何 鋒,馬宇宣,劉洪江

(1.云南財經(jīng)大學 物流與管理工程學院,云南 昆明 650221;2.云南財經(jīng)大學 財政與公共管理學院,云南 昆明 650221;3.樂山師范學院 旅游與地理科學學院,四川 樂山 614000)

0 引言

地質(zhì)災(zāi)害是人類生命安全與經(jīng)濟生活的重要威脅,地質(zhì)災(zāi)害的預防工作是降低相應(yīng)損失的重要手段與措施。地質(zhì)災(zāi)害的有效及時的監(jiān)測是做好地質(zhì)災(zāi)害預防工作的重要前提。傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測主要通過監(jiān)測員抵達監(jiān)測地點進行實地監(jiān)測。因地質(zhì)災(zāi)害地點常具有地點偏僻、危險度高、監(jiān)測難度大等特點,地質(zhì)災(zāi)害的人工監(jiān)測常因監(jiān)測難度大、監(jiān)測不及時、監(jiān)測遺漏等不足達不到預防地質(zhì)災(zāi)害并降低災(zāi)害損失的目的[1-2]。遙感監(jiān)測技術(shù)基于衛(wèi)星資料對地質(zhì)環(huán)境進行全方位的實時監(jiān)測[3-4]。隨著衛(wèi)星資料空間分辨率的不斷提高與遙感監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展,遙感技術(shù)已成為地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預防的重要手段[5- 6]。在滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測中,遙感技術(shù)可通過災(zāi)害識別、微地貌結(jié)構(gòu)調(diào)查、與發(fā)育環(huán)境監(jiān)測等手段進行災(zāi)害的位置、邊界、范圍、與災(zāi)害產(chǎn)生條件等監(jiān)測分析[7-9]。無人機遙感技術(shù)的運用,不僅可以打破以往的空間和地理限制,而且有助于保證最終結(jié)果的準確性,從而提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的效果和水平[10]。

香格里拉市位于地質(zhì)活躍的橫斷山脈,獨特的地理自然環(huán)境使香格里拉市易發(fā)多類地質(zhì)災(zāi)害,其主要地質(zhì)災(zāi)害類型分別為滑坡、泥石流、與崩塌,且市域內(nèi)滑坡與泥石流危害的最大[11-14]。其中迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)與虎跳峽鎮(zhèn)由于其獨特的地理位置和地質(zhì)結(jié)構(gòu),頻繁遭受地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、泥石流和崩塌的影響。迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)作為經(jīng)濟活動集中的區(qū)域,其地質(zhì)災(zāi)害直接影響到當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展和居民生活安全。虎跳峽鎮(zhèn)則因其著名的旅游景點——虎跳峽,具有較高的環(huán)境脆弱性,加之游客頻繁,使得災(zāi)害發(fā)生時潛在的風險更大。此外,這兩個區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害特征及其對經(jīng)濟和環(huán)境的影響具有代表性,是研究香格里拉市地質(zhì)災(zāi)害防治措施的理想選擇。因此,加大對香格里拉市滑坡、崩塌、與泥石流的監(jiān)測有利于保障人民群眾的安全并促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。本文采用遙感監(jiān)測技術(shù)對香格里拉市地質(zhì)災(zāi)害進行監(jiān)測評估,以實現(xiàn)對地質(zhì)災(zāi)害的有效預防。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與選擇

本研究主要采用了Pléiades衛(wèi)星和資源三號衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進行香格里拉地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的遙感監(jiān)測。Pléiades衛(wèi)星系統(tǒng)由兩顆衛(wèi)星組成,能提供高達0.5 m的全色波段空間分辨率[15-16],極大地增強了地表特征的識別能力,特別適用于災(zāi)害發(fā)生點的精確定位和小范圍災(zāi)害的識別。研究中使用Pléiades衛(wèi)星2014年獲取的全色波段影像,針對迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和虎跳峽鎮(zhèn)兩個重點區(qū)域,開展1∶1萬比例尺的地質(zhì)災(zāi)害詳細解譯。此外,資源三號衛(wèi)星作為中國首顆民用高分辨率立體測繪衛(wèi)星,其數(shù)據(jù)主要用于更廣泛區(qū)域的災(zāi)害監(jiān)測和評估,其全色波段數(shù)據(jù)可以支持1∶5萬的地圖制作,適合進行大范圍的地表形態(tài)分析和災(zāi)害影響評估[17],本研究利用資源三號2014年獲取的全色波段立體像對數(shù)據(jù),在更大范圍內(nèi)開展1∶5萬比例尺地質(zhì)災(zāi)害普查。

