丹巴康定输电走廊滑坡泥石流遥感调查及预警对策

曹永兴，常鸣，唐川，李为乐，马国超

（1.四川电力科学研究院，成都 610072；2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059）

地质灾害一般包括崩塌、滑坡、泥石流等形式，它们的形成过程比较复杂，一旦暴发将会产生强大的破坏力，致使人员和财产遭受重大的损失。由地震导致的松散固体物质的总体积能够达（50～150）×108m3［1－4]。目前国外已经运用多种监测手段来预防地质灾害的发生，通常采用泥位计、摄像装置及超声波探测仪等来进行监测［5]，国内唐川、谢洪等利用GIS技术对松散固体物质的分布特征进行研究，找到它们的分布特征尽量避开输电线路等公众设施［6－8]。这些松散固体物质通常堆积于震区沟谷的形成区和斜坡坡麓，一旦遇到强降雨又将导致滑坡的发展及泥石流的形成，进一步威胁基础设施。汶川地震发生至今几乎每个雨季都伴随大量的滑坡泥石流灾害事件发生。例如地震后2008年9月，北川县72条泥石流在暴雨条件下诱发，造成40余人死亡和失踪，泥石流堆积体将北川老县城几乎全部淤埋［9]。四川省绵竹市清平乡在2010年8月13日暴发20余条泥石流，致使7人死亡，并将灾后重建的清平乡场镇摧毁［10]。于此同时，震中区映秀镇21条泥石流暴发，其中红椿沟泥石流冲出的堆积物直接堵断岷江并形成堰塞湖，迫使岷江洪水冲向映秀镇，淹没了震后重建的映秀镇［11]。2010年8月13日，都江堰龙池镇附近也同时暴发了48条泥石流，其中危害最大的八一沟泥石流冲毁都汶高速公路及输电线路等基础设施。

面对汶川地震后数量巨大、分布广泛的滑坡、泥石流灾害，如果全部采取工程措施进行治理将会耗费巨大的人力物力，并且工程治理的设防具备一定的期限，治理工程的防灾作用是有限的［12]。目前最经济有效的办法是先利用遥感影像进行地质灾害的整体解译，找到地质灾害体的遥感解译特征，通过分析找到灾害的成因，找到监测预警防治地质灾害的方法。通过监测预警系统，使得地质灾害在暴发前发出预警信息，为当地居民提供充足的逃生时间，可以有效的减轻人员伤亡，在基础建设选址中能尽量减少避免不必要的损失［13]。如2010年8月13日文家沟暴发泥石流时，距其下游约7 k m的小岗剑雨量计发出了预警信息，根据预警信息，当地居民进行紧急避险撤离，避免了大量的人员伤亡。

丹巴－康定500 k V双回送电线路工程为本次地质遥感调查的研究区，其地跨甘孜藏族自治州的康定县、丹巴县，线路总长约110 k m，涉及工作区面积约440 k m2。区内的地质灾害因素与工程的建设与运行紧密相关。为了综合评价线路的合理性以及送电线路施工服务的便利性，我们采用遥感技术和地理信息系统技术对走廊带内的工程地质环境进行遥感调查。采用室内遥感解译和野外调查相结合的方式，判别地质灾害体的基本特征并建立预警预报模式。本次调查研究工作为丹巴－康定500 k V双回送电线路工程提供基础资料和决策支持。

1 研究区基本特征

丹巴－康定500 k V双回送电线路位于四川西部高山峡谷区，甘孜藏族自治州东部，大渡河上游，E：101°50′～102°14′，N：30°2′～30°57′，线路走向与大渡河流向基本一致。研究区是祖国内地通往西藏的交通要冲，军事要地，甘孜藏族自治州政治、经济、文化科技中心和交通枢纽。国道318线直抵研究区最南端，省道瓦（斯沟）丹（巴）路南北纵越研究区（图1）。

