遙感技術(shù)在1∶ 5萬地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用
——以廣西賀州市平桂區(qū)為例

江思義, 李海良, 邱恩露, 王 正, 石覃劍, 蘇紫涵

(1.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,廣西 南寧 530029； 2.廣西壯族自治區(qū)遙感中心,廣西 南寧 530023)

0 引言

隨著我國1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查工作的深入與完善，遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查中得到了較好的發(fā)展與應(yīng)用。張茂省等論述了遙感技術(shù)在陜西省延安市寶塔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用，并將該技術(shù)在黃土高原區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中進(jìn)行了推廣；張景華等利用遙感技術(shù)并結(jié)合地面調(diào)查，論述了四川省雅安市石棉縣地質(zhì)災(zāi)害類型、分布和規(guī)模；蔣培蕩論述了遙感技術(shù)在江西省吉安市永豐縣1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查中的應(yīng)用，論證了遙感技術(shù)與地面調(diào)查可互補(bǔ)；張曉東等以寧夏中寧縣為例，論證了遙感技術(shù)既可快速查明地質(zhì)災(zāi)害的類型、分布和規(guī)模，也可以提高地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的效率和精度；馬思順等以云南省建水縣為例，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行災(zāi)害解譯，建立了研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志。

2018年開展的平桂區(qū)1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查，以遙感技術(shù)為先導(dǎo)，采用人機(jī)交互式解譯為主，遵循“先宏觀后微觀、先整體后局部、先已知后未知、先易后難”的原則進(jìn)行。在充分收集平桂區(qū)基礎(chǔ)地理、地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，利用2017～2018年度國產(chǎn)高分辨率遙感數(shù)據(jù)，通過對(duì)比分析，初步建立了崩塌(危巖)、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、巖溶塌陷、采空區(qū)塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的遙感解譯標(biāo)志，開展地質(zhì)災(zāi)害及孕災(zāi)背景遙感解譯，編制了系列遙感圖件并進(jìn)行相關(guān)研究，為研究區(qū)開展地質(zhì)災(zāi)害隱患排查提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

本次研究區(qū)范圍為賀州市平桂區(qū)行政轄區(qū)，平桂區(qū)在廣西的東北部，賀州市中部，地理位置為東經(jīng)111°12′～111°41′，北緯23°52′～24°34′，面積2 022 km2。平桂區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，春暖雨綿，夏暑酷熱，秋朗氣爽，冬少冰雪。多年平均氣溫19.9 ℃，極端最高溫度39.5 ℃，極端最低溫度-4 ℃，無凍土。雨量豐沛，雨日較多，多年平均降雨量1 533 mm，多年平均降雨日數(shù)164 d。常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲魑鞅?，夏季為東風(fēng)，平均風(fēng)速1.7 m/s，瞬時(shí)最大風(fēng)速40 m/s。平桂區(qū)境內(nèi)有賀江、西灣河、大平河、白沙河、盤骨河、馬尾河、建新河、桂山河、沙田河、江華河、南堂河、東安河、石川河、塘灣河、水口河等河流，水力資源豐富，有中小型水庫23座，山塘67座，總庫容達(dá)0.51億立方米。平桂區(qū)北部處于萌渚嶺與大桂山山脈之間，地形較破碎；南部處于大桂山山脈影響范圍內(nèi)，地勢(shì)南部高北部低。按成因類型、地形標(biāo)高及地貌組合形態(tài)，可劃分為構(gòu)造侵蝕、侵蝕剝蝕、構(gòu)造溶蝕和侵蝕堆積地4種地貌類型，以中山和低山地貌為主。地下水類型有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。平桂區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，其北部姑婆山一帶為花崗巖地區(qū)，南部為碎屑巖地區(qū)，中部多為巖溶地區(qū)，且人類工程活動(dòng)頻繁，區(qū)內(nèi)主要的地質(zhì)災(zāi)害類型為滑坡、崩塌(危巖)，其次為不穩(wěn)定斜坡、巖溶塌陷、采空區(qū)塌陷和泥石流。

