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遥感技术在地质灾害中的应用

2015/07/08 阅读:

1遥感数据处理

遥感数据源采用研究区SPOT5卫星数据,为满足本次调查工作需要,根据遥感图像各波段光谱特征,选择对工程地质、地质灾害和生态环境反映较好的三个波段,选出SPOT321三个波段进行假彩色合成。然后在ENVI和ERDAS图像处理系统平台上对遥感数据进行几何校正,以地形图为基准,结合GoogleEarth,选择地面控制点,进行几何精校正和地理坐标配准,消除遥感图像的几何畸变。接着利用SPOT数据与全色波段进行基于HIS彩色空间交换的方法融合,最终图像的分辨率为2.5m,该影像基本保留了SPOT的光谱信息,空间分辨率也提高了一倍,各种地质、构造和地质灾害可通过图像的光谱信息及纹理特征较好的识别。最后为了满足用户目视解译和人机交互式解译等需要,对该图像进行反差扩展、彩色增强等光谱信息增强的方法。遥感影像处理与制图流程(图1)。

2地质灾害遥感解译标志

2.1滑坡地质灾害遥感解译标志斜坡大量岩土体在重力作用下失去原有的稳定状态,沿一定的滑动面(或带)整体向下滑动的现象,称为滑坡[5]。(1)滑坡地质灾害多发生在有一定坡度上山坡和呈马蹄形环状地形的山坡上部,并且含水量面积较大的岩土体,均易发生滑坡。(2)滑坡在遥感影像上多呈弧形、新月形、舌形和三角状轮廓等各种形态,滑坡体上错台迹象明显,后缘存在圈椅状陡壁,前缘常有土体被挤出。(3)在遥感影像上,由人工开挖引起的土质滑坡常呈灰白色调,而其他老滑坡在影像上色调杂乱,影纹粗糙。本研究区典型的滑坡有酒埠江白石冲大坡组滑坡(图2)等。从遥感影像上可以看出,滑坡的形态近似于半圆形,影像色调杂乱,呈灰白色间杂着黄色,影纹粗糙。从图像上可以清晰地观察到斜坡边缘,坡体高低起伏,后缘沉降,后缘存在圈椅状陡壁,基本无植被生长,从植被的发育情况也可以观察到滑坡边缘,崩滑碎石土堆积在滑坡前缘,图像上显示为黄色,有粗糙感。该滑坡位于公路一侧,是由于切坡修路,引发公路内侧上方的土体下滑以致成灾,滑体斜长约65m,宽度20m。

2.2崩塌地质灾害遥感解译标志陡峻的悬崖上的巨大岩块在重力作用下,突然而猛烈地向下倾倒、翻滚、崩落的现象称为崩塌[5]。(1)崩塌地质灾害多发生在由坚硬岩石组成的,坡度较大的山坡上,或又人工开挖形成的高陡边坡上,崩塌体堆积在平缓地带。(2)崩塌边缘明显,呈簸箕状,表面呈参差状,基本无植被生长,有时会伴有裂缝。(3)在遥感影像上,由岩块直接脱落山体的正在发展的崩塌呈较浅色调,基本无植被生长;趋于稳定的崩塌多呈灰或暗灰色调,且有少量植物生长;稳定的崩塌多呈深色调,且有较多的植物生长。本研究区典型的崩塌有鸾山镇老漕村上垅组崩塌(图3)等。从遥感影像上可以看出,崩塌的形态为扇形,崩塌体上部呈亮灰色,堆积体在坡脚,呈棕灰色、灰色,色调较没有发生崩塌地段浅,且其表面比较粗糙,崩塌体上基本无植被生长,从植被发育情况可在地貌上分辨出灾害体边缘。该崩塌位于柳基冲铁矿区,由于强降雨,在重力作用、风化作用等外力地质作用下,岩石不时与母体分离而产生崩塌。

2.3塌陷地质灾害遥感解译标志地面塌陷是指地表岩、土体及赋存其中的水、气所组成的综合体系,在自然或人为因素作用下,产生各种破坏其稳定平衡状态的力学效应,导致岩土体覆盖层向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种地质现象[6]。(1)塌陷地质灾害多发生在岩溶地区,以及矿山采矿、过量抽汲地下水或其他人工活动造成的地下采空区。(2)在遥感影像上,色调杂乱,影纹粗糙,塌陷坑边缘较清晰。本研究区典型的崩塌有黄丰桥镇严塘村钟家里组塌陷(图4)等。从遥感影像上可以看出,塌陷的形态为椭圆形,塌陷坑边缘有一定高差的,深色调的不规则封闭条带或环形带影像,较为清晰,塌陷坑内部呈绿色色调,影纹粗糙,有植被生长。

