利用遙感技術和GIS模擬對滑坡風險性進行快速填圖

1、利用遙感技術和GIS模擬對滑坡風險性進行快速填圖1 前言編制區(qū)域滑坡災害圖的傳統(tǒng)方法涉及到材料測試和廣泛的野外工作，而且一般進展緩慢，費用昂貴。作為探索其他低成本、高效率方法的一種手段，倫敦國際開發(fā)部（DFID）資助了一個旨在研發(fā)方法的項目，該項目可以利用遙感和GIS中的空間分析來編制初步的區(qū)域災害分帶圖。在本次專門涉及一些發(fā)展中國家的研究中，已研制出用于快速評估滑坡災害的遙感和GIS方法。這些方法適用于多種地形條件，并且能夠以合理的成本快速編制初步災害圖。繼斐濟和巴布亞新幾內亞的試點項目之后，該方法被用于牙買加（Rio Minho流域)和捷克斯洛伐克（Javorniky山脈）這些已知遭受滑坡

2、災害的地區(qū)。選擇這些地區(qū)是因為，它們不但都受過滑坡之害，而且還具有完全不同的氣候和地貌，并包含各種各樣的地形和土地覆蓋類型。一般來說，決定滑坡發(fā)生的因素是：（1）控制因素，如巖石/土壤類型和地形條件；（2）觸發(fā)事件，如大暴雨和地震。因此，如果控制因素是已知的，而且能夠與過去的滑坡事件聯系起來，就有可能預測在哪里最可能發(fā)生滑坡。 2 方法概述本文描述了另一種方法，該方法不是提供特定場地的信息，而是描繪整個地區(qū)的粗略災害分帶。所得出的災害圖并不顯示任何特定地點的確切災害，但是它們能夠用來指導規(guī)劃，并為開展詳細的后續(xù)研究選址。該方法基于這樣一種原則，即過去是打開未來的一把鑰匙。它把滑坡編目

3、用于研究區(qū)，借以顯示哪里已經發(fā)生過滑坡，并將其與一系列專題圖上描繪的各種可能的控制因素加以比較。對受諸如地質或高程等各種因素控制的程度進行評價。然后根據滑坡風險性對這些專題圖重新分類，并最終綜合編制出災害圖。該方法可通過利用遙感和光柵GIS來節(jié)省時間和費用?；戮幠渴峭ㄟ^解譯航片和衛(wèi)星圖像以及最低限度的野外檢查而實現的。然后將滑坡分布與一系列地表條件和觸發(fā)機制的分布加以比較，以了解為什么它們在已發(fā)生了的地方發(fā)生。最后，利用所了解的情況，根據這些相同因素的圖件從滑坡災害角度對更廣闊地區(qū)進行分類。天然地質、地貌和氣候條件是引起滑坡廣泛發(fā)育的綜合原因。改變土地利用方式（即建筑物和基礎設施的開發(fā)進入空

4、前陡峭的臨界穩(wěn)定土地）并不斷破壞天然植被覆蓋，會加重由滑坡引起的災害。在牙買加，造成該島上加速發(fā)生水土流失的原因也同與滑坡有關的邊坡塊體坡移密切聯系。由于缺少信息，由滑坡造成的直接和間接累積經濟費用和社會影響常常難以量化，而且對由滑坡運動所造成的大部分損失仍無文字記載。對廣闊地區(qū)滑坡災害進行快速填圖的能力，依靠于利用圖系分析和GIS軟件將遙感和空間分析技術結合起來。這兩種分析技術正在相互融合，因此圖像分析軟件常常包含GIS功能性，反之亦然。因為要知道地表每個點上的風險值，所以最好利用光柵GIS來分析風險。這些系統(tǒng)是在針對每個數字化文件中的與點記錄鄰接數據值的網格上運行的。有兩個主要因素用來指導

5、選擇用于滑坡災害研究的數據，即所要填圖的滑坡規(guī)模和研究區(qū)的氣候。對于大多數小規(guī)?；聛碚f，使用的是航空傳感器，為的是分辨有意義的要素。雖然新的高分辨率衛(wèi)星系統(tǒng)（如IKONOS）正在使情況發(fā)生轉變，但是對許多地區(qū)來說，航空攝影易于做到，并且在未來一段時間內仍然是一種重要的信息源。主要問題出現在被云層持續(xù)覆蓋的地區(qū)。在這類地區(qū)，能穿透云層的雷達數據是有價值的輔助信息源。災害分析依賴于滑坡編目與各個信息層的統(tǒng)計對比。對分析中所包含的圖層選擇，取決于從當地角度考慮哪些控制因素是重要的。本次研究在最終分析中利用了各種不同的主題，包括地質、土壤、高程、坡度角、坡向、與斷層的距離、降雨量和森林覆蓋。利用一種

