基于gis的川藏公路地质灾害现状分析

基于gis的川藏公路地质灾害现状分析

1川藏公路的发展意义中国幅员辽阔，地质条件复杂，多种灾害，分布广泛。资料表明,全国1/2以上的国土和2/3以上的城市,明显受到不同地质灾害威胁,因各种地质灾害造成的直接经济损失每年超过200亿元。川藏公路作为内地通往西藏的两条公路之一和拉萨通往藏东南地区唯一的交通干线,确保其畅通,对于改善西藏投资环境,发展藏东经济,实施西部大开发战略,巩固国防,加强民族团结都具有极其重要的意义。本文利用航空相片和卫星遥感资料,通过定标、除噪、几何校正、图像增强等图像处理和解译,结合地理信息系统的综合分析技术,实现对川藏公路通麦至拉月茶场段的遥感地质调查,从而探索出一条利用遥感和地理信息系统实现地质调查的新途径。2建设前的工程地质采用遥感技术的必要性川藏公路通麦—拉月茶场段是国道318线西藏境内(K4093-K4119)长度为28km的一段,位于东经94°50′～95°03′、北纬30°00′～30°08′之间,东端为波密县通麦乡境内,距波密县城90km左右;西端为林芝县拉月乡境内,距林芝县城100km左右。通麦—拉月茶场路段东段沿迫龙藏布展线,西段沿拉月曲展线,工作区涉及面积300多km2(见图1)。该段不但地质灾害频繁发生,且形成灾害链,发生过许多重大灾害。特别是著名的迫龙天险滚石岩崩段,连年造成行车事故。而培龙沟泥石流的爆发和近期易贡湖溃决更是对该段造成了毁灭性的破坏,严重影响了公路的正常运营,已成为川藏公路地质灾害最严重的路段。工作区地处藏东南的高山峡谷地段,属青藏高原侵蚀最强烈地区,为高山深谷地貌,雪峰林立,峡谷纵横,最高海拔5828m,最低海拔1910m,相对高差3917m,山高坡陡,山坡平均坡度30～40°,最大可达80～85°。河谷中较低的海拔和流域很大的相对高差造就了沟谷区为湿热的亚热带气候,森林茂密,森林线以上高山地区为冰雪覆盖、现代冰川活跃的高寒气候的立体气候景观。本区又位于雅鲁藏布江大转弯水汽通道附近,雨水充沛,年降雨量超过1000mm。雨季为6～9月份。由于受工作区地形高差大、坡度陡、自然条件环境极其复杂恶劣的影响,传统的工程勘察方法在此受到巨大挑战。遥感技术以其所具有的迅速、宏观、准确、系统和极强的时效性等特点,为工程地质勘察提供了先进的技术手段,在地质灾害调查与研究、工程地质填图和工程建设的选址、选线等方面的应用日趋广泛。利用卫星遥感图像直观、综合、宏观的特点和图像处理识别技术确定地质构造、岩性、不良地质体、河床的冲淤变化和植被等,为公路改建、扩建等工程提供依据和地质背景,可以达到事半功倍的效果,特别是对于地形复杂,人迹罕至,通行条件差的地区尤为如此。3遥感地质数据的处理3.1u3000资料遥感资料的适当选取是遥感调查十分重要的一步,它直接关系到研究成果的精度和质量。本研究所用的遥感资料有4种:(1)1998年11月15日的TM数据资料;(2)2000年5月9日的中巴资源遥感卫星的部分CCD(19.5m)波段资料;(3)1991年的彩红外航片(1∶5万)及底片;(4)1968年的黑白航片(1∶6万)。在这4种遥感资料中,考虑到遥感资料的精度,川藏公路遥感地质调查主要应用1968年和1991年的航空像片,卫星遥感资料则应用于没有航片的地区,主要用来分析冰川和积雪的状况及构造等。3.2数字地形分析的模拟数字高程模型(DEM)是利用地形格网高程的采样数据值,运用数学模拟技术直观再现地形起伏变化的模型分析方法(见图2)。