遥感技术在1∶ 5万地质灾害调查中的应用——以广西贺州市平桂区为例

江思义, 李海良, 邱恩露, 王 正, 石覃剑, 苏紫涵

(1.广西壮族自治区地质环境监测总站,广西 南宁 530029； 2.广西壮族自治区遥感中心,广西 南宁 530023)

0 引言

随着我国1∶5万地质灾害详细调查工作的深入与完善，遥感技术在地质灾害详细调查中得到了较好的发展与应用。张茂省等论述了遥感技术在陕西省延安市宝塔区地质灾害调查中的应用，并将该技术在黄土高原区地质灾害调查中进行了推广；张景华等利用遥感技术并结合地面调查，论述了四川省雅安市石棉县地质灾害类型、分布和规模；蒋培荡论述了遥感技术在江西省吉安市永丰县1∶5万地质灾害详细调查中的应用，论证了遥感技术与地面调查可互补；张晓东等以宁夏中宁县为例，论证了遥感技术既可快速查明地质灾害的类型、分布和规模，也可以提高地质灾害调查的效率和精度；马思顺等以云南省建水县为例，对研究区进行灾害解译，建立了研究区的地质灾害遥感解译标志。

2018年开展的平桂区1∶5万地质灾害详细调查，以遥感技术为先导，采用人机交互式解译为主，遵循“先宏观后微观、先整体后局部、先已知后未知、先易后难”的原则进行。在充分收集平桂区基础地理、地质、地质灾害等相关资料的基础上，利用2017～2018年度国产高分辨率遥感数据，通过对比分析，初步建立了崩塌(危岩)、滑坡、不稳定斜坡、泥石流、岩溶塌陷、采空区塌陷等地质灾害的遥感解译标志，开展地质灾害及孕灾背景遥感解译，编制了系列遥感图件并进行相关研究，为研究区开展地质灾害隐患排查提供基础数据支撑。

1 研究区概况

本次研究区范围为贺州市平桂区行政辖区，平桂区在广西的东北部，贺州市中部，地理位置为东经111°12′～111°41′，北纬23°52′～24°34′，面积2 022 km2。平桂区属亚热带季风气候区，春暖雨绵，夏暑酷热，秋朗气爽，冬少冰雪。多年平均气温19.9 ℃，极端最高温度39.5 ℃，极端最低温度-4 ℃，无冻土。雨量丰沛，雨日较多，多年平均降雨量1 533 mm，多年平均降雨日数164 d。常年主导风向为西西北，夏季为东风，平均风速1.7 m/s，瞬时最大风速40 m/s。平桂区境内有贺江、西湾河、大平河、白沙河、盘骨河、马尾河、建新河、桂山河、沙田河、江华河、南堂河、东安河、石川河、塘湾河、水口河等河流，水力资源丰富，有中小型水库23座，山塘67座，总库容达0.51亿立方米。平桂区北部处于萌渚岭与大桂山山脉之间，地形较破碎；南部处于大桂山山脉影响范围内，地势南部高北部低。按成因类型、地形标高及地貌组合形态，可划分为构造侵蚀、侵蚀剥蚀、构造溶蚀和侵蚀堆积地4种地貌类型，以中山和低山地貌为主。地下水类型有松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水。平桂区地质环境条件复杂，其北部姑婆山一带为花岗岩地区，南部为碎屑岩地区，中部多为岩溶地区，且人类工程活动频繁，区内主要的地质灾害类型为滑坡、崩塌(危岩)，其次为不稳定斜坡、岩溶塌陷、采空区塌陷和泥石流。

2 遥感解译方法介绍

1∶5万地质灾害详细调查遥感解译总体工作流程如图1所示。

2.1 资料收集

本次地灾遥感调查数据涉及到遥感数据源，包括高分1号(GF-1)遥感数据分辨率为0.5 m和高分2号(GF-2)遥感数据分辨率为0.5 m，并利用1∶5万数字高程模型和1∶5万数字地形图，重点区利用1∶1万数字高程模型和1∶1万数字地形图，生成坡度、坡向等专题图，辅助开展地质灾害遥感解译。另外，收集了植被覆盖、矿产资源分布、矿山环境等内容有关的研究报告、图件、文字资料、数据表格等。

2.2 构建解译平台

主要基于ArcGIS平台，以目视解译为主，以1 km×1 km网格逐格进行扫面，开展广西壮族自治区平桂区1∶5万地质灾害遥感解译工作。以200 m×200 m格网逐格进行扫面，开展广西壮族自治区平桂区1∶1万重点区地质灾害遥感解译工作。