6、簡單的交叉列表途徑來判斷每個主題內各個類別的意義。它是依次與每個控制因素主題以及所測得的每個類別內的滑坡面積進行交叉列表的。如果滑坡面積大于該主題作為整體的平均滑坡面積，則認為該類別對滑坡敏感性大于平均值。必須采取一致的方式來評估這一敏感性，因此還要考慮其他兩個因素。首先必須對特定主題（如地質）的總體意義進行評估。這是利用從0（表示不相關）到最大值1之間變化的統(tǒng)計相關系數來完成的。在分別評估每個專題之后，下一步是評估它們的綜合影響。將每個主題重新劃分為一種關系圖，接著根據其與滑坡作用的相關性進行加權。然后對其求和，并利用這些相關系數之和對結果進行一體化。這導致建立數值介于-1+1之間的滑坡風險

7、性模型，它可以利用與單個關系圖相同的方式加以解釋。所得出的災害圖是按175 000比例尺編繪的。在滑坡風險性圖上識別出了4個層次的滑坡風險性：帶1 一般具有高滑坡風險性的地區(qū)，區(qū)內可能發(fā)生重大滑坡活動。雖然可能存在一些安全地點，但是許多地方會出現難以接受的風險。帶2 一般具有中等滑坡風險性的地區(qū)，區(qū)內可能發(fā)生局部或較廣泛的滑坡作用。該帶將包含較高與較低風險混合區(qū)。帶3 一般具有低滑坡風險性的地區(qū)，區(qū)內可能發(fā)生一些局部滑坡作用。在場地穩(wěn)定性令人擔憂的情況下，應當對現有構造的脆弱性做出評估。帶4 具有最低滑坡風險性的地區(qū)。沿著河岸和公路邊緣可能發(fā)生較小的崩塌，但是一般來說，由于坡度角小，因此將排除

8、橫跨該帶發(fā)生滑坡的可能性。在主災害圖上還顯示出公路、學校、醫(yī)院、教堂、社區(qū)中心、警察局和蓄水池的位置。這些在緊急救援情況下是重要單位，將它們標在圖上為的是使用戶能夠對該區(qū)滑坡災害發(fā)生的相對風險性做出初步評估。如果意識到滑坡風險性圖在適用性和精度方面的局限性，則它們能夠為滑坡災害管理和土地規(guī)劃提供極為有效的基礎。遙感傳感器技術的發(fā)展以及正在逐漸提高的數據分辨率和GIS技術，使得快速并低廉、高效地編制這些圖件成為可能。依照既定的方法，利用有限的現有數據對區(qū)域進行快速評估，進而導致編出“初步”或“初期階段”風險性圖是可能的。借助GIS的功能，很容易提高圖件的精度，或者隨著更多數據的收錄來改變編圖的比

9、例尺。 3 研究實例3.1 牙買加牙買加具有地質上年輕的地貌、山坡陡峭、年降雨量高，由于熱帶風暴和颶風而出現周期性短時間毫雨。Rio Minho盆地被高原區(qū)所包圍，高原區(qū)由第三紀黃色和白色灰?guī)r層構成并被切割成WNW向的山脊山谷系統(tǒng)，下伏有白堊紀火山碎屑巖和沉積巖。一條大的走滑斷層線Rio Minho/Crawle River斷層帶將內圍層一分為二。灰?guī)r的地形由波浪式到丘陵并具有落水洞和陡崖(黃色灰?guī)r)直至“溶坑”巖溶景觀(白色灰?guī)r)。Bullhead山(845m)、主山脊(約700800m)和Juan de Bolas山在區(qū)內最高。平緩的沖積物集中在Minho和Thomas 河的匯合

10、處以及沿Minho 河的Trour Hall地區(qū)。白堊紀巖石在內圍層的中心出露并形成東西向切割劇烈的山脊，本項目的研究區(qū)正是位于這一地帶內。島上一些最引人注目、造成破壞的滑坡起源于構成高原的第三紀灰?guī)r與下伏強度較低白堊紀和第三紀早期巖石之間的斷層接觸。牙買加每年記錄到400500次地震，歷史上發(fā)生過兩次破壞性地震。研究中識別滑坡主要靠航片分析，根據航片解譯選區(qū)進行快速野外踏勘，利用115 000的航片可識別測區(qū)大多數滑坡，了解其分布特征。但識別植被茂盛地區(qū)與開山修路有關的中小型滑坡遇到一些困難，因此研究了衛(wèi)星雷達作為一種替代的信息源，1998年在項目區(qū)上獲得了C-波段細波束Radarsat合成