2 遙感解譯方法介紹

1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查遙感解譯總體工作流程如圖1所示。

2.1 資料收集

本次地災(zāi)遙感調(diào)查數(shù)據(jù)涉及到遙感數(shù)據(jù)源，包括高分1號(hào)(GF-1)遙感數(shù)據(jù)分辨率為0.5 m和高分2號(hào)(GF-2)遙感數(shù)據(jù)分辨率為0.5 m，并利用1∶5萬數(shù)字高程模型和1∶5萬數(shù)字地形圖，重點(diǎn)區(qū)利用1∶1萬數(shù)字高程模型和1∶1萬數(shù)字地形圖，生成坡度、坡向等專題圖，輔助開展地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯。另外，收集了植被覆蓋、礦產(chǎn)資源分布、礦山環(huán)境等內(nèi)容有關(guān)的研究報(bào)告、圖件、文字資料、數(shù)據(jù)表格等。

2.2 構(gòu)建解譯平臺(tái)

主要基于ArcGIS平臺(tái)，以目視解譯為主，以1 km×1 km網(wǎng)格逐格進(jìn)行掃面，開展廣西壯族自治區(qū)平桂區(qū)1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯工作。以200 m×200 m格網(wǎng)逐格進(jìn)行掃面，開展廣西壯族自治區(qū)平桂區(qū)1∶1萬重點(diǎn)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯工作。

2.3 遙感圖件的制作

根據(jù)對(duì)國產(chǎn)高分遙感數(shù)據(jù)GF-1、GF-2等數(shù)據(jù)的波譜特征、各波段的信息量以及各波段間的相關(guān)性綜合分析，按照信息量大、波段間相關(guān)性小的原則制作縣域1∶5萬及重點(diǎn)研究區(qū)1∶1萬數(shù)字正射影像圖。合成的圖像盡量做到影像清晰、色彩協(xié)調(diào)、信息量大、易于判讀，以滿足不同對(duì)象的解譯要求。影像制作包括正射校正、空間配準(zhǔn)、融合、調(diào)色、拼接、裁剪、格式轉(zhuǎn)換等工作。縣域影像正射校正需采用1∶5萬數(shù)字高程模型和1∶5萬數(shù)字地形圖進(jìn)行，重點(diǎn)區(qū)影像正射校正需采用1∶1萬數(shù)字高程模型和1∶1萬數(shù)字地形圖進(jìn)行。

圖1 1∶ 5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查遙感解譯工作流程圖

3 地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯標(biāo)志

根據(jù)規(guī)范，對(duì)研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行遙感解譯，初步形成如下的遙感解譯標(biāo)志。

3.1 滑坡

滑坡遙感解譯標(biāo)志有：(1)地形：坡體地形破碎，坡體表面起伏不平，有不均勻沉降；(2)坡形：坡形陡長，有面積不大滑坡平臺(tái)，且有下滑傾向；(3)異樣點(diǎn)：裂縫、地表濕地或泉水(呈斑狀或點(diǎn)狀深色調(diào))、樹木(無巨大直立樹木或可見醉林)、新生沖溝(溝床窄而深)等。通過滑坡遙感解譯標(biāo)志解譯出疑似滑坡后，從而能對(duì)該滑坡的位置、范圍、滑移方向、形態(tài)、坡度、周圍情況等進(jìn)行進(jìn)一步解譯。

研究區(qū)基本上由高分1號(hào)分辨率為0.5 m和高分2號(hào)分辨率為0.5 m的遙感影像組成，基本滿足了滑坡體識(shí)別(如圖2、圖3)，但是在實(shí)際解譯過程中，解譯僅能圈出疑似滑坡點(diǎn)，滑坡體的形態(tài)特征、滑坡后緣、側(cè)緣、前緣等基本要素模糊不清，解譯難度一般。

圖2 滑坡遙感解譯標(biāo)志

圖3 平桂區(qū)鳳嶺滑坡圖

3.2 崩塌(危巖)