2.3 遥感图件的制作

根据对国产高分遥感数据GF-1、GF-2等数据的波谱特征、各波段的信息量以及各波段间的相关性综合分析，按照信息量大、波段间相关性小的原则制作县域1∶5万及重点研究区1∶1万数字正射影像图。合成的图像尽量做到影像清晰、色彩协调、信息量大、易于判读，以满足不同对象的解译要求。影像制作包括正射校正、空间配准、融合、调色、拼接、裁剪、格式转换等工作。县域影像正射校正需采用1∶5万数字高程模型和1∶5万数字地形图进行，重点区影像正射校正需采用1∶1万数字高程模型和1∶1万数字地形图进行。

图1 1∶ 5万地质灾害详细调查遥感解译工作流程图

3 地质灾害遥感解译标志

根据规范，对研究区的地质灾害进行遥感解译，初步形成如下的遥感解译标志。

3.1 滑坡

滑坡遥感解译标志有：(1)地形：坡体地形破碎，坡体表面起伏不平，有不均匀沉降；(2)坡形：坡形陡长，有面积不大滑坡平台，且有下滑倾向；(3)异样点：裂缝、地表湿地或泉水(呈斑状或点状深色调)、树木(无巨大直立树木或可见醉林)、新生冲沟(沟床窄而深)等。通过滑坡遥感解译标志解译出疑似滑坡后，从而能对该滑坡的位置、范围、滑移方向、形态、坡度、周围情况等进行进一步解译。

研究区基本上由高分1号分辨率为0.5 m和高分2号分辨率为0.5 m的遥感影像组成，基本满足了滑坡体识别(如图2、图3)，但是在实际解译过程中，解译仅能圈出疑似滑坡点，滑坡体的形态特征、滑坡后缘、侧缘、前缘等基本要素模糊不清，解译难度一般。

图2 滑坡遥感解译标志

图3 平桂区凤岭滑坡图

3.2 崩塌(危岩)

崩塌(危岩)遥感解译标志有：(1)坡形：坡形陡峻，上陡下缓；(2)堆积体：在陡壁或悬崖下有巨大岩块(巨石形成的阴影呈粒状)，在斜坡平缓地段或谷底(由于表面坎坷不平影像有粗糙感)；(3)异样点：裂缝(崩塌或危岩体上部外围有时可见到张节理形成的裂缝影像)、堰塞湖(巨大崩塌体的上游可形成堰塞湖)、带有瀑布的峡谷(巨大崩塌体可形成带有瀑布的峡谷)等。通过崩塌(危岩)遥感解译标志解译出疑似崩塌(危岩)后，从而能对该崩塌(危岩)的位置、范围、崩塌方向、形态、坡度、周围情况等进行进一步解译。

研究区的崩塌多分布在建房、修路、采矿等形成的陡峭边坡地段。大型崩塌的解译程度很高，然而崩塌规模较小、崩塌的边坡陡峭、平面投影面积较小的小崩塌，因崩塌彻底破坏坡面上的植被，在2.5 m分辨率遥感影像上仅表现为与切坡坡向垂直的白色条带，一般条带规模不大于3像素×10像素，影像特征模糊，易与正常切坡裸土混淆，解译难度一般(如图4)。危岩规模较小，主要发生在碳酸盐地区，靠近居民地、公路等人工建筑、设施附近，山体阴影较深的部位影像特征不明显，可解译程度较低(如图5)。

图4 崩塌遥感解译标志(平桂区界冲崩塌)

图5 危岩三维倾斜摄影测量数据

3.3 不稳定斜坡

不稳定斜坡遥感解译标志有：(1)地形：具有高差的自然坡体(坡体一面呈亮白色，另一面阴影较深)；(2)异样点：具有蠕滑、溃屈、倾倒或侧向拉裂等变形特征。通过不稳定斜坡遥感解译标志解译出疑似不稳定斜坡后，从而能对该不稳定斜坡的位置、范围、滑移方向、形态、坡度、周围情况等进行进一步解译。

不稳定斜坡分布在建房、修路、采矿等形成的陡峭边坡地段，研究区基本上由高分1号分辨率为0.5 m和高分2号分辨率为0.5 m的遥感影像组成，基本满足了不稳定斜坡的识别，在遥感影像上多表现为与建房、修路、采矿形成的裸露斜坡上，部分形成阴影较深的边坡，影像上呈月牙状、条带状，影像特征明显，解译程度较高(如图6)。

