ESORCES,1998Mr,1998塔里木盆地周边地区泥石流(中煤航测遥感局遥感应用研究院,西安710054)本文以MSS图像和TM图像为基本信息源,从影响泥石流灾害形成的自然要素、构造)、地形地貌、植被、水文(河流、冰川、地面物质组成以及泥石流沟的遥感判读入手,结合气象资料分析,对塔里木盆地周边地区泥石流灾害的类型、分布状况、孕育和诱发条件进行探讨,进一步对该区泥石流灾害发育程度进行区划,并对危险区进行预测关键词塔里木盆地泥石流遥感分析前言泥石流是塔里木盆地周边地区比较常见的一种地质灾害.它突发性强,破坏力大,成灾迅13日库车地区的暴雨泥石流,沿库车河急速而下,淹没了库车老城,库车县城被迫迁址重建。1989和田县杜瓦煤矿一场暴雨泥石流夷平了煤矿大部分地面设施和建筑物,摧毁了水电、通讯设。由于塔里木盆地周边地区地域辽阔,自然地理环境恶劣,人迹罕至,所以用常规方法对该区泥石流进行系统的全面调查是难以做到的。以往新疆公路部门和新疆地理研究所等单位只是对少数已发生过泥石流的沟谷,作过一些零星的常规调查和监测1989年新疆公路规划勘查设计院和喀什公路总段曾对中巴公路国内段沿线泥石流的危害、发生原因、防治措施进过分析和初步探讨;中科院新疆地理所、新疆水利厅等单位于1991年协同对新疆天山阿拉沟泥石流也进行过调查;胡汝骥对新疆泥石流的危害作了初步分析和概括随着我国经济建设战略重点向西部地区转移,塔里木盆地及其周边地区自然资源的大规模开发已经拉开了序幕。利用遥感技术快速、宏观、全面的优势,可以在短时间内以较小的人、财力完成全区泥石流灾害的系统调查,圈定出泥石流重点危害区段,从而及时地为国家制订塔里木盆地及其周边地区煤炭、石油、铀矿、钾盐、宝石等资源勘探开发总体规划以及相关基础设施建设提供有关基础资料,为防灾减灾提供决策依据收稿日期:1997塔里木盆地周边地区指塔里木盆地边缘和天山南部、昆仑山北部、阿尔金山北部地区地理条件、太阳辐射和大气环流的影响,该区形成了大陆性很强的暖温带干旱气候。区内各地及日夜冷热差异悬殊,干旱少雨,降雨量分布极不均衡,风力作用强,光热资源丰富,植被稀疏物理风化强烈。降水量分布趋势是,从盆地到山区明显增加,且从西向东减少,迎风坡降雨量多于背风坡。本区总的地势是中间低、四周高,山地与盆地高差大。天山平均海拔塔里木盆地海拔800。昆仑山西段地形变化巨大,山高谷深,主要河流大都横切昆仑山北坡,流向塔里木盆地,流水侵蚀作用强烈;昆仑山东段地区地面起伏小原地貌景观,河流多分布于山区内部。天山东段山间盆地较西段多,河流也较发育。天山雪线海拔高程为。冰川主要集中分布于天山的汗腾格里峰。塔里木盆地周边山区主要河流有孔雀河、库车河、喀什噶尔河、克孜勒苏河、玉龙喀什河、喀拉喀什河、克里雅、喀拉米兰河、若羌河。这些河流主要由大气降水、冰雪融水补给,其河谷地带是泥石流灾害发生的主要场所。按多旋回构造说观点,塔里木盆地及其周边地区可划分出西南天山褶皱系、东昆仑褶皱系、西昆仑褶皱系、塔里木地台四个一级大地构造单元,进一步还可以划分出若干二级构造单元。塔里木盆地周边地区断裂发育,岩石破碎,加之断裂与地震关系密影响泥石流灾害形成的主要因素及其遥感分析泥石流是由大量的土、石块或巨砾等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,属破坏力较大的一种特殊洪流。泥石流的形成必须具备三个基本条件松散固体物质丰富。沟谷地带岩石断裂、褶皱发育,在地震活动、冰川活动、风化剥蚀等内外地质作用共同影响下,形成大量松散固体物质,它们又易形成崩塌、滑坡,在重力作用下有利地形和陡峻的沟谷坡度。