中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集

江玉紅，郭永強(qiáng)，何佳璇,2

1.中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所中國(guó)科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041

2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

數(shù)據(jù)庫(kù)（集）基本信息簡(jiǎn)介

數(shù)據(jù)庫(kù)（集）名稱 中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)通信作者 江玉紅（yhjiang@imde.ac.cn）數(shù)據(jù)作者 江玉紅、郭永強(qiáng)、何佳璇數(shù)據(jù)時(shí)間范圍 至2020年地理區(qū)域 中巴經(jīng)濟(jì)走廊（34.0°N-39.5°N、71.0°E-77.0°E，主要在巴基斯坦北部山區(qū)、中國(guó)境內(nèi)）數(shù)據(jù)量 ～1.6 MB數(shù)據(jù)格式 *.shp、*.xls數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)址 http://www.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00300基金項(xiàng)目科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)（2018FY100500）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃政府間國(guó)際創(chuàng)新合作專項(xiàng)（2018YFE0100100）；國(guó)家自然科學(xué)基金（41671013）。

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引 言

中巴經(jīng)濟(jì)走廊是中國(guó)倡議的“一帶一路”建設(shè)確定的6大經(jīng)濟(jì)走廊之一，是一帶一路建設(shè)的先行先試區(qū)。中巴經(jīng)濟(jì)走廊區(qū)域涉及中國(guó)與巴基斯坦兩國(guó)在交通、能源、光纜和海洋等領(lǐng)域的全面合作，對(duì)加強(qiáng)兩國(guó)互聯(lián)互通、促進(jìn)兩國(guó)共同發(fā)展發(fā)揮了重要作用。中巴經(jīng)濟(jì)走廊地處印度板塊與歐亞板塊結(jié)合部偏西側(cè)，并且其西部又處于阿拉伯板塊與印度板塊拼合部位，地質(zhì)演化歷史長(zhǎng)，出露地層較全，昆侖山脈西部、喀啦昆侖山脈北部、興都庫(kù)什山脈東部和喜馬拉雅山脈北部在走廊北部交匯，地震活動(dòng)頻繁[1]。在中巴經(jīng)濟(jì)走廊中的巴基斯坦北部山區(qū)和中國(guó)境內(nèi)的喀什南部地區(qū)，泥石流災(zāi)害發(fā)育廣泛、類型齊全（降水型、冰川型、冰水混合型）、活動(dòng)性強(qiáng)、危害嚴(yán)重，成為中巴經(jīng)濟(jì)走廊建設(shè)與民生安全的一個(gè)重大威脅[2-3]。然而，受特殊自然和社會(huì)條件的限制，缺乏全面的泥石流實(shí)地考察，加上泥石流純影像判識(shí)是當(dāng)前的一個(gè)難題，這些都導(dǎo)致中巴經(jīng)濟(jì)走廊區(qū)域內(nèi)沒(méi)有一個(gè)可信的較完整的泥石流分布數(shù)據(jù)，對(duì)該區(qū)域泥石流研究帶來(lái)諸多不利因素。

本數(shù)據(jù)集的研究者通過(guò)分析歷史資料和實(shí)地調(diào)查得到的泥石流數(shù)據(jù)，先對(duì)數(shù)字地形圖（DEM）劃分的流域是否是泥石流進(jìn)行早期判識(shí)，然后結(jié)合Google Earth影像進(jìn)行是否泥石流的人工確認(rèn)工作，并提取泥石流的特征。本數(shù)據(jù)集為中巴經(jīng)濟(jì)走廊最新的泥石流分布和特征數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)信息可靠性好，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，可應(yīng)用到該地區(qū)的泥石流研究中。

1 數(shù)據(jù)采集和處理

1.1 數(shù)據(jù)采集方法

本泥石流分布和特征數(shù)據(jù)集主要基于5種數(shù)據(jù)：中巴經(jīng)濟(jì)走廊數(shù)字高程模型ASTER GDEM V3 30M、Google Earth影像、地質(zhì)圖（1:2 000 000）、年降水量（1961-2015年）、最高氣溫（1961-2015年）。