兩種衛(wèi)星數(shù)據(jù)的選擇和使用各有側(cè)重,形成了高分辨率詳查與大范圍普查相結(jié)合的方法。Pléiades衛(wèi)星分辨率更高,成像質(zhì)量更好,適合開展重點區(qū)域的精細解譯;資源三號衛(wèi)星覆蓋范圍更廣,一景影像可達50 km×50 km,有利于全市尺度的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查。兩種數(shù)據(jù)選擇的時相一致,均為2014年,這一方面是由于研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害活動頻繁,需要及時獲取影像資料以掌握最新的災(zāi)害動態(tài);另一方面,2014年也是衛(wèi)星數(shù)據(jù)的豐富期,兩種衛(wèi)星的高分辨率數(shù)據(jù)都已經(jīng)積累了一定的存檔,便于獲取應(yīng)用。盡管所使用的遙感數(shù)據(jù)來自于2014年,但考慮到地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測對時效性的要求并非實時性,該時段的數(shù)據(jù)能夠有效地反映出研究區(qū)域內(nèi)長期地質(zhì)變化的累積效應(yīng),從而為災(zāi)害預警和防范提供科學依據(jù)。此外,歷史數(shù)據(jù)的使用也有助于分析地質(zhì)災(zāi)害的時間發(fā)展趨勢和周期性變化,為長期地質(zhì)安全管理提供參考。

1.2 地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

利用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)整合和可視化遙感數(shù)據(jù)、地面調(diào)查數(shù)據(jù)以及歷史災(zāi)害記錄,確保了遙感數(shù)據(jù)解譯的準確性和實用性。這一過程包括地形、植被覆蓋和坡度信息的分析,進一步增強研究結(jié)果的科學性和實際應(yīng)用價值。

1.3 監(jiān)測區(qū)域的選擇

本研究在對香格里拉市進行總體地質(zhì)災(zāi)害風險評估的基礎(chǔ)上,特別聚焦于迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)與虎跳峽鎮(zhèn)的詳細案例研究。這兩個區(qū)域由于其地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)性及對社經(jīng)發(fā)展的顯著影響被選中,其中迪慶因經(jīng)濟活動密集,頻繁發(fā)生的滑坡和泥石流嚴重威脅人身安全并導致經(jīng)濟損失,而虎跳峽鎮(zhèn)作為旅游熱點,其自然景觀受到地質(zhì)災(zāi)害如崩塌和泥石流的嚴重破壞,進而影響旅游收入和當?shù)鼐用裆?。針對這些問題,研究的深入分析有助于制定針對性的災(zāi)害防治措施,從而提高整個香格里拉市地質(zhì)災(zāi)害管理的實證基礎(chǔ),確保策略的有效實施以保護人民生活和生態(tài)環(huán)境安全。

1.4 坡度與植被覆蓋分析

為進一步提高遙感解譯的可靠性,本研究還輔助使用了坡度和植被覆蓋數(shù)據(jù)。使用資源三號衛(wèi)星的DEM產(chǎn)品,提取研究區(qū)的坡度信息,根據(jù)坡度值將坡度劃分為7個等級;利用歸一化植被指數(shù)NDVI,將植被覆蓋度劃分為5個等級。崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害的發(fā)育與地形坡度和植被覆蓋密切相關(guān)[18],將坡度和植被覆蓋圖與遙感影像配合使用,可以更準確判讀地質(zhì)災(zāi)害體的類型和邊界。