沟谷内,谷坡地形陡峻和沟床纵坡坡度较大,有利于松散固体物质与水流的聚集和接触,使之转化成泥石流,并得以迅猛下泻如沟谷的中上游发生强烈暴雨,或有大量冰雪融水,或由于湖泊、水库溃决等形式补给充沛水,借助于有利于地表水汇集的地形条件,使地表水具有强大的动力,以浸润、冲蚀松散固体物上述三个控制泥石流形成的基本条件,又与区域水文、气象、构造、地面物质组成、地形地貌、不良地质现象等因素密切相关,因而泥石流灾害遥感调查的关键,就在于对影响泥石流形成的上述自然因子从遥感图像上进行宏观的综合判读分析。本次工作中采用了SS4组合和TM3、TM5、TM7组合假彩色合成图像。这些图像上,与泥石流灾害形成有关的各种自然因素反映清晰,适合用于泥石流灾害的遥感分析在进行各类泥石流遥感判读前,首先对全区大型断裂、软硬岩层、植被、水系进行了判读冰川泥石流的遥感分析冰川泥石流遥感分析的重点在于从遥感图像上进行冰川和雪被、冰碛物、冰蚀沟谷、泥石流扇的判读。一般冰川分布于高山区沟谷内,在遥感图像上呈白色长条状影像,雪被呈白色冰碛物主要分布于冰川前缘,呈表面结构粗糙的影像冰蚀地貌,如冰斗、粒雪盆可以根据其地貌位臵和形态特征很容易解译出。冰川泥石流沟总的特征是沟短坡陡,源头多见冰川和冰蚀地貌冰斗或粒雪盆)。冰川围谷以下为基岩陡坡,沟谷纵坡高差悬殊。泥石流沟下游多形成大河河谷或宽阔扇形冲积地貌冰川泥石流扇位于冰川泥石流沟下游,遥感图像上呈表面结构粗糙的扇形影像,例如,中巴公路艾尔库然沟就是一条典型冰川泥石流沟,其源头呈古冰川围谷地形,海拔沟段多为坡度38以上的基岩陡坡下方为老泥石流扇形地。该沟段为泥石流流通沟槽。从沟源到盖孜河谷之间全长沟床平均比降29。该沟流域松散固体物质丰富,围谷下部有一条冰川终碛堤,周围还有大量冰川沉积物和以碎石、粗沙等为主的冰冻风化产物冰川堰塞湖溃决型泥石流遥感分析冰川堰塞湖溃决型泥石流遥感分析的重点在于从遥感图像上进行河谷上游两岸冰川川堰塞湖以及冰碛物的判读。当冰川冰舌下延至河谷时,就可形成冰川堰塞湖。遥感图像上冰川往往呈灰白—浅蓝色长舌状影像,与周围山地白色雪被形成鲜明对照,由于冰川中含有大量松散砂砾,因而冰川影像表面可见许多麻点般影像。阻塞河谷的冰川冰舌前端多呈突起的地形影像,冰川消融后则呈现褐色冰碛物影像。根据遥感图像上显示的冰川消融前后的不同色调变化,冰川流动痕迹和冰川动态变化也很容易判读。冰川堰塞湖多位于河谷上游,呈浅蓝色调影像。如叶尔羌河上游支流———克勒青河两岸山谷冰川十分发育,可见多条冰川伸达克勒青河谷,其中克亚吉尔冰川和特拉木坎力冰川已阻塞河道,形成冰川堰塞湖,湖泊蓄水为泥石流形成创造了条件,而冰碛物和河流泥沙沉积则为泥石流形成提供了丰富的松散物质暴雨泥石流的遥感分析暴雨泥石流除与暴雨有关外,主要与地形、第四纪松散堆积物及不良地质现象发育程度有,而且已有泥石流沟及洪积扇也是主要指示标志,因此,暴雨泥石流的遥感分析可以从判读区域地形地貌特征、泥石流沟、第四纪松散堆积物、不良地质现象发育和植被、不同岩土体分布以及洪积扇和干三角洲地貌等入手暴雨泥石流多发地段多为干燥剥蚀山地,并受新构造运动的影响而抬升,通常地形高差,山体比较破碎,沟谷密度达000～1000050～150,流域内呈强烈切割地貌,支沟断面呈狭窄的“V”字形,而主沟断面由于泥石流的切割和填平作用而呈“”字形多呈短小沟谷、涓涓细流常与规模庞大的堆积扇不协调地组合在一起。区内泥石流沟一般为大河两岸的一、二支沟,山坡坡度在6～35,沟床纵坡一般为5～15。泥石流沟的源头和上游地,这里是松散固体物质和地表水流的汇集场所泥石流沟中游地段通常为峡谷,沟床顺直,沟谷形态或宽或沟谷下游地段构成大河宽谷或山麓平原,该地以堆积作用为主,多发育大型堆积扇。