江玉紅，郭永強，何佳璇,2

1.中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室，成都 610041

2.中國科學院大學，北京 100049

數(shù)據(jù)庫（集）基本信息簡介

數(shù)據(jù)庫（集）名稱 中巴經(jīng)濟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、何佳璇數(shù)據(jù)時間范圍 至2020年地理區(qū)域 中巴經(jīng)濟走廊（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)服務系統(tǒng)網(wǎng)址 http://www.doi.org/10.11922/sciencedb.j00001.00300基金項目科技基礎資源調(diào)查專項（2018FY100500）；國家重點研發(fā)計劃政府間國際創(chuàng)新合作專項（2018YFE0100100）；國家自然科學基金（41671013）。

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引 言

中巴經(jīng)濟走廊是中國倡議的“一帶一路”建設確定的6大經(jīng)濟走廊之一，是一帶一路建設的先行先試區(qū)。中巴經(jīng)濟走廊區(qū)域涉及中國與巴基斯坦兩國在交通、能源、光纜和海洋等領域的全面合作，對加強兩國互聯(lián)互通、促進兩國共同發(fā)展發(fā)揮了重要作用。中巴經(jīng)濟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，出露地層較全，昆侖山脈西部、喀啦昆侖山脈北部、興都庫什山脈東部和喜馬拉雅山脈北部在走廊北部交匯，地震活動頻繁[1]。在中巴經(jīng)濟走廊中的巴基斯坦北部山區(qū)和中國境內(nèi)的喀什南部地區(qū)，泥石流災害發(fā)育廣泛、類型齊全（降水型、冰川型、冰水混合型）、活動性強、危害嚴重，成為中巴經(jīng)濟走廊建設與民生安全的一個重大威脅[2-3]。然而，受特殊自然和社會條件的限制，缺乏全面的泥石流實地考察，加上泥石流純影像判識是當前的一個難題，這些都導致中巴經(jīng)濟走廊區(qū)域內(nèi)沒有一個可信的較完整的泥石流分布數(shù)據(jù)，對該區(qū)域泥石流研究帶來諸多不利因素。

本數(shù)據(jù)集的研究者通過分析歷史資料和實地調(diào)查得到的泥石流數(shù)據(jù)，先對數(shù)字地形圖（DEM）劃分的流域是否是泥石流進行早期判識，然后結(jié)合Google Earth影像進行是否泥石流的人工確認工作，并提取泥石流的特征。本數(shù)據(jù)集為中巴經(jīng)濟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，作為基礎數(shù)據(jù)集，可應用到該地區(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)是由美國國家航空和航天局（NASA）和日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)?。∕ETI）共同開發(fā)，在V2的基礎之上，新增了36萬光學立體像對數(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數(shù)據(jù)來自《1961-2015年中巴經(jīng)濟走廊逐日氣象數(shù)據(jù)集》[4-5]。

1.2 數(shù)據(jù)處理步驟

中巴經(jīng)濟走廊泥石流分布和特征數(shù)據(jù)集生成過程主要由3部分組成：泥石流早期判識、結(jié)合影像的泥石流流域判識、單個泥石流流域參數(shù)確定。數(shù)據(jù)處理步驟包括DEM劃分流域、降水量和氣溫數(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

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

統(tǒng)計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數(shù)據(jù)（分辨率0.25°×0.25°），得到中巴經(jīng)濟走廊年均降水量和最高氣溫。

根據(jù)地層巖性特點和對泥石流發(fā)育可能的貢獻，對地質(zhì)圖（1:2 000 000）上的地層巖性進行分級，計算斷層密度。

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

1.2.2 泥石流流域判識

在Google Earth中導入泥石流早期判識結(jié)果，對照Google Earth影像，重點對判識結(jié)果等級為3-5級的高等級流域，作出是否泥石流的判斷。

只要發(fā)生過泥石流的流域，就確定為泥石流流域。依據(jù)相關規(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，就認定為泥石流；如果沒有，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，從流域的相對高差、溝床比降判斷流域的勢能大小和勢能轉(zhuǎn)化為動能的可能性條件，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。通過驗證，中巴經(jīng)濟走廊泥石流數(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

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水文分析模塊自動劃分流域在局部地區(qū)可能產(chǎn)生的錯誤，為得到準確的泥石流范圍信息，需要結(jié)合Google Earth影像對自動劃分的流域進行必要的人工校正。

