遥感技术在改建包兰线地质灾害评价中的应用

王文婷

1 研究区概况

包兰铁路是京兰通道的重要组成部分,是煤运北通道的后方通道之一,在我国铁路网中具有重要的地位。现有运量已达到超饱和状态,成为沿线经济发展的制约因素。因此,铁道部、宁夏回族自治区、甘肃省合力开展沿既有线增建二线,既有线提速改造,配套改造通信、信号等运营设备项目。改建包兰线正线里程469.305 km,地跨甘肃、宁夏两省。初选线路方案走廊经由地貌类型为黄河冲积平原及河谷区、山前及山间冲洪积平原区、低缓丘陵区、低中山区,地形地貌较复杂;线路所属构造体系由北向南为祁吕贺山字形构造体系之银川断陷盆地、贺兰山褶皱带;卫宁北山纬向构造带;陇西旋卷构造体系;祁吕贺山字形构造之西翼的祁连山褶皱带及其各构造体系的复合交接部位,地质构造复杂。

2 遥感信息源的选择及处理

采用美国陆地卫星LANDSAT5 TM影像数据2景,轨道号分别为130/34,130/35,成像时间为2009年5月,地面分辨率30 m;LANDSAT7 ETM+数据,分辨率 15 m,成像时间 2005年;NASA最新公布的研究区Aster 30 m G-Dem数据;全色黑白航空相片,重叠率60%,2009年摄影,比例尺 1∶10 000。使之在原来图像的基础上,既保留了多光谱图像的信息,又提高了空间分辨率。由已获取的DEM 数据,在ERDAS IMAGINE Virtual GIS模块下叠加DOM影像图纹理到三维地形模型,生成动态漫游的立体模型,从不同的角度和高度辅助解译。

3 主要地质灾害的解译分析

3.1 盐渍土

盐渍土病害主要依据地物的波普反射特征来提取信息。可见光、近红外和短波红外波段是识别盐碱化土壤的关键波段。从信息量来衡量,TM数据1,3和5波段组合所含信息量最大。土壤反射率介于水体与植被之间,即大于水体的反射率而小于植被的反射率。在典型地物光谱曲线上,波长在 0.35 μ m～0.65 μ m之间,盐碱类土壤和一般土壤的反射率大于其他地物(如植被);而波长在 0.65 μ m以上时,植被的反射率大于土壤的反射率;在远红外波段,土壤反射率大于植被反射率。基于以上特征的分析,我们选用两种方法来界定盐渍化区域:一种以TM135标准假彩色合成为背景图,分配各种地类的特征值做复合监督分类;一种则是通过TM432标准假彩色合成为背景图,提取归一化植被指数(NDVI)(定义为近红外波段与可见光红波段数值之差和这两个波段数值之和的比值)来反向界定盐渍化区域。

结合地表盐霜盐斑分布、作物生长状况、地下水水位和矿化度、土壤类型等非遥感数据辅助信息,经过10%图斑抽样的实地验证,精度达到了90%的预期指标,两种方法对于提取中～重盐渍土的精度相差2.4%,人工修正的复合分类方法效果较为理想。

3.2 泥石流

泥石流形成区多呈勺状、漏斗状、椭圆状三面环山的围谷。山坡裸露,植被稀少,浮土厚,影像色调浅灰～灰白。泥石流属性的判别主要根据堆积物形态特征,以及堆积物与沟谷相对位置来确定。通常粘性泥石流流程短,堆积物影像结构粗糙,集中完整地堆积于沟谷中。流通区与堆积区合二为一,堆积体有流变痕迹,顺沟常有多条脊状隆起,似冰川侧碛一般;而稀性泥石流一般流程较长,堆积物分散在沟谷的宽缓地段和沟口处。