崩塌(危巖)遙感解譯標(biāo)志有：(1)坡形：坡形陡峻，上陡下緩；(2)堆積體：在陡壁或懸崖下有巨大巖塊(巨石形成的陰影呈粒狀)，在斜坡平緩地段或谷底(由于表面坎坷不平影像有粗糙感)；(3)異樣點(diǎn)：裂縫(崩塌或危巖體上部外圍有時(shí)可見到張節(jié)理形成的裂縫影像)、堰塞湖(巨大崩塌體的上游可形成堰塞湖)、帶有瀑布的峽谷(巨大崩塌體可形成帶有瀑布的峽谷)等。通過崩塌(危巖)遙感解譯標(biāo)志解譯出疑似崩塌(危巖)后，從而能對(duì)該崩塌(危巖)的位置、范圍、崩塌方向、形態(tài)、坡度、周圍情況等進(jìn)行進(jìn)一步解譯。

研究區(qū)的崩塌多分布在建房、修路、采礦等形成的陡峭邊坡地段。大型崩塌的解譯程度很高，然而崩塌規(guī)模較小、崩塌的邊坡陡峭、平面投影面積較小的小崩塌，因崩塌徹底破壞坡面上的植被，在2.5 m分辨率遙感影像上僅表現(xiàn)為與切坡坡向垂直的白色條帶，一般條帶規(guī)模不大于3像素×10像素，影像特征模糊，易與正常切坡裸土混淆，解譯難度一般(如圖4)。危巖規(guī)模較小，主要發(fā)生在碳酸鹽地區(qū)，靠近居民地、公路等人工建筑、設(shè)施附近，山體陰影較深的部位影像特征不明顯，可解譯程度較低(如圖5)。

圖4 崩塌遙感解譯標(biāo)志(平桂區(qū)界沖崩塌)

圖5 危巖三維傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)

3.3 不穩(wěn)定斜坡

不穩(wěn)定斜坡遙感解譯標(biāo)志有：(1)地形：具有高差的自然坡體(坡體一面呈亮白色，另一面陰影較深)；(2)異樣點(diǎn)：具有蠕滑、潰屈、傾倒或側(cè)向拉裂等變形特征。通過不穩(wěn)定斜坡遙感解譯標(biāo)志解譯出疑似不穩(wěn)定斜坡后，從而能對(duì)該不穩(wěn)定斜坡的位置、范圍、滑移方向、形態(tài)、坡度、周圍情況等進(jìn)行進(jìn)一步解譯。

不穩(wěn)定斜坡分布在建房、修路、采礦等形成的陡峭邊坡地段，研究區(qū)基本上由高分1號(hào)分辨率為0.5 m和高分2號(hào)分辨率為0.5 m的遙感影像組成，基本滿足了不穩(wěn)定斜坡的識(shí)別，在遙感影像上多表現(xiàn)為與建房、修路、采礦形成的裸露斜坡上，部分形成陰影較深的邊坡，影像上呈月牙狀、條帶狀，影像特征明顯，解譯程度較高(如圖6)。

圖6 不穩(wěn)定斜坡解譯標(biāo)志

3.4 泥石流

泥石流遙感解譯標(biāo)志有：(1)物源區(qū)：山坡陡峻，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，松散固體物質(zhì)豐富，常伴有滑坡、崩塌；(2)流通區(qū)：一般呈直線或曲線條帶狀，縱坡較物源區(qū)地段緩，但較堆積區(qū)地段陡；(3)堆積區(qū)：位于溝谷出口處，縱坡平緩，成扇狀(堆積扇縱坡一般為5°～9°，部分達(dá)9°～12°)，呈淺色色調(diào)，扇面上可見漫流狀溝槽或固定溝槽及導(dǎo)流堤等人工建筑物。通過泥石流遙感解譯標(biāo)志解譯出疑似泥石流后，從而能對(duì)該泥石流的位置、范圍、主溝長度和縱降比、形態(tài)、坡度、周圍情況、物源區(qū)的水體分布和集水面積、流通區(qū)溝床的縱橫坡度和沖淤變化、堆積區(qū)堆積物的分布范圍和堆積扇坡降等進(jìn)行進(jìn)一步解譯。