(1)坡度分析

本研究采用ArcGIS 10進行坡度信息的提取解譯與坡度圖繪制。依據(jù)坡度大小將坡度以此劃分為坡度1～7級,相應(yīng)坡度分級依次為[0°,5°)、[5°,8°)、[8°,15°)、[15°,25°)、[25°,35°)、[35°,45°)、[45°,90°)(圖1),這些信息對于理解泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的潛在觸發(fā)條件至關(guān)重要。

圖1 香格里拉市坡度分級圖

(2)植被覆蓋分析

植被的破壞是泥石流災(zāi)害發(fā)生的重要原因同時也是泥石流災(zāi)害破壞程度的重要特征。本研究基于ArcGIS 10軟件,采用歸一化植被指數(shù)(normalized differential vegetation index,NVDI)進行植被信息的提取,并采用等密度模型進行植被覆蓋度的計算。根據(jù)植被覆蓋率,植被覆蓋度分為1～5級,且相應(yīng)植被覆蓋率分別為[0%,10%)、[10%,30%)、[30%,50%)、[50%,70%)、[70%,100%)(圖2)。

圖2 香格里拉市植被覆蓋分級圖

1.5 數(shù)據(jù)融合與綜合評估

將兩種衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行融合,利用Pléiades衛(wèi)星的高分辨率優(yōu)勢和資源三號的廣覆蓋優(yōu)勢,進行綜合分析。通過GIS技術(shù)整合和可視化影像、坡度、植被覆蓋等各類數(shù)據(jù),形成全面的地質(zhì)災(zāi)害風險評估圖。此外,還將結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)和歷史災(zāi)害記錄,驗證遙感數(shù)據(jù)解譯的準確性和實用性,確保研究結(jié)果的科學性和實際應(yīng)用價值。各遙感解譯圖的投影參數(shù)如表1所示,坡度分級圖與植被覆蓋度分級圖比例尺均為1∶10萬,且各遙感解譯圖其他投影參數(shù)均采用高斯—克呂格投影、西安80坐標系與6度帶18帶。

表1 遙感圖像投影參數(shù)

2 研究結(jié)果

香格里拉市坡度分級情況如圖1所示,香格里拉地區(qū)坡度主要為4級與5級,且該市周邊地區(qū)坡度高于該市中心地區(qū)。香格里拉地區(qū)植被覆蓋情況總體高于植被覆蓋率3級別,且該市植被覆蓋率分級主要為3級與4級。在地質(zhì)災(zāi)害的遙感影像解譯中,滑坡的遙感影像特征主要不穩(wěn)定斜坡影像特征(圖3A),潛在滑坡的遙感影像特征主要為不規(guī)則不穩(wěn)定斜坡影像特征或橢圓形滑坡影像特征(圖3B),泥石流的遙感影像特征為扇形泥石流影像特征(圖3C),潛在泥石流的遙感影像主要特征為扇形泥石流特征或無沖積扇(圖3D),而崩塌的遙感影像特征為不規(guī)則不穩(wěn)定斜坡影像特征(圖3E)。

圖3 地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯特征(A:滑坡;B:潛在滑坡;C:泥石流;D:潛在泥石流;E:崩塌)

迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)與虎跳峽鎮(zhèn)重點地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測結(jié)果如圖4、5與表2所示。迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)發(fā)現(xiàn)共計9個災(zāi)害店,其中1個崩塌災(zāi)害點、9個滑坡災(zāi)害點、8個泥石流災(zāi)害點、1個潛在滑坡災(zāi)害點、與4個潛在泥石流災(zāi)害點。在虎跳峽鎮(zhèn)重點地區(qū)共發(fā)現(xiàn)37個地質(zhì)災(zāi)害點,其中4個崩塌災(zāi)害點、2個滑坡災(zāi)害點、5個泥石流災(zāi)害點、24個潛在滑坡災(zāi)害點、2個潛在泥石流災(zāi)害點。9個迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)野外驗證地點與19個虎跳峽鎮(zhèn)野外驗證點勘測結(jié)果表明遙1∶1萬比例遙感監(jiān)測的各類地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測準確率均達到100%。

表2 迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)與虎跳峽鎮(zhèn)重點地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害1∶1萬遙感監(jiān)測結(jié)果