在遥感图像上,堆积扇呈现单一或多层次浅色调的扇体影像,有的呈垄岗状影像。泥石流进入主河河谷,可以改变主河流水方向和河谷形态,迫使主河河水流路左右游荡,使原来顺直河道变为迂回曲折的蛇曲状,有时可见泥石流堆积物堵塞河道,形成小型湖泊TM图像上均有清晰显示第四纪松散沉积物可以根据其分布位臵,遥感图像上显示的沉积物分布形态、沉积物色、结构以及其上发育的水系、植被等特征进行判别,如亚砂土主要分布于昆仑山低山带,遥感彩色合成图像上呈表面结构均匀、细腻的浅黄色影像黄土主要分布于天山低山带,遥感彩色合成图像上呈表面结构均匀、细腻的淡黄色影像岩性的判读比较复杂,但根据遥感图像上显示的形态、纹理、水系、色彩、地貌等影像特征可很容易进行岩石软硬和耐风化程度的区分。坚硬岩层如碳酸盐岩、石英岩)分布区地形陡,发育树枝状水系,沟谷深而稀,在遥感图像呈结构致密块状纹理影像软弱岩层分布区则多构成平缓的山体,具有沟谷密而浅的羽状水系和纹理结构细碎的影像特征洪积扇和干三角洲的发育状况可以间接反映区内泥石流的活动历史。遥感图像上洪积扇和干三角洲均呈扇形影像,分布于冲沟或大河河口,其上可见细小水流痕迹影像。两者相比在遥感图像上,大型崩塌、滑坡体可据其分布的地形位臵、特殊堆积地貌形态及色调加以区分活动断层对泥石流的形成也起到孕育和诱发作用,因活动断层容易导致崩塌、滑坡等不良地质现象的发生。在遥感图像上活动断层呈线性影像显示,这些线性影像常表现为色线、阴影线和不同地貌单元的分界线以及水系的变形等通过上述各种因素的遥感解译和综合分析,并结合区域多年降水资料分析,可以圈定暴雨泥石流重点危害区段为提高判读效果,还对部分遥感图像进行了计算机处理。如对161SS图像进行KL变换后,突出了地貌细节,更有利于冰碛物、植被、水源、泥石流沟信息的提取TM图像进行KL变换后,再进行均衡化处理,有利于不同时期洪积扇的区分冰川泥石流的空间分布与活动特点区内冰川泥石流多分布于高山冰川、雪被覆盖区,如天山西部(海拔以上)和昆仑山西部(海拔、库车河、库玛拉克河、玉龙喀什河等河流上游河谷和支沟内,均有冰川泥石流发育。其中盖孜河上游支沟艾尔库然沟及库车河上游冰川泥石流对中巴公路和独月份。若遇连续晴天,在气温不断升高的情,冰川快速融化产生大量冰水,使冰舌末端冰碛物崩溃,并与冰川沿途松散冰碛物和冰冻风化产物混合,快速向下运移,即形成泥石流。积雪融化的水也与冰川泥石流活动密切相关月份气温回升较快,导致积雪大量消融,融化的雪水大部分渗入松散固体物质内对松散物质起着浸润充水作用,到了大量冰川融水渗入,极易激发形成泥石流。由此可见,大气温度升高是冰川泥石流发生的主要控制因子,冰川泥石流一般发生在当地大气出现年极端高温时,或接近最高温度并有所持续时,往往是在烈日炎炎、气温骤升的午后傍晚,最易爆发冰川泥石流由于天山和昆仑山的现代冰川和古冰川都属大陆性冰川,不论是冰川的运动速度,还是冰川侵蚀和堆积作用发育程度(侵蚀堆积物数量),都比不上海洋性冰川,因而冰川泥石流爆发频率比青藏高原东南部山区要少得多冰川堰塞湖溃决型泥石流的空间分布与活动特点冰川堰塞湖溃决型泥石流多分布于叶尔羌河、库玛拉克河、克里雅河上游河谷及其支沟。这些河流上游都发育大规模的现代冰川,当冰川冰舌延伸至河谷,由于冰川及其终碛碛冰碛物阻塞河谷,而形成冰川堰塞湖。冰川堰塞湖溃决型泥石流主要是由于冰川堰塞湖溃,在短期内集中排放大量冰川消融水和河水所致。冰川堰塞湖溃决型泥石流的发生与冰川堰塞湖的生存、消亡和冰川动态变化密切相关。冰川前进则利于堰塞湖泊的生成和维持,否则湖泊消失。