它可以为格网化的数字地形分析提供直观的模型参数,并参与数字地形分析的全过程。工作区位于4张1:10万地形图的覆盖范围内,经过扫描纠正,然后将这4张地形图的等高线逐条数字化到计算机中,并通过控制点实现拼接和将矢量(vector)数据转换为栅格(grid)数据及tin数据,即生成数字高程模型。由于其数据格式与TM影像的格式类似,因而可以十分方便地实现其与影像的复合。在此基础上,根据生成的数字高程可以计算出该地区的坡度、坡向、地势等要素,形成数字地形模型(DTM),为其它分析提供数字信息。3.3遥感数据的处理(1)几何控制点的选取。过滤法设置工作区影像,将图像重叠区工作区包括两张彩红外航片。为了提高精度,本次调查选用彩红外航片的底片进行扫描。在获得数字化的彩红外航片资料后,通过控制点的选取对每张航片进行几何纠正。由于工作区域分属于两张航片,要得到一张完整的工作区影像就必须将两张航片进行拼接:在两幅图像的重叠区选取同名点像元做几何控制点,然后依其中一幅为准,对另一幅做配准处理。并对两幅图像的重叠区作均方差匹配,而后根据求出的匹配系数,以第一幅图像为准,调整另一幅图像反差,以使二者色调均衡。(2)遥感资料和假彩色合成对于TM数据资料和中巴资源遥感卫星资料(见图3),在遥感图像处理软件IDRISI平台上,首先进行图像纠正及配准,其次进行数字图像彩色增强,然后对遥感数据进行主成分分析和假彩色合成。TM资料假彩色合成采用TM5(红)、TM(绿)、TM(蓝)三波段合成假彩色图像(见图4),其中5波段为中红外波段,主要用于区分岩石类型、农林覆盖类型及土壤湿度等;4波段为近红外波段,为植物通用波段,主要用于生物量调查、水域判别等。4图像特征的解释和解释在遥感资料经过处理和数字地形模型生成后,根据不同地质的不同图像特征,就可以建立川藏公路的地质解译标志并对研究区进行地质图像解译。4.1工程关系领域由于地壳的隆升,河(沟)谷溯源侵蚀、下切剧烈,造成沟深坡陡,使得边坡破坏成为工程区最主要的环境地质问题。边坡破坏形式主要有滑坡、崩塌等。其中以滑坡最为发育,与工程关系最为密切。滑坡的影像特征主要表现为滑坡一般分布在河流高阶地台缘及沟谷中靠近河床的部位,滑坡体呈规则和不规则的圈椅状,在剖面上滑坡体的地形相对较为平坦、和缓,有时其上的植被比周围好。滑坡体的亮度与周围基岩的亮度也有较明显的差别。滑坡体上还常发育冲沟,有些冲沟即为滑坡体与基岩的界线。滑坡还常迫使河流急剧转弯,河道变窄。根据航片和TM影像共解译出公路沿线面积较大的滑坡15处。这些大型、超大型滑坡主要为基岩滑坡,许多滑坡面上的冲沟在彩红外航片上为白色,十分清晰。4.2水区地表地貌泥石流沟一般可明显地分出汇水区、流道区和堆积区。沟内汇水区地形陡峻,岩石破碎,常有基岩出露,常发育滑坡、崩塌等。沟口有明显的堆积扇形地。河流在此发生明显的拐弯,沿扇形地边缘通过,有些扇形地上呈放射状的冲沟群也十分清晰。4.3沉积层的色彩和沉积相判释第四纪沉积物的主要标志是色调特征。TM影像上不同性质的沉积物呈不同色调,其色调特征可分为均匀色调和不均匀色调两大类,分别反映了沉积层的岩性和结构特征。第四纪沉积物之间地层界线的确定,取决于影像色调之间的边缘锐度。一般来说,不同成因类型的沉积物之间和不同时代之间呈切割关系的沉积物的色调差异是明显的,易于确定。如果沉积物之间的岩相变化是渐变或过渡的,则往往难以确定和辨认。