型以荒草地為主。

(3) 利用遙感影像對泥石流跡地信息進(jìn)行綜合解譯，不僅可以從宏觀角度把握流域的整體態(tài)勢，還可以對流域內(nèi)的局部特征進(jìn)行分析。經(jīng)野外實(shí)地調(diào)查，可以看出目視解譯的效果顯著，準(zhǔn)確度高，對于小范圍研究區(qū)域來說，是最顯著的解譯方法。

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COMPREHENSIVEREMOTESENSINGINTERPRETATIONANALYSISOFTYPICALGULLYDEBRISFLOWENVIRONMENTOFXIAOJIANGRIVERBASININDONGCHUANCOUNTY

YU Hui1，GAN Shu1,2，YANG Min1，WU Yang1

(1.School of Land and Resources Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China; 2.Yunnan Institute of Engineering Research and Application of Plateau Mountain Spatial Information Surveying and Mapping Technology, Kunming 650093,China)

Debris flow is one of the types of natural disasters that endanger the safety of people’s lives and property.It is a convenient and accurate method to interpret the surface information by using remote sensing technology. Therefore, it is a safe and effective debris flow information acquisition method to use remote sensing to analyze the typical debris flow.Based on the Landsat8 image as the data source, the remote sensing interpretation sign of the typical gully debris flow in Xiaojiang River Basin Dongchuan County——Dabaini River Basin was carried out. Divided the segment, carried out the excavation information and counted the quantitative features.Then analyzed statistical surface cover information, so as to fully grasped the debris flow development characteristics.Finally, the area of the landslide in Source area is 175.32 hectares, the area of the landslide in Circulation area is 98.81 hectares, and the area of deposition fan in Accumulation area is 138.88 hectares.

debris flow; remote sensing interpretation; surface cover;Xiaojiang River Basin; Dabaini River

1006-4362(2017)03-0096-05

2017-04-01改回日期2017-06-23

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，滇中星云湖高原湖泊流域聚落空間格局演化研究(No.41561083)；云南省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，滇東南巖溶山地水土環(huán)境脆弱性空間分異的多尺度探測研究(No.2015FA016)

P694；TP753

A

于輝(1993- )，女，碩士研究生，主要從事遙感技術(shù)應(yīng)用.E-mail:2668916261@qq.com

甘淑(1964- )，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事資源環(huán)境管理及3S技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域研究工作. E-mail:n1480@qq.com