图1 研究区位置图Fig.1 Location of the study area

1.1 气候、地质构造背景

研究区具有明显的东、西和垂直气候差异，地处干热河谷，气温的季节和昼夜差异显著，岩石的物理和化学风化作用显著，尤其是在侵入岩分布的区域，温差直接导致了表层岩石的开裂与脱落，成为崩塌发生的直接因素之一。研究区处于大地构造带结合部，特别是造山带与前陆盆地结合带，地壳活动性大，褶皱断裂十分发育。沿大渡河沿岸的大渡河断裂带，带内节理、裂隙密集，岩层产状变化大，倾角25°～85°，一些地段特别是大渡河沿岸植被破坏，水土流失严重，边坡开挖较陡，加之不按规范施工，地质灾害则集中发生在区域性断裂及其两侧。位于研究区末端断裂是由经向构造体系中的巴躲断裂组成。沿断裂带走向和倾向，断裂面均呈“S”形弯曲，断层附近植被发育，影像特征不明显，但通过间接解译标志，如水系改向，色调差异，出露断层崖、断层三角面、断层沟谷等来判断为断层。

1.2 地形地貌条件

研究区地处四川盆地与青藏高原的两大地貌单元过渡的盆缘山区，地貌分区属龙门山深切高中山区。走廊带地势西高东低、北高南低。区内最大高程4 440 m，最小高程1 380 m，平均高程2 910 m，相对高差3 060 m（图2）。区内最大坡度73°，最小坡度5°，平均坡度35.85°。本文将研究区划分为：中山地貌区；高山地貌区。

（1）中山地貌区

海拔高程在1 380～3 500 m之间。主要分中山河谷侵蚀堆积地貌和中山构造侵蚀地貌，中山河谷侵蚀堆积地貌主要分布在大渡河、大河等河漫滩、河流（干流与支流）阶地等，此类地貌分布面积广，约占区域的66.2%。在遥感图像上看，该河漫滩呈条块状，边界线较整齐，分布于河床两岸及冲沟沟口，纹理较细腻，多分布有耕地，是走廊带内重要的居民分布地；中山构造侵蚀地貌约占区域面积的26.4%，主要分布在海拔1 380～3 500 m范围内的非河谷地带，该地段地形起伏较大，河谷深切，沟壑较为发育，山势陡峻。该类地貌因受构造影响，河谷冲刷切割作用强烈，岩层倾角40°～70°，岩体破碎，地形高差巨大，边坡陡峻。

（2）高山地貌区

海拔高程在3 500～4 440 m之间，相对高差700～1 060 m，该地段地形起伏较大，河谷深切，沟壑较为发育，山势陡峻，植被发育情况较差，遥感影像呈暗红色，斑块形状不规则，但界限分布较为明显。区内只有一块区域分布，面积约占区域的7.4%。

图2 研究区高程分布图Fig.2 Altitude distribution

1.3 地层岩性条件

研究区内出露的地层有：第四系（Q）、三叠系（T）、二叠系（P）、奥陶系（O）、泥盆系（D）、志留系（S）、震旦系（Z）等地层。最新地层为第四系下更新统冰水沉积层及崩坡积、洪积冲击层，最老地层为震旦系。

2 遥感滑坡泥石流特征

2.1 数据准备

考虑到研究区实际情况、性价比以及遥感数据的可获取性，从遥感图像时相特征和空间分辨能力出发，本文选取陆地资源卫星Landsat－7的ET M＋多光谱遥感数据1景，SPOT5卫星全色波段数据3景，并将两种传感器的遥感数据进行分辨率融合，既可以保留SPOT5数据高的空间分布率又可获得ET M多光谱数据丰富的色调纹理信息，以便获取更多的有用信息（图3、图4）。