2.4泥石流地质灾害遥感解译标志在山区,由于暴雨或融雪的急流携带着大量固体物质(粘土、砂粒、块石、碎石)沿着沟谷、陡坡急骤下泄的暂时性山地洪流称为泥石流[5]。(1)泥石流地质灾害多分布在地形坡度比较陡,并且汇水面积较大的岩土体。(2)泥石流包含形成区、流通区和堆积区三个部分。形成区多为三面环山,地形较开阔,出口呈瓢形或漏斗状,有大量的堆积体,植被不易生长,常会伴随着滑坡、崩塌等其他地质灾害现象的发生;流通区多呈现瓶颈状或喇叭状,分布在坡度较陡的山坡,这样泥石流可以快速直泄;堆积区多呈现扇形或锥形,且常分布在山前平原或河谷接地,这样碎屑物质可以堆积在这里。(3)在遥感影像上呈深色调,表面比较粗糙,流通区地势陡窄,堆积区地势相对平缓,泥石流向前流动至沟口散开扇状堆积。本研究区典型的泥石流有鸾山镇南岸村滴玉石组泥石流(图5)等。从遥感影像上可以清晰地看出泥石流的形成区、流通区和堆积区三个部分,形成区有陡峭的山坡,在山坡上堆放着碎屑固体物质,影像色调杂乱,有滑坡产生,有一定的植被生长;流通区地段较陡,两侧分布着坡表较稳定的山坡,这样堆积物可以快速流下;堆积区位于沟谷的出口处,地面开阔,坡度较平缓,形成洪积扇,扇形轮廓较清晰,且在影像上呈浅棕色。

3遥感解译成果

3.1地质灾害遥感解译方法和过程遥感解译,即在基础图像上重视野外实际环境景观,基于地学原理进行地物识别及定性和定量、时间和空间分析,获取地质灾害及其发育环境信息。此次工作主要是采取了目视解译的方法,结合GoogleEarth对研究区的遥感影像进行地质灾害解译,在ArcGIS软件平台上进行人机交互方式解译。在解译过程中,首先根据研究区的遥感影像、地形地质图建立符合客观实际的滑坡、崩塌、塌陷和泥石流的遥感解译标志,然后以遥感影像为依据,采用目视解译与人机交互解译相结合,根据解译标志对研究区进行地质灾害遥感初步解译,接着对初步解译结果进行野外验证(验证率超过60%,准确率达到90%),然后在野外验证的基础上建立和完善各种地质灾害的解译标志,对研究区进行详细解译,编制最终的解译成果图件,确保解译结果的可靠与准确。

3.2遥感解译结果通过对攸县分辨率为2.5米的SPOT5影像进行地质灾害解译,并结合野外实地验证对初步解译结果进行修改,共解译滑坡、崩塌、塌陷和泥石流地质灾害体51处。解译滑坡20处,占总数的39.2%,崩塌23处,占总数的45.1%,塌陷7处,占总数的13.7%,泥石流1处,占总数的2.0%。总之,攸县地质灾害类型以滑坡、崩塌为主,有少数的塌陷和泥石流。根据遥感解译结果并结合环境背景,对攸县地质灾害分布进行综合分析,发现:(1)攸县地质灾害多集中在东北部和中部偏西重点区,与研究区地貌有关,研究区东、西海拔较高,群山环绕,中部海拔较低,主要是由平原和岗地构成,城镇地区地质灾害分布很少。(2)攸县地质灾害分布与地质断层也有密切的关系,研究区域内主要的断层有酒埠江断层(萍乡-酒埠江)、黄丰桥断层(万新-昭村)、洋滨断层(洋滨-凤塔)等,其中在最大的,长度约为60公里的酒埠江断层(萍乡-酒埠江)就有滑坡的发生,并且在黄丰桥断层附近也常有滑坡、塌陷等地质灾害发生。(3)攸县境内的地质灾害多由降雨所诱发的,研究区降雨主要集中在每年的4~7月,所以地质灾害也多集中发生在这几个月。

4结束语

(1)通过对攸县SPOT5遥感影像数据进行地质灾害解译和野外实地调查,可以发现解译结果准确率较高,可以快速而准确的发现研究区地质灾害类型、分布、规模大小及数量等,为攸县1:5万地质灾害详细调查项目提供了指导依据。(2)攸县地质灾害发生频繁,通过解译结果及野外实地考察发现,研究区地质灾害主要以滑坡、崩塌为主,存在少量的塌陷和泥石流,规模均以中小型为主。(3)用SPOT321三个波段进行假彩色合成的影像,可以较好的反映工程地质、地质灾害和生态环境,地质灾害解译标志明显,边界清晰,可以较好的解译出研究区的地质灾害类型和规模,提高了地质灾害解译工作的准确性。(4)攸县地质灾害多由内外力地质作用引起,但是暴雨和不良的人类工程经济活动也会引起这些不良地质现象。建议在选择工程建筑场地时应尽量避开易发生地质灾害的地段,大力开展封山育林、植树种草等保护生态环境措施,修筑排水沟渠以尽快排泄滑坡区的地表水和地下水,并做好灾害的预报工作,应尽量避免因人类的不合理开挖所引起的各种地质灾害。

作者:王多兵 姜依然 周进 单位:湖南省地质矿产勘查开发局四一六队

遥感技术在地质灾害中的应用

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