所用到的 ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) GDEM(Global Digital Elevation Model) V3 30m數(shù)據(jù)是由美國(guó)國(guó)家航空和航天局（NASA）和日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。∕ETI）共同開發(fā)，在V2的基礎(chǔ)之上，新增了36萬(wàn)光學(xué)立體像對(duì)數(shù)據(jù)，主要用于減少高程值空白區(qū)域、水域數(shù)值異常。

年降水量和最高氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)自《1961-2015年中巴經(jīng)濟(jì)走廊逐日氣象數(shù)據(jù)集》[4-5]。

1.2 數(shù)據(jù)處理步驟

中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流分布和特征數(shù)據(jù)集生成過(guò)程主要由3部分組成：泥石流早期判識(shí)、結(jié)合影像的泥石流流域判識(shí)、單個(gè)泥石流流域參數(shù)確定。數(shù)據(jù)處理步驟包括DEM劃分流域、降水量和氣溫?cái)?shù)據(jù)處理、地層巖性和斷層等地質(zhì)數(shù)據(jù)處理、泥石流流域范圍校正、泥石流參數(shù)提取。

1.2.1 泥石流早期判識(shí)

在ArcGIS中利用水文分析模塊（Hydrology）處理中巴經(jīng)濟(jì)走廊DEM數(shù)據(jù)，劃分流域，考慮到泥石流危害性的大小問(wèn)題，最小流域面積閾值設(shè)為（0.09 km2）。

統(tǒng)計(jì)1961年1月1日至2015年12月31日55年的日降水量和日最高氣溫?cái)?shù)據(jù)（分辨率0.25°×0.25°），得到中巴經(jīng)濟(jì)走廊年均降水量和最高氣溫。

根據(jù)地層巖性特點(diǎn)和對(duì)泥石流發(fā)育可能的貢獻(xiàn)，對(duì)地質(zhì)圖（1:2 000 000）上的地層巖性進(jìn)行分級(jí)，計(jì)算斷層密度。

基于實(shí)地考察和歷史資料獲取的泥石流數(shù)據(jù)特征，通過(guò)對(duì)中巴經(jīng)濟(jì)走廊范圍內(nèi)劃分的不同等級(jí)流域泥石流可發(fā)性的逐級(jí)評(píng)價(jià)與區(qū)域宏觀視野下的綜合判識(shí)，充分考察大區(qū)域內(nèi)流域與泥石流災(zāi)害間的關(guān)聯(lián)性，利用可拓物元模型計(jì)算不同等級(jí)各流域泥石流災(zāi)害可發(fā)性模型等級(jí)，泥石流發(fā)生可能性等級(jí)從低到高依次為1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)，從而作出中巴經(jīng)濟(jì)走廊內(nèi)各不同等級(jí)流域是否泥石流的早期判識(shí)。

1.2.2 泥石流流域判識(shí)

在Google Earth中導(dǎo)入泥石流早期判識(shí)結(jié)果，對(duì)照Google Earth影像，重點(diǎn)對(duì)判識(shí)結(jié)果等級(jí)為3-5級(jí)的高等級(jí)流域，作出是否泥石流的判斷。

只要發(fā)生過(guò)泥石流的流域，就確定為泥石流流域。依據(jù)相關(guān)規(guī)范[6-8]，首先解譯影像上各流域出口是否有泥石流堆積扇。如果有，就認(rèn)定為泥石流；如果沒(méi)有，就結(jié)合流域面積、流域形狀判斷流域的匯水能力，根據(jù)地層巖性、斷層密度、流域崩塌滑坡的發(fā)育情況判斷物源條件，從流域的相對(duì)高差、溝床比降判斷流域的勢(shì)能大小和勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的可能性條件，從流域的降水量和溫度考慮可能的泥石流激發(fā)條件，從而確認(rèn)是否是泥石流。具體的泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集生成主要流程如圖1所示。通過(guò)驗(yàn)證，中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流數(shù)據(jù)集共有3447條，研究區(qū)有泥石流覆蓋的面積為169 000 km2。

