姚維益, 常 鳴, 李為樂

(1.成都理工大學(xué) 地球物理學(xué)院, 成都 610059; 2.都江堰市國土資源局, 四川 都江堰 611830;3.成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點實驗室, 成都 610059)

“5·12”汶川地震觸發(fā)了大量的崩塌滑坡地質(zhì)災(zāi)害，具備數(shù)量多、規(guī)模大、類型復(fù)雜等特點，直接為震后暴雨型泥石流的暴發(fā)提供了豐富的固體松散物質(zhì)[1-2]。震后相鄰汛期內(nèi)暴發(fā)的泥石流災(zāi)害，已成為嚴(yán)重威脅震區(qū)人民生命財產(chǎn)安全的主要地震次生災(zāi)害。由此在今后開展震后暴雨誘發(fā)泥石流研究時，重點應(yīng)針對震后泥石流溝內(nèi)的物源情況進(jìn)行綜合分析歸納，以期泥石流物源的分布規(guī)律及動態(tài)變化特征，對今后震區(qū)泥石流的防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要的指導(dǎo)意義[3-4]。

汶川地震后，四川境內(nèi)出現(xiàn)大量泥石流活動事件。2010年8月13日，綿竹市清平綿遠(yuǎn)河流域大規(guī)模群發(fā)性泥石流暴發(fā)，其中文家溝泥石流最為嚴(yán)重，沖出約400萬m3固體物質(zhì)，淤平了下游近3.5 km的河道，迫使綿遠(yuǎn)河改道導(dǎo)致洪水泛濫淹沒大量房屋和農(nóng)田，大約超過6 000人受災(zāi)[5-6]。同一時間內(nèi)，汶川震中映秀鎮(zhèn)周圍也暴發(fā)大規(guī)模群體泥石流，威脅最大的為紅椿溝泥石流，其沖出的固體堆積物進(jìn)入岷江，堵塞岷江河道并迫使河水改道，淹沒震后重建的映秀新城，迫使8 000余人轉(zhuǎn)移[7-8]。同一時刻，四川省都江堰市龍溪河流域同樣暴發(fā)群體泥石流。伴隨著大量松散固體物質(zhì)匯集導(dǎo)致龍溪河整體抬升近5 m，沿河的大部分道路及房屋受到毀壞，造成了5.5億多元的經(jīng)濟(jì)損失[9-11]。

在地質(zhì)災(zāi)害的變化規(guī)律研究上，利用多期高分辨率遙感影像能夠反映其變化規(guī)律，對災(zāi)害的動態(tài)發(fā)展趨勢展開預(yù)測評估，能更好的服務(wù)于管理部門的決策。通過1999年4月、2001年6月及2004年7月三期遙感影像，對臺灣大甲溪河斜坡的動態(tài)變化進(jìn)行分析，建立增加滑坡隨時間變化減少的模型，為臺灣相關(guān)部門提供管理依據(jù)[12]。為確定臺灣地區(qū)泥石流在汛期的警戒值，同樣對臺灣地區(qū)十年內(nèi)泥石流流域內(nèi)的崩塌滑坡變化展開解譯，研究泥石流物源在暴雨后的變化規(guī)律，經(jīng)過十年的對比解譯分析其變化規(guī)律[13]。利用多期衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)對臺灣集集地震震后1999—2005年6 a間里的滑坡進(jìn)行解譯，發(fā)現(xiàn)大部分滑坡已經(jīng)開始植被恢復(fù)，結(jié)合野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)植被覆蓋率已達(dá)到89.69%[14]。本文選取都江堰龍溪河流域五條泥石流作為研究對象，獲取研究區(qū)范圍內(nèi)2007年9月18日、2009年2月10日、2011年4月16日、2015年4月15日及2016年2月26日5期高精度的遙感影像，開展研究區(qū)泥石流流域內(nèi)崩塌滑坡體的遙感解譯工作，充分結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù)，研究震后幾年間泥石流流域內(nèi)物源的動態(tài)變化特征，指導(dǎo)當(dāng)?shù)鼐用耖_展行之有效的避險及恢復(fù)重建工作，為政府提供科學(xué)的防災(zāi)減災(zāi)建議。