中巴經(jīng)濟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是物源多為磨圓度較差的冰磧物。中巴經(jīng)濟走廊巴基斯坦Jaglot以北，洪其拉甫以南地區(qū)，國內(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，主要分布在氣候干旱、侵蝕風化劇烈低山丘陵地帶。該類泥石流由于規(guī)模大，持續(xù)時間長、分布地域廣、波及范圍大，常對人員和設施造成嚴重破壞，造成的直接經(jīng)濟損失常常是嚴重的、巨大的，有時甚至是不可估量的。中巴經(jīng)濟走廊巴基斯坦境內(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段單獨或混合發(fā)生降雨型、冰川型的泥石流。因其復合原類型、類型多少以及其強度的不同等，決定了復合洪水型的特點和危害性也各不相同。中巴經(jīng)濟走廊Pattan以北，Jaglot以南地區(qū)，國內(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)的過渡帶，有達布達爾鄉(xiāng)，因此以冰水混合型泥石流為主。

提取、統(tǒng)計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、相對高差、最大坡度、平均坡度、溝床比降、地層巖性分級、斷層密度、年均降水量、最高氣溫、河網(wǎng)密度等。同時，為每個冰川分配了唯一的編號。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

本數(shù)據(jù)集中的中巴經(jīng)濟走廊泥石流區(qū)域和泥石流目錄矢量文件的坐標系采用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)包含每個泥石流流域的屬性信息，包括FID（內(nèi)部ID）、編號、類型、溝口經(jīng)度、溝口緯度、左右岸、流域面積、平均高程、相對高差、最大坡度、平均坡度、溝床比降、地層巖性分級、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的xls格式。表1提供了屬性字段的說明。

圖2 中巴經(jīng)濟走廊泥石流分布圖

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

屬性名稱 數(shù)據(jù)類型 屬性說明緯度 浮點型 （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 浮點型（單位：km2） 流域面積DEM_Mean 浮點型 （單位：m） 平均高程DEM_Range 浮點型 （單位：m） 相對高差Slope_Max 浮點型 （單位：°） 最大坡度Slope_Mean 浮點型 （單位：°） 平均坡度Gbed_grad 浮點型 （單位：m/km） 泥石流流域主溝床比降巖性 浮點型 地層巖性分級Den_faults 浮點型 （單位：km/ km2） 斷層密度Prec_Ann 浮點型 （單位：mm） 年均降水量Tem_Max 浮點型 （單位：℃） 最高氣溫Den_Rivers 浮點型 （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)量控制包括兩個方面的控制：泥石流災害點判識的質(zhì)量控制和泥石流流域范圍準確性的質(zhì)量控制。

對遙感影像解譯出的泥石流災害點，進行野外實地調(diào)查確認的方式進行抽查檢驗，流域面積從0.5 km2到164.79 km2中的452條泥石流流域。其中通過實地調(diào)查認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確性有較高的可信度。此外，由于受自然條件的制約，野外實地調(diào)查主要局限于公路沿線兩側(cè)一定范圍內(nèi)，導致遠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水文分析模塊自動提取的泥石流流域，對照Google Earth影像，對中巴經(jīng)濟走廊泥石流點的流域范圍逐條進行人工校正，解決由于自動化處理導致的部分泥石流流域劃分不準確以及基于像素處理導致邊界不平滑的問題，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提取和經(jīng)人工校正的前后對比。

圖3 泥石流流域范圍校正前后對比

4 數(shù)據(jù)價值

中巴經(jīng)濟走廊泥石流災害極為發(fā)育，受區(qū)域自然環(huán)境條件、過去災害基礎調(diào)查缺乏和科技投入不足等因素的限制，泥石流基礎數(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)濟走廊最新的泥石流編目數(shù)據(jù)，完整掌握了中巴經(jīng)濟走廊泥石流分布情況。

本數(shù)據(jù)集基于歷史資料收集、野外實地調(diào)查和Google Earth遙感影像數(shù)據(jù)，完成了中巴經(jīng)濟走廊泥石流災害點的判識、泥石流流域特征參數(shù)的提取，進行了嚴格的質(zhì)量控制。本數(shù)據(jù)集可作為中巴經(jīng)濟走廊區(qū)域泥石流研究的基礎數(shù)據(jù)集，為區(qū)域不同類型泥石流判識、危險性評估、風險評估、發(fā)展趨勢研究提供重要參考。

5 數(shù)據(jù)可用性聲明

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

致 謝

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