圖1 泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集生成主要流程

1.2.3 泥石流分布和參數(shù)統(tǒng)計(jì)

泥石流流域范圍從泥石流流出的溝口向流域上方算起?？紤]到DEM的精度限制，以及ArcGIS水文分析模塊自動(dòng)劃分流域在局部地區(qū)可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤，為得到準(zhǔn)確的泥石流范圍信息，需要結(jié)合Google Earth影像對(duì)自動(dòng)劃分的流域進(jìn)行必要的人工校正。

中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流從泥石流成因上可分為降雨型、冰川型和冰水混合型等幾類。

冰川型泥石流成因是高山峽谷冰川分布區(qū)，常在每年6-8月由于持續(xù)高溫天氣，冰雪融化，形成冰川洪水，從而誘發(fā)泥石流。該類泥石流的顯著特點(diǎn)是物源多為磨圓度較差的冰磧物。中巴經(jīng)濟(jì)走廊巴基斯坦Jaglot以北，洪其拉甫以南地區(qū)，國(guó)內(nèi)洪其拉甫以北到塔哈曼一帶，由于處于高山峽谷區(qū)，氣溫降低，冰川集中分布，以分布冰川泥石流為主。

降雨型泥石流主要集中出現(xiàn)在5-9月的夏、秋兩季，與大氣降水（特別是大雨、暴雨、特大暴雨等）密切相關(guān)，主要分布在氣候干旱、侵蝕風(fēng)化劇烈低山丘陵地帶。該類泥石流由于規(guī)模大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、分布地域廣、波及范圍大，常對(duì)人員和設(shè)施造成嚴(yán)重破壞，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失常常是嚴(yán)重的、巨大的，有時(shí)甚至是不可估量的。中巴經(jīng)濟(jì)走廊巴基斯坦境內(nèi)Pattan以南地區(qū)，由于處于低山丘陵區(qū)，平均溫度較高，再加上降水集中分布，因此主要表現(xiàn)為降雨型泥石流。

冰水混合型泥石流是指在不同時(shí)段單獨(dú)或混合發(fā)生降雨型、冰川型的泥石流。因其復(fù)合原類型、類型多少以及其強(qiáng)度的不同等，決定了復(fù)合洪水型的特點(diǎn)和危害性也各不相同。中巴經(jīng)濟(jì)走廊Pattan以北，Jaglot以南地區(qū)，國(guó)內(nèi)奧依塔克-塔哈曼段公路沿線，處于低山丘陵區(qū)向高山峽谷區(qū)的過(guò)渡帶，有達(dá)布達(dá)爾鄉(xiāng)，因此以冰水混合型泥石流為主。

提取、統(tǒng)計(jì)確定的各泥石流流域的屬性信息，包括流域面積、類型、溝口經(jīng)度、溝口緯度、左右岸、流域面積、平均高程、相對(duì)高差、最大坡度、平均坡度、溝床比降、地層巖性分級(jí)、斷層密度、年均降水量、最高氣溫、河網(wǎng)密度等。同時(shí)，為每個(gè)冰川分配了唯一的編號(hào)。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集中的中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流區(qū)域和泥石流目錄矢量文件的坐標(biāo)系采用GCS_WGS_1984。泥石流分布和屬性表分別如圖2所示。泥石流分布及特征數(shù)據(jù)包含每個(gè)泥石流流域的屬性信息，包括FID（內(nèi)部ID）、編號(hào)、類型、溝口經(jīng)度、溝口緯度、左右岸、流域面積、平均高程、相對(duì)高差、最大坡度、平均坡度、溝床比降、地層巖性分級(jí)、斷層密度、年均降水量、最高氣溫、河網(wǎng)密度等，并為屬性文件提供了單獨(dú)的xls格式。表1提供了屬性字段的說(shuō)明。