11、孔徑干涉雷達(SAR)數據，其分辨率達6.25m，可作大比例尺顯示和特征分析。然而，只有較大的旋轉滑坡可在圖像上區(qū)分。因此，迄今航片是最合適的遙感數據。在研究區(qū)總共識別出827個滑坡，占地面總面積的約0.55%，產生滑坡的最重要控制因素是地質環(huán)境、風化物質的深度和類型、坡度、地下水面淺和斷層作用。多數滑坡為淺部巖屑滑動，涉及到某些巖性基巖的風化物，這些巖層的巖性特征有助于使風化較深，一旦大雨來臨或雪蓋大量融化，特別當坡度陡時，極易造成滑坡。已發(fā)現，大多數滑坡發(fā)育在四種不同的巖石單元上，其中以礫質巖石為主。在21種土壤類型中有7種顯示與滑坡有關，其中兩種：Pennants粘壤土和Cuffy Gu

12、lly 砂壤土與滑坡關系更密切(大約高出一倍)。大多數起始點離填出的斷層不到1 500m。3.2 斯洛伐克斯洛伐克的研究區(qū)是Javorniky 山脈的一部分，該山脈又是由斯洛伐克延伸至羅馬尼亞的西喀爾巴阡弧的組成部分。該區(qū)地形起伏大，具有潮濕溫和的中歐氣候，冬天高山積雪達45個月，夏天溫度可接近40。滑坡在斯洛伐克全境反復發(fā)生，對環(huán)境破壞較大，據國家地質檔案館統(tǒng)計有13000多起記錄在案的滑坡，覆蓋面積約1620km2，占全國地表3%以上。多山的高地，尤其是下伏有復理石沉積者，山坡有40%發(fā)生滑坡，斯洛伐克中東部與新第三紀火山巖有關的高地有60%的山坡由于滑坡而變形。新生代構造盆地的沉積和內喀

13、爾巴阡復理石沉積相對未變形，發(fā)生滑坡的坡地占坡地總面積的12%70%。在喀爾巴阡高地有兩種類型的復理石沉積；一個是經構造變形的、褶皺和逆沖的第三紀復理石外帶，包括斯洛伐克西部的Javorniky研究區(qū)，一個是相對未變形的復理石沉積內帶，在斯洛伐克中部。這兩類沉積都包含1km厚的泥巖和砂巖互層，有一些泥灰?guī)r和礫巖。第三紀復理石外帶與形成山脊的侏羅白堊紀的灰?guī)r、白云巖、頁巖和礫巖的Klippen帶呈構造接觸，第四紀時復理石建造的風化和侵蝕作用，主要是冰緣泥流作用，形成的土壤/風化層剖面，在坡的較高處相對薄，但在山麓地帶厚度可達1020m。巖石/巖塊滑動沿強砂巖與強度差的泥砂巖和泥巖之間的弱化帶，尤

14、其是后來被平行層理和褶皺構造的排水系統(tǒng)利用的巖性界面發(fā)生。利用傳統(tǒng)的反光立體鏡以模擬方式對航片進行分析，填繪斷層、裂隙以及滑坡。照片是1992年以127 500比例尺獲得的，由斯洛伐克軍事地形研究所提供給本項目，利用航片在研究區(qū)共識別出83處滑坡。在林區(qū)識別滑坡的困難可能導致空間的位移，在最終分析中已將此考慮在內。解譯的第一步是決定滑坡分類方法。在本次研究中采用一種簡單方法，藉以通過位于擾動物質內部某處的一點識別每個滑坡，不論滑坡的種類和巖屑覆蓋的面積如何，該信息在轉繪到底圖和數字化之前先用手工記錄。也可遵照更復雜的分類方案，它們記錄其它的有用信息，如起始點的坐標、滑坡的形態(tài)和巖屑扇覆蓋的面積。此處采用的簡單方法其優(yōu)點是能編出統(tǒng)一的滑坡目錄，便于理解，它也可以使隨后GIS分析相對直截了當。已發(fā)現地質特征與滑坡相關關系最密切，尤其是東西向穿過本區(qū)的地塹(泥巖)。構造也很重要，大多數滑坡發(fā)生在照片上線性體400m范圍內，大部分滑坡發(fā)生在海拔700m以下地區(qū)，在此以上斜坡上的林地可能起到固坡作用。大多數滑坡出現在緩坡上(小于20°)。與坡向的關系不明顯，有些坡向略高于通常情況。在本項研究中降水量與滑坡關系不大，