1　研究區(qū)概況

本文以都江堰龍池場鎮(zhèn)龍溪河下游為起點，沿水系往上2 km至李泉太泥石流結(jié)束，在4.3 km2內(nèi)的研究區(qū)范圍內(nèi)共計5條泥石流溝被選為研究對象。研究區(qū)內(nèi)的泥石流屬于活動性較弱的低頻泥石流溝，在地震前均為清水溝，在經(jīng)歷地震后受強(qiáng)降雨影響5條泥石流溝都相繼暴發(fā)大規(guī)模泥石流。

龍溪河流域地形起伏復(fù)雜，地勢整體上北高南低，流域相對高差2 440 m。龍溪河流域長18 km，溝床平均縱比降達(dá)130‰。流域內(nèi)支溝呈樹枝狀分布，主溝兩側(cè)發(fā)育多條泥石流溝，溝縱比降在370‰～580‰。流域內(nèi)山坡坡度在多在30°～70°。總體上龍溪河流域具有山高、坡陡和溝床比降大的地形特征，有利于降水的匯集和坡面上松散物質(zhì)隨地表徑流的下泄運移。

2　高精度遙感影像獲取與分析

在收集到的影像數(shù)據(jù)中，由于不同衛(wèi)星搭載的傳感器不同，所獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量、格式和大小也存在差別，地物信息表達(dá)的側(cè)重點也不一樣，根據(jù)研究區(qū)泥石流流域內(nèi)崩塌滑坡體分布特征，本文所選取的主要遙感影像為：地震前2007年9月1日獲取的15 m的分辨率遙感影像；2009年2月10日獲取的分辨率為2.5 m的法國Spot-5衛(wèi)星影像；2011年4月26日獲取的分辨率為0.61 m的Quickbird影像；2015年4月15日及2016年2月26日獲取的分辨率為0.46 m的Worldview-2影像，覆蓋整個研究區(qū)在內(nèi)的5條泥石流溝，見表1。

結(jié)合遙感影像特征，本文以震后2009年02月10日分辨率為2.5 m的Spot-5影像為例，根據(jù)崩塌滑坡在遙感影像上的特征，建立研究區(qū)泥石流流域內(nèi)滑坡的解譯標(biāo)志識別，現(xiàn)選取4條泥石流溝內(nèi)典型的滑坡進(jìn)行判識，見圖1。

圖1A是李泉太溝內(nèi)的一個典型的大滑坡物源，滑坡呈長條形，從航空影像上很明顯的可以看出，在地震后已經(jīng)發(fā)生滑動，由于滑坡體厚度比較深，有大量的堆積物堆積在滑坡體下段和泥石流的溝道內(nèi)。從堆積物的影像結(jié)合DEM的立體顯示方式，可以看出該滑坡厚度較厚，滑坡體產(chǎn)生的碎屑物質(zhì)較多，大多擁堵在泥石流溝里，在紋理上有土體整體下滑的破碎紋理。

表1　研究區(qū)泥石流獲取的影像數(shù)據(jù)信息

圖1汶川地震后研究區(qū)內(nèi)典型滑坡影像解譯

圖1B是沙子坪溝內(nèi)的典型的大滑坡，從遙感影像中可以看出，滑坡體形態(tài)上呈長條形，后緣寬度較窄，沿滑動方向有橫向逐漸變寬發(fā)展的趨勢，從滑坡體后緣的影像中可以看出滑坡已經(jīng)發(fā)生整體滑動，坡面紋理起伏不平，能夠明顯的分辨出堆積區(qū)和泥石流溝道相接。

圖1C是麻柳槽溝內(nèi)的大滑坡，滑坡表面形態(tài)呈簸箕形。從影像上初步判斷，坡體表面堆積有大量綠色喬木，滑坡體厚度較厚，滑坡下部出現(xiàn)大量的松散堆積體，該滑坡物源方量較大。從影像上還可以很明顯的分辨出，有大量的堆積物堆積在泥石流溝道內(nèi)，在泥石流暴發(fā)時，可以很快轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗍魑镌?，進(jìn)入泥石流溝道加入泥石流運動中。