2.2 滑坡灾害解译

滑坡是最常见的一种坡地重力地貌类型，一般具有明显的地貌特征。滑坡的解译主要是通过形态、色调、阴影、纹理等进行的。解译时除直接对滑坡体本身作辨认外，还应对附近斜坡地形、地层岩性、地质构造、地下水露头、植被、水系等进行判释。由于岩性、构造、地下水活动和滑坡体积等条件不同，滑坡以不同形状下滑，典型的滑坡在SPOT图像上的一般解译特征包括簸箕形（舌形、似V字形、不规则形等）的平面形态，个别滑坡可以见到滑坡壁、滑坡台阶、滑坡舌、滑坡周长、滑坡台阶、封闭洼地等。最明显的特征是滑坡体与后壁、两侧壁构成的圈椅状地形，滑坡体在滑动前及滑动过程中，滑坡体前、后缘、两侧及中部均会产生裂隙；首次滑动以后这些裂缝在地表水和其他营力作用下发育成大小不等的冲沟。这些冲沟在遥感图像上表现为明显的带状阴影和色调差异。根据这些影像特征来识别滑坡体上沟谷的展布规模、条数、切割深度、沟内分布物等。

利用SPOT遥感影像图解译滑坡主要是通过地貌的分析方法大致确定滑坡的特征，一般分为活动滑坡和古滑坡两大类。

图3 ET M全色波段与多光谱波段融合前后对比图Fig.3 Images before and after the f usion of ET M panchromatic wave band with multi－spectral wave band

图4 SPOT5全色波段与ET M全色波段融合前后对比图Fig.4 Images before and after the f usion of SPOT5 panchro matic wave band with ET M panchro matic wave band

（1）活动滑坡的特征

活动滑坡各部分要素诸如滑坡周界、裂缝、台阶等影像清晰可见，滑坡体地形破碎，起伏不平，斜坡表面有不均匀陷落的局部平台；斜坡较陡且长，虽有滑坡平台，但面积不大，有向下缓倾的现象；有时可见到滑坡体上的裂缝，特别是黏土和黄土滑坡，地表裂缝明显，裂口大；滑坡地表湿地、泉水发育；滑坡体上的植被与其周围的植被有较大区别。

（2）古滑坡的特征

古滑坡往往由于后期的剥蚀夷平以及一系列的改造过程，使得原有滑坡要素短缺或模糊不清。滑坡后壁一般较高，坡体纵坡较缓，植被较发育；滑坡体规模一般较大，外表平整，土体密实，无明显的沉陷不均现象，无明显裂缝，滑坡台阶宽大且已夷平；滑坡体上冲沟发育，这些冲沟是沿古滑坡的裂缝或洼地发育起来的；滑坡两侧的自然沟割切很深，有时出现双沟同源；滑坡舌已远离河道，有些舌部外已有不大的漫滩阶地；泉水在滑体边缘呈点状或串珠状分布，在经处理后的SPOT遥感图像上呈蓝色；滑坡体上开辟为耕田，甚至有居民点（图5）。

2.3 崩塌灾害解译

崩塌是位于陡崖、陡坎、陡坡上的岩体、土体及其碎屑物质在重力作用下失稳而突然脱落母体发生崩落、滚动、倾倒、翻转堆积在山体坡脚和沟谷的地质现象。崩塌一般发生在节理裂隙发育的坚硬岩石组成的陡峻山坡与峡谷陡岸上，这类厚层坚硬性岩石能形成高陡的斜坡，在岩石中往往发育两组或两组以上陡倾节理，其中与坡面平行的一组常演化为张裂隙。此时裂隙的切割密度对崩塌块的大小起着控制作用。在遥感图像中，可见陡峭的斜坡岩层中，不同方向的节理裂隙呈浅色色调，直线状相互交错、切割岩体，将岩体切割为棱形块状。新生的崩塌陡崖色调浅，老的陡崖色调深。在陡崖下方有浅色调的锥状地形，有粗糙感或呈花斑状的锥形，为岩堆影像。崩塌现象一般是急剧、短促和猛烈的，规模小者为几立方米至几十立方米，大者可达千百立方米甚至几万立方米以上。崩落下来的岩块和岩石碎屑，在较平缓的坡麓及山脚下堆积成锥形体，称之为岩堆。