图6 不稳定斜坡解译标志

3.4 泥石流

泥石流遥感解译标志有：(1)物源区：山坡陡峻，岩石风化严重，松散固体物质丰富，常伴有滑坡、崩塌；(2)流通区：一般呈直线或曲线条带状，纵坡较物源区地段缓，但较堆积区地段陡；(3)堆积区：位于沟谷出口处，纵坡平缓，成扇状(堆积扇纵坡一般为5°～9°，部分达9°～12°)，呈浅色色调，扇面上可见漫流状沟槽或固定沟槽及导流堤等人工建筑物。通过泥石流遥感解译标志解译出疑似泥石流后，从而能对该泥石流的位置、范围、主沟长度和纵降比、形态、坡度、周围情况、物源区的水体分布和集水面积、流通区沟床的纵横坡度和冲淤变化、堆积区堆积物的分布范围和堆积扇坡降等进行进一步解译。

研究区调查发现的泥石流为坡面泥石流或沟谷型泥石流，分布于水系发育的河谷地带，绝大部分呈长条形，规模较小。沟谷形状明显，多呈“V”字形，可以根据相关纹理，色调判断出其发育阶段，解译难度较大(如图7、图8)。

图7 泥石流遥感解译标志

图8 平桂区川岩村泥石流

3.5 地面塌陷

地面塌陷地质灾害的遥感解译包括以下两点：(1)地面塌陷的位置、范围、形状；(2)塌陷对地面设施的破坏程度和造成的成灾范围。

岩溶塌陷遥感解译标志有：(1)地貌：溶蚀洼地、孤峰、盲谷、坡立谷等(高分辨率影像上极易辨认)；(2)异样点：地表漏斗(成群出现，呈串珠展布)、洼地(影像上呈圆形、椭圆形或不规则圆形的，由于上大下小底部呈深色，若被第四系沉积物充填而呈浅色色调)、灌木(附近长满了灌丛、 灌草，中部长有蓼科植物，差异明显)。通过岩溶塌陷遥感解译标志解译出疑似岩溶塌陷后，从而能对该岩溶塌陷的位置、范围、形态、周围情况等进行进一步解译(如图9)。

图9 岩溶地面塌陷遥感解译标志

采空塌陷遥感解译标志有：(1)地裂缝：塌陷边缘常有地裂缝，裂缝两侧地表有高差(在裂缝带的上方图色亮下方色暗)；(2)积水：平原地区且地下水位埋深较浅，采空塌陷区会有常年积水或季节性积水；(3)负地形：规模较小的塌陷坑多呈独立的环形或椭圆形斑点、斑块状，在阴影作用下立体效果明显。

地面塌陷规模数百方至几千方，斜坡变形微弱，对地貌改变非常小，影像特征不明显，可解译程度较低。可以根据间接指示标志确定沉陷区的分布、范围和规模等(如图10)。

图10 采空塌陷遥感解译标志

4 遥感解译成果

本次研究利用2017～2018年度国产高分辨率遥感数据对研究区地质灾害进行了1∶5万遥感解译，共解译地质灾害点202处，如图11。解译灾种包括：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷和不稳定斜坡五类。其中，最常见的是不稳定斜坡，共计161处，占总数的79.7%；其次为滑坡，共计26处，占总数的12.87%；崩塌10处，占总数的4.95%；泥石流1处，占总数的0.5%；地面塌陷4处，占总数的1.98%。

图11 平桂区地质灾害遥感解译分布图

本次研究抽取10%的遥感解译点进行了现场核实，共核查20个地质灾害点，其中有15个点解译正确，正确率为75%，为后续地质灾害地面调查(如图12)起到了先导作用。

图12 平桂区1∶5万地质灾害详细调查实际材料图

5 结论

(1)总结了平桂区1∶5万地质灾害详细调查易发区不稳定斜坡、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害的遥感影像特征，建立了各类地质灾害的遥感解译标志。

(2)利用2017～2018年国产高分辨遥感数据，共解译地质灾害点202个，其中不稳定斜坡161处，崩塌10处，滑坡26处，地面塌陷4处，泥石流1处，编制了系列遥感图件并进行相关研究，为研究区开展地质灾害隐患排查提供基础数据支撑。

(3)解译出了平桂区1∶5万地质灾害的总体分布情况，为研究区地质灾害地面调查起到了先导作用。