圖1D是水打溝泥石流內(nèi)典型的大滑坡，滑坡后緣表面形態(tài)呈圍椅形。從影像上很明顯的可以分辨出，滑坡體的長度遠(yuǎn)大于寬度，坡體表面堆積有大量的松散固體顆粒?；麦w表面滑動痕跡在紋理上表現(xiàn)明顯，很可能會發(fā)生再次滑動并加入泥石流活動中。

通過對2007年9月18日、2009年2月10日、2011年4月16日、2015年4月15日及2016年2月26日五期高精度遙感影像的解譯，得到隨著時間的推移泥石流物源演化的動態(tài)規(guī)律?！?·12”汶川地震前，研究區(qū)滑坡體極少發(fā)育，數(shù)量有限，因此本文采用了2007年09月01日經(jīng)波段融合后15 m的ETM影像，能夠反映出震前滑坡的特征，見附圖1；“5·12”汶川地震后，研究區(qū)泥石流流域內(nèi)的崩塌滑坡體特別發(fā)育，數(shù)量巨大，為此特意選取2009年02月10日2.5 m分辨率的Spot-5影像，能夠清晰的勾勒出因地震誘發(fā)的崩塌滑坡體特征，見附圖2；“8·13”暴雨發(fā)生后，研究區(qū)泥石流流域內(nèi)的崩塌滑坡體與震前相比新增及擴(kuò)大顯著，大部分地質(zhì)災(zāi)害體在震前崩塌滑坡的基礎(chǔ)上擴(kuò)張形成，為了更加細(xì)微的區(qū)分辨別崩滑體動態(tài)變化，本文采用2011年4月26日分辨率為0.61 m的Quickbird影像，高分辨率的遙感影像能準(zhǔn)確辨識出崩塌滑坡體的細(xì)微變化，見附圖3。

為了能夠動態(tài)的探索研究區(qū)泥石流流域內(nèi)崩塌滑坡體的演化規(guī)律，本文繼續(xù)收集了研究區(qū)2015年4月15日及2016年2月26日獲取的分辨率為0.46 m的Worldview-2影像，開展詳細(xì)的地質(zhì)災(zāi)害體解譯，見附圖4、附圖5。本文利用五期遙感影像詳細(xì)識別出不同時期研究區(qū)泥石流流域內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害體，對分布于泥石流流域范圍內(nèi)的厚度為數(shù)米的小型淺層滑坡以及厚度數(shù)百米的大型深層崩塌滑坡，都能夠從影像上解譯出來。

3　研究區(qū)泥石流物源動態(tài)演化特征

經(jīng)過將“5·12”震前ETM影像、“5·12”震后Spot-5影像對比解譯，發(fā)現(xiàn)大量的崩塌滑坡體在研究區(qū)泥石流溝道兩岸集中分布，特別是一些淺層小規(guī)?；麦w大量分布在離溝道兩側(cè)的下游區(qū)域，規(guī)模較大的深層滑坡也已經(jīng)在泥石流流域內(nèi)發(fā)育。一部分的崩塌滑坡體在震后“懸掛”在斜坡陡峭的后壁，在遇到極端的降雨條件下能夠迅速發(fā)生滑動；一部分滑坡體堆積到泥石流溝道中，泥石流開始運移后，它們會擴(kuò)大泥石流的規(guī)模和危險范圍。經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計，物源新增及擴(kuò)大的面積由震前的0.10萬m2增加到汶川地震后的41.18萬m2，增長率為99.76%，見表2；為了調(diào)查震后暴雨誘發(fā)崩塌滑坡體向泥石流轉(zhuǎn)化的能力及崩塌滑坡體的動態(tài)演變特征，本文采用2011年4月26日Quickbird的全色遙感影像對暴雨后研究區(qū)泥石流流域內(nèi)的崩塌滑坡體開展詳細(xì)解譯工作。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)降雨過程的影響下部分大型滑坡局部發(fā)生變形，這一類滑坡體的面積與原有滑坡體面積相比較產(chǎn)生明顯的形變，促使松散固體物質(zhì)逐漸推移到泥石流溝道中；同時，強(qiáng)降雨誘發(fā)大量新崩塌滑坡產(chǎn)生，土壤的孔隙水壓力在降雨影響下顯著升高，降低了滑坡體的整體抗滑力，最終導(dǎo)致了滑坡體失穩(wěn)。2010年暴雨誘發(fā)泥石流事件后，物源新增及擴(kuò)大的面積在41.18萬m2基礎(chǔ)上又增加了8.29萬m2，增長率為16.72%，見表3；2007—2016年研究區(qū)5條泥石流各流域內(nèi)崩塌滑坡體與總物源的新增及擴(kuò)大的面積比率逐年下降，在暴雨條件下比率有所上升，但總體呈下降趨勢，見表3，結(jié)果表明震后這些年間崩塌滑坡體逐漸趨于穩(wěn)定，生態(tài)環(huán)境得到有效恢復(fù)。