随着气候的变暖,冰川退缩,河谷中没有冰川和冰碛物堆积就不会形成堰塞湖温也是诱发“溃决型”泥石流的重要因素,长时间的高温有利于冰雪消融和堰塞湖的水量累积湖水热量的积储也利于冰坝融化和冰坝内水道的开通,进而造成冰坝的溃决。区内冰川堰塞湖溃决型泥石流发生频率比较高,如库玛拉克河谷,该类型泥石流基本每年发生一次暴雨泥石流的空间分布和活动特点暴雨泥石流是塔里木盆地周边地区危害最烈、影响最大、分布最广的泥石流类型。该类型泥石流主要分布于天山南坡、昆仑山北坡、阿尔金山北坡海拔的中低山区的山坡、沟谷、河谷内,分别形成山坡型泥石流、沟谷型泥石流和河谷型泥石流。据遥感调查塔里木盆地周边地区泥石流分布示意图该类型泥石流集中分布于天山南坡的迪那河以及阿尔金山北坡的若羌河等河流的中下游主河谷及其一、二级支沟内暴雨是决定这类泥石流形成的主要因素。由于本区降雨量变化很大,不但年内分配不均而且年际变化比较大。虽然区内年降雨量少,但暴雨占年总降雨量比率很高,一般可达80,加上区内气候干旱、植被稀疏、山体岩石破碎、土质松散、滞水性弱,地表径流形成快所以区内诱发暴雨泥石流的降雨量标准远低于我国湿润、半湿润地区,一般发生短而急促的阵发降水(降雨量在20～50)即可诱发泥石流。此外,与湿润地区相比,在泥石流沟沟床(5～15)和山坡坡降(30)比较小的情况下,即可诱发泥石流。暴雨泥石流活动区的海拔高程比较低,其上界与区内干燥剥蚀作用带和山区暴雨带分布高度相吻合。区内暴雨泥石流活动区与暴雨区分布一致,局地性强。从本区降雨量的历史资料和地貌特征看,暴雨多集中分布在天山南坡库车—铁门关一带和木扎提河所以这些地区易发生暴雨泥石流。区内暴雨泥石流既有稀性泥石流,也有粘性泥石流。粘性泥石流主要发育于黄土和亚砂土分布的地区。区内泥石流的另一个活动特点是再现周期长发生频率低,但每次活动规模大,能量高。区内各类泥石流分布参见图泥石流灾害危险程度区划的原则泥石流危险程度区划就是根据区内泥石流相对危害强度和影响泥石流发育的各因子发育程度圈划出不同危险程度的分区。为了合理地进行区划,确定了以下四项区划原则相似性原则影响泥石流发育的各因子综合指标应该相近,即同一等级泥石流危险区域完整性原则在同一个自然地理单元内,各处泥石流发育程度虽然有一定差异但为了保证区划的完整性,仍将其划为同一等级危险区。分区边界应为不同地貌单元、气候、水系流域的分界,分区内部自然地理环境应当基本一致综合性原则如前所述,影响泥石流发育的因素很多,涉及地质、地貌、水文、气象被等方面。因而单纯考虑某一因子既不全面,也不合理,具有很大局限性。因而要根据遥感判读结果综合分析主导因子原则影响泥石流发育的各种因子所起的作用各不相同,在综合分析确定与泥石流发育有关的因子以后,还需进一步确定主导影响因子,查清主次因子之间的关系塔里木盆地周边地区泥石流灾害危险程度区划根据以上四条原则,将塔里木盆地周边地区,以十二条河流流域分水岭为界,划出十三个自然分区,然后以泥石流沟为主导因子,根据区内25坡地面积百分比、分区内地形最大高、洪积扇发育情况、植被覆盖率、岩石类型及耐风化程度、构造及不良地质现象发育程度散物质储量、年降水量、年月平均降水量变差系数、冰川雪覆盖面积百分比等遥感调查数据及气象数据,划分为四个等级进行评分,最后累计分区的各因子分值,确定各分区泥石流灾害危〃46险程度。现将四个等级评分过程简述如下级震区震区丰富评分按等级设定分数,第一等级为基础分,第二等级依据各因子对泥石流活动影响大小的权重计分,第三等级按权重数的倍计分,第四等级按各因子权重数的倍计分,区内各泥石流影响因子四级评分结果见表。各影响因子权重确定,其中泥石流沟权重为,其它因子权重为。