圖4 虎跳峽鎮(zhèn)重點工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯圖

圖5 迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)重點工作區(qū)地質(zhì)災(zāi)害遙感解譯圖

香格里拉市的地質(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測結(jié)果匯總?cè)绫?所示。在該市區(qū)域內(nèi),共識別出558個地質(zhì)災(zāi)害點。具體來看,崩塌災(zāi)害點共有99個,其中小型崩塌43個,中型崩塌42個,大型崩塌14個?；聻?zāi)害點總計為284個,細分為小型滑坡127個,中型滑坡128個,大型滑坡25個,以及巨型滑坡4個。此外,泥石流災(zāi)害點共有161個,包括小型泥石流132個,中型泥石流24個,以及大型泥石流4個。遙感監(jiān)測還發(fā)現(xiàn)潛在滑坡5個和潛在泥石流9個。通過215個野外驗證點的數(shù)據(jù)——包括24個崩塌點、62個滑坡點、118個泥石流點、2個潛在滑坡點和9個潛在泥石流點——確認了遙感監(jiān)測結(jié)果的準確性和可靠性。這些驗證點的綜合分析不僅證實了遙感監(jiān)測的有效性,也為地質(zhì)災(zāi)害的進一步研究提供了實證基礎(chǔ)。

表3 香格里拉市地質(zhì)災(zāi)害1∶5萬遙感監(jiān)測結(jié)果

3 結(jié)論與討論

遙感監(jiān)測方法通過展現(xiàn)野外環(huán)境景觀圖像并利用地學原理進行識別及定性、時空分析等,進而及時獲取相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害信息并進行相應(yīng)的監(jiān)測[19-21]。本研究利用遙感技術(shù)對香格里拉市,尤其是迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和虎跳峽鎮(zhèn)的地質(zhì)災(zāi)害進行了深入監(jiān)測與分析。通過高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù),有效識別了地質(zhì)災(zāi)害點的分布、類型和規(guī)模,共識別地質(zhì)災(zāi)害點558處,其中滑坡災(zāi)害最為常見,其次是泥石流和崩塌。研究中,迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū)與虎跳峽鎮(zhèn)共發(fā)現(xiàn)85個地質(zhì)災(zāi)害點,這些數(shù)據(jù)對于指導整個市的災(zāi)害管理策略具有重要意義。

在迪慶經(jīng)濟開發(fā)區(qū),地質(zhì)災(zāi)害主要集中在坡度超過25°的陡峭斜坡上,植被覆蓋率普遍低于30%,這種環(huán)境配置顯著增加了滑坡和泥石流的發(fā)生風險。相比之下,虎跳峽鎮(zhèn)作為旅游重點區(qū)域,其地質(zhì)災(zāi)害主要表現(xiàn)為崩塌和泥石流,且災(zāi)害點多分布在坡度為15°至35°的區(qū)域,植被破壞嚴重,覆蓋度通常低于50%,直接威脅到游客的安全。遙感監(jiān)測的結(jié)果通過野外驗證得到了確認,展現(xiàn)了遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域的高準確性和實用性。盡管遙感監(jiān)測存在一定的限制,如高成本和對專業(yè)技術(shù)人員的依賴,它在地質(zhì)災(zāi)害預防和減災(zāi)中的應(yīng)用價值仍然顯著。未來,隨著遙感技術(shù)和數(shù)據(jù)處理工具的進一步發(fā)展,預期其數(shù)據(jù)獲取頻率將增高,成本將降低,災(zāi)害識別能力將更加精準?？傮w而言,這項研究不僅強調(diào)了遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的理論和實踐重要性,還為香格里拉市乃至其他類似地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害管理提供了寶貴的經(jīng)驗和技術(shù)支持。建議香格里拉市在高風險區(qū)域優(yōu)先部署資源,采取綜合措施如植被恢復、排水系統(tǒng)改善及防護工程建設(shè),并特別在旅游區(qū)加強安全教育和災(zāi)害警示,以確保旅游安全,減少經(jīng)濟損失,并保護公眾生命安全。這些策略將為地區(qū)的持續(xù)安全與可持續(xù)發(fā)展提供堅實的科學基礎(chǔ)。