表2　研究區(qū)泥石流流域內(nèi)不同時期崩塌滑坡面積統(tǒng)計

表3　研究區(qū)泥石流流域內(nèi)不同時期崩塌滑坡面積變化統(tǒng)計

同時物源新增及擴(kuò)大的個數(shù)由震前的1個增加到汶川地震后282個，增長率為99.65%，見表4；通過影像解譯還發(fā)現(xiàn)大量的崩塌滑坡體分布在泥石流溝道兩側(cè)上游，降雨發(fā)生后，長時間在雨水侵蝕下逐漸向泥石流形式轉(zhuǎn)換，2010年暴雨誘發(fā)泥石流事件后，物源新增及擴(kuò)大的個數(shù)在282個基礎(chǔ)上又增加了47個，增長率為16.72%，見表5；經(jīng)過統(tǒng)計2007—2016年研究區(qū)內(nèi)5條泥石流單溝內(nèi)及總物源新增及擴(kuò)大的個數(shù)比率逐年下降，在暴雨條件下雖有所上升，但總體呈下降趨勢，統(tǒng)計結(jié)果表明汶川地震后隨時間的推移崩塌滑坡體逐漸趨于穩(wěn)定，數(shù)量增長率逐年下降。

表4　研究區(qū)泥石流流域內(nèi)不同時期崩塌滑坡個數(shù)統(tǒng)計

表5　研究區(qū)泥石流流域內(nèi)不同時期崩塌滑坡面積變化統(tǒng)計

4　結(jié) 論

(1) “5·12”汶川地震對研究區(qū)范圍內(nèi)的居民生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重的影響，本文獲取了研究區(qū)范圍內(nèi)個時期高精度的遙感影像，經(jīng)過幾何校正后分析崩塌滑坡體的主形態(tài)、色調(diào)、陰影及紋理等特征，建立研究區(qū)泥石流流域內(nèi)崩塌滑坡體的判識標(biāo)志；

(2) 通過多期高分辨率遙感影像解譯，汶川地震后崩塌滑坡體的面積由震前的0.10萬m2增加到41.18萬m2，增幅達(dá)99.76%；同時崩塌滑坡體個數(shù)由震前的1個增加了283個，增幅達(dá)99.65%，統(tǒng)計結(jié)果表明地震促使大量的物源產(chǎn)生，面積比例增加很高，極大威脅了災(zāi)區(qū)群眾的生命財產(chǎn)安全；

(3) 通過統(tǒng)計震后暴雨事件導(dǎo)致的崩塌滑坡的個數(shù)及面積，得到研究區(qū)物源新增及擴(kuò)大滑坡面積為8.29萬m2，增幅達(dá)16.72%；個數(shù)增加了47個，增幅達(dá)14.24%。證明了在極端降雨條件下可以誘發(fā)大量崩塌滑坡體，加劇了該區(qū)域泥石流暴發(fā)的強(qiáng)度及頻率；

(4) 自2008年地震以來，通過對研究區(qū)5期遙感影像的高精度解譯，發(fā)現(xiàn)崩塌滑坡體面積及個數(shù)的增長速率逐年降低，初步反映出這些物源逐漸趨于穩(wěn)定，生態(tài)環(huán)境恢復(fù)良好。

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