研究區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的泥石流為坡面泥石流或溝谷型泥石流，分布于水系發(fā)育的河谷地帶，絕大部分呈長條形，規(guī)模較小。溝谷形狀明顯，多呈“V”字形，可以根據(jù)相關(guān)紋理，色調(diào)判斷出其發(fā)育階段，解譯難度較大(如圖7、圖8)。

圖7 泥石流遙感解譯標(biāo)志

圖8 平桂區(qū)川巖村泥石流

3.5 地面塌陷

地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的遙感解譯包括以下兩點(diǎn)：(1)地面塌陷的位置、范圍、形狀；(2)塌陷對(duì)地面設(shè)施的破壞程度和造成的成災(zāi)范圍。

巖溶塌陷遙感解譯標(biāo)志有：(1)地貌：溶蝕洼地、孤峰、盲谷、坡立谷等(高分辨率影像上極易辨認(rèn))；(2)異樣點(diǎn)：地表漏斗(成群出現(xiàn)，呈串珠展布)、洼地(影像上呈圓形、橢圓形或不規(guī)則圓形的，由于上大下小底部呈深色，若被第四系沉積物充填而呈淺色色調(diào))、灌木(附近長滿了灌叢、 灌草，中部長有蓼科植物，差異明顯)。通過巖溶塌陷遙感解譯標(biāo)志解譯出疑似巖溶塌陷后，從而能對(duì)該巖溶塌陷的位置、范圍、形態(tài)、周圍情況等進(jìn)行進(jìn)一步解譯(如圖9)。

圖9 巖溶地面塌陷遙感解譯標(biāo)志

采空塌陷遙感解譯標(biāo)志有：(1)地裂縫：塌陷邊緣常有地裂縫，裂縫兩側(cè)地表有高差(在裂縫帶的上方圖色亮下方色暗)；(2)積水：平原地區(qū)且地下水位埋深較淺，采空塌陷區(qū)會(huì)有常年積水或季節(jié)性積水；(3)負(fù)地形：規(guī)模較小的塌陷坑多呈獨(dú)立的環(huán)形或橢圓形斑點(diǎn)、斑塊狀，在陰影作用下立體效果明顯。

地面塌陷規(guī)模數(shù)百方至幾千方，斜坡變形微弱，對(duì)地貌改變非常小，影像特征不明顯，可解譯程度較低?？梢愿鶕?jù)間接指示標(biāo)志確定沉陷區(qū)的分布、范圍和規(guī)模等(如圖10)。

圖10 采空塌陷遙感解譯標(biāo)志

4 遙感解譯成果

本次研究利用2017～2018年度國產(chǎn)高分辨率遙感數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了1∶5萬遙感解譯，共解譯地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)202處，如圖11。解譯災(zāi)種包括：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和不穩(wěn)定斜坡五類。其中，最常見的是不穩(wěn)定斜坡，共計(jì)161處，占總數(shù)的79.7%；其次為滑坡，共計(jì)26處，占總數(shù)的12.87%；崩塌10處，占總數(shù)的4.95%；泥石流1處，占總數(shù)的0.5%；地面塌陷4處，占總數(shù)的1.98%。

圖11 平桂區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯分布圖

本次研究抽取10%的遙感解譯點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，共核查20個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，其中有15個(gè)點(diǎn)解譯正確，正確率為75%，為后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害地面調(diào)查(如圖12)起到了先導(dǎo)作用。

圖12 平桂區(qū)1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查實(shí)際材料圖

5 結(jié)論

(1)總結(jié)了平桂區(qū)1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查易發(fā)區(qū)不穩(wěn)定斜坡、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的遙感影像特征，建立了各類地質(zhì)災(zāi)害的遙感解譯標(biāo)志。

(2)利用2017～2018年國產(chǎn)高分辨遙感數(shù)據(jù)，共解譯地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)202個(gè)，其中不穩(wěn)定斜坡161處，崩塌10處，滑坡26處，地面塌陷4處，泥石流1處，編制了系列遙感圖件并進(jìn)行相關(guān)研究，為研究區(qū)開展地質(zhì)災(zāi)害隱患排查提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

(3)解譯出了平桂區(qū)1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害的總體分布情況，為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害地面調(diào)查起到了先導(dǎo)作用。