TM有7个波段的数据,通过不同波段影像进行对比分析,以及采用假彩色合成等判译技术,对第四纪沉积物具有较好的判译效果。4.4拉月构造中的次一级断裂构造线在航卫片影像上较其它地质体明显、清晰,能够通过色调、形态、纹理结构等直观准确地显示出地质构造的位置、走向及相互切割关系。利用影像不仅可以定性、定位,而且可以启示追索一些大型断裂带的走向延伸和了解其空间展布规律。表1为5个大的、经过野外验证的大断裂带信息。根据具有明显特征的解译标志,得出区内各段的线形构造和环形特征如下:茶园一带构造特征:线形构造特征主要为北北东向及近南北向,沿主要断裂的一侧和或两侧发育有北西向的次一级断裂。这些断裂有的相互交错、切开,有的相互平行。在距公路较近处发育有环形构造。这些环形构造多为椭圆形,直径大多约500m,最小的在10m左右,多为单环,还有二环、三环。有的环形构造中由于挤压形成小的揉皱。滑坡形成的扇形面也清晰可见。拉月构造特征:线形构造以北西向的几条大断裂为主。在这几条大断裂之间发育有北西向、北东向的次一级断裂,沿河谷更为发育,有的小断裂呈树枝状展布,而多数相互穿切。此处线形构造一个明显的特征是主要断裂限制了次一级断裂的进一步发育。培龙—通麦段构造特征:线形构造主要有一条南北向的深大断裂,沿断裂的两侧均发育北西向次一级断裂;值得注意的是在大塌方处发育有三组不同方向的次一级断裂,分别为北北东向、东西向、北西向,北北东向和东西向错断了北西向的断裂。在培龙沟里主要断裂两侧的边坡很不稳定,在靠近通麦处,有东西向、南北向、北东向、北西向的小断裂相互错动,形成网格状的断裂带。环形构造为直径50～80m的椭圆形,多为单环,也有二环和三环。易贡湖周围的构造特征:线形构造主要是发育北西向大断裂,其中有一条从湖边穿过。在主要断裂的两侧均发育东西向、北西向、北东向的次一级断裂。北西向的断裂错断了北东向的断裂,而北东向的断裂错断了北西向的断裂,这说明在次一级断裂中北西向的最后形成。综上所述,工作区线形构造以北西向、南北向的大断裂为主,其旁侧发育有很多的次一级断裂。由于本地区处在印度板块向欧亚俯冲带上,至今还在活动,因此,本区断裂具有很强的活动性和继发性。4.5彩红外航片上的川谷槽谷由于地形陡峻,在重力作用下,高山地带的积雪沿第四纪时期形成的冰川谷向山下运动,有些直冲公路,造成灾害。在彩红外航片上共判别出6个这种槽谷。积雪(雪崩)在沿沟运动中,还挟带着大量土石,这些物质堆积在沟谷中还能形成融雪型泥石流,因此,这些沟全为泥石流。4.6冰崩的发生状态强烈的冰川和积雪消融会产生雪崩、冰崩及冰雪融水,它常能诱发滑坡、泥石流灾害。根据遥感影像的判释,研究区内几条冰川都处在强烈退缩状态,冰川末端较稳定,也没有冰湖出现,一般情况下不会出现冰崩。雪线总体上在逐年升高,但与冬春降雪有关。积雪不仅本身能造成重大灾害,还会诱发滑坡、泥石流、崩塌、洪水等灾害。鉴于积雪在灾害链中的重要作用,因此,应尽快开展公路沿线积雪变化遥感监测。5解决公路沿线山地灾害的措施(1)通过对通麦至拉月茶场段公路两侧及易贡湖周围地区航片和卫片的较为详尽的解译,对该区域的构造特征有了比较清晰的认识。由于该区域位于新构造活动带上,无论是深大断裂、次级断裂、小断裂以及环形构造,都具有明显的活动性,这是造成公路两侧岩体破碎、节理裂隙发育、山地灾害频繁发生的内在原因。(2)应用遥感技术对公路沿线的山地灾害进行调查,迅速全面地掌握了各类山地灾害分布范围及其特征,为公路选线提供了依据