考虑到干旱区自然特点,适当提高气象、水文因子的权重。人类影响程度较小,不参加评分,其中年平均降水量变差系数计算公式如下据综合评分结果,将区内各地泥石流危险程度划分为极严重危险区、严重危险区、中等危因素主导因子泥石流沟密度3016较密集30～20较稀疏20～1025坡地面积百分比80冲沟极发育50～80冲沟发育20～50冲沟较发育20冲沟不发育植被因素植被覆盖率地质因素岩石类型及耐风化程度大型断裂控制全区不良地质现象崩塌、滑坡等灾害严重崩塌、滑坡发育、人工堆积物丰富因素年降水量150100～15050～10050年平均月降水量变差系数冰川雪被覆盖面积百分比塔里木盆地周边地区泥石流危险程度区划图险区、轻微危险区四个等级80为极严重危险区60为严重危险区45为中等危险区轻微危险区。塔里木盆地周边泥石流灾害危险程度区划结果见图根据泥石流和影响泥石流发育其它环境要素,如地质、构造)、地貌、植被、水文(河流、冰川的遥感判读,可以宏观、快速、经济地进行大区域泥石流灾害的调查塔里木盆地周边地区泥石流类型主要有冰川泥石流、冰川堰塞湖溃决型泥石流和暴雨泥石流。冰川泥石流主要分布于天山、昆仑山高山区,大气温度是这类泥石流发生的主要控制因素冰川堰塞湖溃决型泥石流主要分布于叶尔羌河、克里雅河、库玛拉克河上游,它的发生与冰川堰塞湖的生存、消亡和冰川动态变化相关暴雨泥石流分布,多发生在中低山带,暴雨是其诱发因子。区内泥石流既有稀性泥石流,也有粘性泥石流根据遥感判读结果,结合气象资料分析,按照相似、相异原则及区域完整性原则、综合性原则、主导因子原则,通过专家综合评分,可以对区内泥石流灾害进行危险程度区划新疆地理学会.新疆地理手册.乌鲁木齐:新疆人民出版社,1990天山南坡玛拉克河冰川阻塞湖爆发洪水及其对河流水情的影响.水文,1993干旱区暴雨泥石流活动特征分析.干旱区资源与环境.1991新疆综合考察丛书.新疆地貌,北京:科学出版社,1978〃48新疆境内的泥石流.干旱区地理,1991,14REMOTESENSINGNTERPRETATIODROCFLOWHAZARDSRRONDTARIMBASIXINJIANG,HINAMYbZhngGnhRetesensingpltinerphtgretryReteensing710054)AbsttTkingrpsiteigeryseshisppersstdyingdistribtistttrsdkflhzrdssrrndingreheTribsininterprettintrtrshteriststextns)gephlgyriverdistribtintrlhefdkflretesensingigeryhehzrdsintensitiesdkflhisrehvebeelssifiedevlted.KeyrdsMdkflRetesensingnlysisTribsin第一作者简介1965年生,1986年毕业于山西矿业学院地质系,1989年在西安矿业学院获硕士学位,现从事环境地质、遥感地质、地理信息系统等方面研究工作(上接第53hispperhethrstkehengneCitHeilngjingPrviehele50000TMrpsiteigehitresentsittipringithistrydthedynchngesit2tihisrehethrslsnlyserbbilithhelndyphngesheresltKeyrdsdetilDynchngespervisiRetesensing
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