由于在工作区内大多为老崩塌堆积体，它在ET M图像上显示不是很清楚，但在SPOT遥感图像上有较好的显示，以SPOT为主，以ET M图像为辅，对研究区的崩塌进行了判译，发现其崩塌体遥感特征为一般位于陡峻的山坡地段，在55°～75°的陡坡前易发生，上陡下缓，崩塌体堆积在谷底或斜坡平缓地段，表面坎坷不平，具粗糙感，有时可出现巨大块石影像；崩塌轮廓线明显，崩塌壁颜色与岩性有关，但多呈浅色调或接近灰白，不长植物；崩塌体上部外围有时可见到张节理形成的裂缝影像；有时巨大的崩塌堵塞了河谷，在崩塌处上游形成小湖，而崩塌处的河流本身则在崩塌处形成一个带有瀑布状的峡谷（图6）。

2.4 泥石流灾害解译

泥石流是持续时间很短，突然发生的，夹有泥沙、石块或巨砾等大量固体物质与水组成的混合流体。其中固体物质含量一般大于15%，是一种高能量、破坏力巨大的特殊洪流，须用大量的工程进行防治。我国泥石流具备分布广泛，与地形地质条件联系密切的特点，由此导致泥石流的性质、规模、危害程度各具特点。利用SPOT和ET M遥感图像对泥石流进行解译分析能够收到很好的效果，紧密结合野外现场调查，就能够清楚地对泥石流进行室内分析研究。泥石流形态在SPOT遥感影像图及其三维遥感模型上极易辨认。通常，标准型的泥石流流域可清楚地看到形成区的情况。

图5 丹巴县城后山建设街滑坡SPOT5全色影像（a）和快鸟三维影像（b）Fig.5 SPOT5 panchro matic image（a）and“Quick Bird”3Dimage（b）of the Jianshejie landslide in Danba

图6 勒树村崩塌SPOT5全色影像及野外照片Fig.6 SPOT 5 panchromatic image and field photo of the Leshucun collapse

泥石流形成区一般呈瓢形，山坡陡峻，岩石风化严重，松散固体物质丰富，常有滑坡、崩塌产生；流通区沟床较直，纵坡较形成地段缓，但较沉积地段陡，沟谷一般较窄，两侧山坡坡表较稳定；堆积区位于沟谷出口处，纵坡平缓，洪积扇轮廓明显，呈浅色调，扇面无固定沟槽，多呈漫流状态。泥石流沟的基本遥感解译特征有：

（1）定性判别：由于遥感图像记录了地表瞬时的真实情况，尤其是曾经暴发过泥石流的沟谷，都能显示在图像上。一般只要发现沟口有明显的泥石流堆积扇，则可明确判别其为泥石流沟。但有些泥石流沟流入大河，其堆积物大部分被河水带走，未保留扇形地貌，这并不说明该沟不是泥石流沟。此时，应对流域内与泥石流有关的因素进行详细的判释，如山坡坡度、沟谷纵坡、岩性、断层、不良地质、松散固体物质、植被、人类活动造成的环境破坏情况等等进行判释，经综合分析后，确定是否为泥石流沟，同时还应作必要的实地调查访问。

（2）统计分析判别：有时泥石流沟由于沟口泥石流堆积物被河流冲走，未保留泥石流堆积扇，且流域内也未见滑坡、崩塌等不良地质现象，特别是泥石流暴发时间较久，显示泥石流的主要特征难以直观判别。在这种情况下，可以采用定量分析的方法予以确定，但定量数据的指标各地区不一样，应结合各地区泥石流的特点予以规定（图7）。

图7 邦吉村泥石流SPOT5全色影像及野外照片Fig.7 SPOT 5 panchro matic image and field photo of the Bangji debris flow

3 监测预警

一般来说，崩塌滑坡泥石流的监测预警需要综合考虑所处的物源特征、地形特征及其启动条件。滑坡通常利用失稳的位移曲线进行分析，泥石流则采用临界雨量指标进行监测预警（图8）。