3.3 崩塌、滑坡

崩塌常发生在岩性坚硬,节理发育地区,陡坡周围堆积成岩或倒石堆。在遥感影像上崩塌的陡崖新的色调浅,老的色调深。在陡崖的下方有浅色调的锥状地形,有粗糙感或呈花斑状的锥形。崩塌体堆积色调浅,呈锥状。新生的崩塌体植被少,古老的崩塌体植被较为茂盛。滑坡发生在具有一定滑动条件的斜坡上,具有明显的滑坡周界、后壁和滑体内部特征:滑坡周界一般呈簸箕形;滑坡多呈围椅状;滑坡体下方由于土体挤压,有时可见到高低不平的地貌;滑体前缘呈舌状,有时表层有翻滚现象而出现反向坡;滑坡裂缝,包括张拉裂缝、剪切裂缝、鼓胀裂缝、扇形张裂缝;滑体上的树有时呈醉汉林或马刀树,甚至有枯死现象。

4 结论及建议

4.1 盐渍土

盐渍土主要分布于惠农—银川、平汝支线平罗—大武口一带。其中,银川—惠农段K468+600～K477+800长约9.2 km的路段属中～重盐渍化,地表有大片的盐斑,地表植物难以存活,表现出荒漠景观。由于地势低洼,地下水位埋藏浅,积水成塘,排泄不畅,径流滞缓,地表蒸发强烈,毛细水不断携带盐分富集表层,使地表发生盐渍化,多形成白色盐霜或1 cm～2 cm厚的盐壳。线路经行盐渍土病害区域,路堤两侧受积水长期浸泡易发生坡脚沉降、溜坍;加之毛细水及强烈蒸发作用,致使路堤土体均匀程度不同产生次生盐渍化,从而发生路堤冻胀、边坡松胀、溜坍、翻浆等病害。建议绕避或采用当地含盐土填筑,采用包坡加隔断层为主、铺设灰土砖路肩、改建永久性排碱沟等综合处理措施。

4.2 泥石流

泥石流是一种突然爆发的含有大量泥砂、石块的特殊洪流。其主要特点是来势迅猛,破坏力强。当它汇入河流时,常会压缩或堵塞河道,使水位壅升或河道变迁,间接毁坏公路、桥梁及其他构筑物,造成巨大经济损失。研究区发育泥石流二十余处,主要分布于甘肃段西邵至余丁段的低缓丘陵和山前冲洪积平原区及香山山脉北段的沟谷中以及白银南至兰州东段中低山区的沟谷中。以水动力成因的沟谷型稀性泥石流为主,形成区、流通区和堆积区比较明显。流域相对高差61 m～430 m,山坡坡度均小于40°,流域面积均小于10 km2,谷内松散堆积物较丰富,沟床较平,堆积厚度多在3 m～8 m,堆积物以粗粒为主,规模较小。

宁夏段惠农至红果子沟(K437+750～K438+100)以南洪积扇前沿及正谊关沟(K428+500～K428+900)发育两条洪水泥石流。按泥石流物质组成划分,均属水石流,固体物质主要来源于山前洪积扇上部以及崩塌碎石堆积。

在时间分布特征方面:泥石流均为水动力类型,发育时间和暴雨强度密切相关,根据研究区气象资料,降雨主要集中在6月～9月,其中7月～8月月平均降雨量大于35 mm。泥石流发育也会集中在6月～9月。但评估区降雨量均很小,一般不形成大型暴雨,所以在水源条件限制下,研究区泥石流爆发可能性较小。

4.3 崩塌、滑坡

研究区崩塌、滑坡主要分布于甘肃段CK896+000—兰州东站,该地段局部分布有不稳定斜坡,坡度40°～70°,地层主要为第四系上更新统风积黄土,厚度大于20 m,植被稀少,在雨水冲刷下,陡峻山坡及深切沟谷两侧易形成崩塌。

研究区沿线分布有7处滑坡,滑坡主要类型为顺层基岩滑坡和松散堆积层滑坡,侏罗系强风化～中风化泥岩、砂岩及上覆的第四系碎石土、含碎石粉质黏土、粉质黏土往往组成了崩滑带,而下伏泥岩及砂质泥岩基岩,透水性较弱,遇水易软化泥化,容易形成软弱夹层,为滑面的形成提供了有利的地质结构条件。

5 结语

遥感技术在地质灾害信息提取方面的应用有着高效及结果可视化的优点,为山区铁路前期勘测工程地质选线提供了大量难以实地获取的信息,以遥感判释成果指导外业地质调查,节省了人力物力,提高了地质填图的质量。

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