圖2 中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流分布圖

表1 中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集中的屬性名稱和說(shuō)明

屬性名稱 數(shù)據(jù)類型 屬性說(shuō)明緯度 浮點(diǎn)型 （單位：°） 泥石流溝口緯度左右岸 字符型 泥石流位于流域的左或右岸Area 浮點(diǎn)型（單位：km2） 流域面積DEM_Mean 浮點(diǎn)型 （單位：m） 平均高程DEM_Range 浮點(diǎn)型 （單位：m） 相對(duì)高差Slope_Max 浮點(diǎn)型 （單位：°） 最大坡度Slope_Mean 浮點(diǎn)型 （單位：°） 平均坡度Gbed_grad 浮點(diǎn)型 （單位：m/km） 泥石流流域主溝床比降巖性 浮點(diǎn)型 地層巖性分級(jí)Den_faults 浮點(diǎn)型 （單位：km/ km2） 斷層密度Prec_Ann 浮點(diǎn)型 （單位：mm） 年均降水量Tem_Max 浮點(diǎn)型 （單位：℃） 最高氣溫Den_Rivers 浮點(diǎn)型 （單位：km/ km2） 河網(wǎng)密度

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制包括兩個(gè)方面的控制：泥石流災(zāi)害點(diǎn)判識(shí)的質(zhì)量控制和泥石流流域范圍準(zhǔn)確性的質(zhì)量控制。

對(duì)遙感影像解譯出的泥石流災(zāi)害點(diǎn)，進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查確認(rèn)的方式進(jìn)行抽查檢驗(yàn)，流域面積從0.5 km2到164.79 km2中的452條泥石流流域。其中通過(guò)實(shí)地調(diào)查認(rèn)為可能不是泥石流流域共有11條，由此可看出泥石流解譯的準(zhǔn)確性有較高的可信度。此外，由于受自然條件的制約，野外實(shí)地調(diào)查主要局限于公路沿線兩側(cè)一定范圍內(nèi)，導(dǎo)致遠(yuǎn)離公路分布的泥石流解譯質(zhì)量有一定的不確定性。

在Google Earth環(huán)境下，基于ArcGIS水文分析模塊自動(dòng)提取的泥石流流域，對(duì)照Google Earth影像，對(duì)中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流點(diǎn)的流域范圍逐條進(jìn)行人工校正，解決由于自動(dòng)化處理導(dǎo)致的部分泥石流流域劃分不準(zhǔn)確以及基于像素處理導(dǎo)致邊界不平滑的問(wèn)題，從而保證了本數(shù)據(jù)集有較高的可信度。圖3為兩條泥石流流域范圍自動(dòng)提取和經(jīng)人工校正的前后對(duì)比。

圖3 泥石流流域范圍校正前后對(duì)比

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流災(zāi)害極為發(fā)育，受區(qū)域自然環(huán)境條件、過(guò)去災(zāi)害基礎(chǔ)調(diào)查缺乏和科技投入不足等因素的限制，泥石流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)極為有限。本泥石流分布及特征數(shù)據(jù)集是中巴經(jīng)濟(jì)走廊最新的泥石流編目數(shù)據(jù)，完整掌握了中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流分布情況。

本數(shù)據(jù)集基于歷史資料收集、野外實(shí)地調(diào)查和Google Earth遙感影像數(shù)據(jù)，完成了中巴經(jīng)濟(jì)走廊泥石流災(zāi)害點(diǎn)的判識(shí)、泥石流流域特征參數(shù)的提取，進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。本數(shù)據(jù)集可作為中巴經(jīng)濟(jì)走廊區(qū)域泥石流研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集，為區(qū)域不同類型泥石流判識(shí)、危險(xiǎn)性評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、發(fā)展趨勢(shì)研究提供重要參考。

5 數(shù)據(jù)可用性聲明

由于資助本研究的項(xiàng)目尚未正式驗(yàn)收，所以數(shù)據(jù)將在項(xiàng)目完成驗(yàn)收，即2022年12月31日之后開放訪問(wèn)。保護(hù)期內(nèi)暫不可訪問(wèn)。

致 謝

感謝Google Earth提供影像數(shù)據(jù)，以及美國(guó)國(guó)家航空和航天局（NASA）和日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)?。∕ETI）開發(fā)DEM數(shù)據(jù)。