图8 监测预警技术路线Fig.8 Monitoring and warning technical route

3.1 崩滑体监测预警

根据崩滑体变形时间演化的三阶段规律，通过对两个因素切线角和加速度［14－15]的研究，本文总结了斜坡裂缝空间演化的分期配套特性，将切线角和加速度作为判别崩滑体的依据。

一般蠕变型滑坡切线角预警的阶段包括4个：当切线角位于45°～80°，崩滑体处于初始阶段；当切线角位于80°～85°，崩滑体处于初始加速阶段；当切线角位于＞85°，崩滑体处于临界滑动时刻；一般来说当切线角≈89°时崩滑体开始下滑（图9）。

在崩滑体变形进入临滑阶段之前的时段内，加速度值基本在“0”附近作上下振荡，而一旦进入临界滑坡的时候，加速度就会呈现陡然剧增的趋势，体现出明显的突变特征，根据这些变化特征，实现对崩滑体的监测预警（图10）。

图9 切线角监测预警模式Fig.9 Monitoring and warning model of tangent angle

图10 加速度监测预警模式Fig.10 Warning mode of accelerated monitoring

3.2 泥石流监测预警

通过对泥石流暴发的平均雨强和降雨历时关系的研究，本文建立了泥石流监测预警的关系式来预测泥石流的激发雨强，希望通过降雨阈值曲线来确定泥石流暴发的可能性。根据汶川地震灾区的降雨资料以及泥石流暴发的降雨情况，我们拟合了平均雨强－降水历时关系式：

式中，I为平均雨强（mm／h）；D 为降雨历时（h）。

当降雨时间越长，相应的平均降雨强度就会降低，随之安全警戒线也会下降，当降雨强度－持续时间点位于红色警戒线的上方时候，就要及时通报相关部门，做好输电线路的监测维护工作，因为超过这个曲线值时就存在暴发泥石流的风险（图11）。当位于警戒线下方的时候，可以不发布紧急避难信息。

根据泥石流流域内水的平衡，沟道产生地表径流的条件是单位时间的降雨量大于土壤的渗透量；在低强度降雨条件下，雨水会直接向下渗透并储存在上层土壤中，增加土壤层含水量直至饱和，此时雨水的渗透方向以垂直方向为主，而水平方向的运动则很微小。随着降雨强度的不断增大，逐渐与下层土壤的渗透系数持平，雨水在饱和土壤中的渗透会形成连续的整体，即垂直地下渗流。当降雨强度持续增加时，超过下层土壤的渗透系数的时候，就会形成平行沟床纵坡的地下水流。如果降雨强度继续增大，直至超过表面粗化层的渗透系数，雨水除了渗入土体外，未及时渗入的雨水则形成地表水流。当地表水流达到一定深度导致表层土体处于临界稳定状态时，若降雨强度继续增大，土体就会失稳起动而形成泥石流。

图11 降雨预警曲线图Fig.11 Rainfall warning

4 结论

丹巴－康定500 k V双回送电线路工程工程地质遥感调查研究区地跨甘孜藏族自治州的康定县、丹巴县，线路总长约110 k m。区内的地形地貌及地质构造较为复杂，直接导致影响地质灾害的成因。为了快速大范围的识别研究区内的地质灾害体，本文利用遥感影像数据详细分析了崩塌滑坡及泥石流的遥感特征，利用这些特征就可以快速判识地质灾害点，极为方便地为输电线路选择安全的场所。另外我们采用遥感技术和地理信息系统技术对走廊带内的工程地质环境进行遥感调查。采用室内遥感解译和野外调查相结合的方式，判别地质灾害体的基本特征并建立预警预报模式。针对崩滑体、泥石流各自的特点，建立相应的监测预警方式。针对崩滑体我们建立了切线角和加速度作为判别依据的监测预警，针对泥石流我们建立了利用临界雨量作为盘踞的监测预警。这样，在建设输电线路前可以先利用遥感影像进行判识，找到地质灾害体的类型，然后在选线的时候尽量避开这些地质灾害体，当实在无法躲避的时候，必须建立监测预警措施，一定要及时防止地质灾害的发生，尽最大努力减轻对输电线路的威胁。

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