帕里河发源于印控克什米尔山区, 流经我国西藏自治区西端扎达县后, 下游进入印度境内^[4]。我国境内帕里河长约152.08 km, 其中界河段12.2 km, 境内流域面积约2 730 km²。调查区位于喜马拉雅山脉西段, 山高谷深, 最高山峰海拔6 790 m, 最大高差达3 790 m; 属高原亚寒带干旱季风气候区, 年降水量50~100 mm, 年平均气温< 0 ℃。

调查区内人烟稀少, 只在下游有楚鲁松杰村及数个村民点; 无公路, 须经扎达翻越5 767 m的波博山口才能到达调查区(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 帕里河调查区自然环境示意图[4]Fig.1 Sketch map for physiographical environment of Pali River survey area[4]

2004和2005年夏, 帕里河发生滑坡坝溃决灾害, 《西藏自治区札达县帕里河堰塞湖溃决灾害应急调查报告》称: “ ……2004年6月22日, 西藏自治区扎达县曲松乡楚鲁松杰村上游帕里河发生山体崩塌, 造成河流堵塞形成堰塞湖; 2005年6月8日, 堰塞湖左岸山体再次发生崩塌, 堵塞原坝溢流口, 湖面水位上升; 6月26日10时, 堰塞湖坝体发生溃决, 下泄洪水量达3 420余万m³, 给楚鲁松杰村带来了巨大的损失且灾害波及印度境内帕里河流域。”

对于这次发生在中印边界附近的滑坡坝溃决灾害, 印方反映强烈, 曾几次为帕里河堰塞湖事件照会中国外交部。

中国政府对帕里河灾害高度重视, 西藏自治区先后派出多个工作组克服难以想象的交通困难, 赴滑坡地点进行现场调查。国家遥感中心及时组织水利部遥感中心、中国科学院遥感应用研究所、国家卫星气象中心等单位利用多种卫星遥感影像对该地区的堰塞湖水面变化情况进行监测。但以上努力未能查明滑坡情况。2005年7月中国地质调查局根据国土资源部的部署, 委托中国国土资源航空物探遥感中心(以下称航遥中心)开展此项工作。航遥中心组织了以笔者为项目负责的“ 西藏帕里河滑坡卫星遥感调查项目组” , 立即投入调查。这是一项涉及边境外交事务的灾害与地质环境遥感调查任务, 中印双方都急等着具体结果, 时间紧, 要求高, 对数字滑坡技术是一次考验。

2.3.1 信息源

在这样的山高谷峡、极度寒旱、人迹罕至、从未做过地面调查工作的地区, 遥感资料是唯一可能获取的反映地表实况的信息源。为满足不同详细程度、不同时间滑坡调查变化的需求, 本调查收集了地面分辨率分别为0.6 m、1 m、2.5 m、5 m、10 m和250 m, 自滑坡前2003年10月至滑坡后2007年9月获取的21个时相的卫星数据(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 用于监测帕里河滑坡的8个时相卫星影像Fig.2 Eight multi-temporal satellite images for monitoring Pali River Landslides from 2003 to 2007

在几何精纠正和地理配准中使用的数据包括: ①国家地理信息中心提供的境内部分地区的1:5万地形数据; ②根据美国早年测绘的地形图放大的境外部分地形数据; ③日本卫星ASTER立体像对; ④1 m分辨率的美国OrbView卫星影像数据。

同时, 以成都地质矿产研究所2004年取得的1:25万青藏高原区域地质调查成果为本调查的地质环境信息源。

2.3.2 “ 解译基础” 建立

“ 解译基础” 由遥感、数字摄影测量、地理信息系统技术整合形成, 是数字滑坡技术的最基础部分。它是用于识别滑坡, 能定位、定量获取滑坡及其发育环境信息, 由多层图像、图形构成的组合; 它将滑坡调查区所有的遥感与非遥感信息源整合成一个数字的、经过几何精纠正的、相关信息在同一地理坐标控制下配准的数据集合。

在获取上述信息源后, 经数字化、图像融合、几何纠正与地理配准等图像处理步骤, 形成重点调查区1:1万和全调查区1:5万2种不同精度的解译基础。以此为基础, 可实现精细的滑坡遥感解译及时空分析。

2.3.3 遥感解译和时空分析

遥感解译就是在滑坡地学理论指导下, 通过人机交互方式将解译基础中各图像的色彩、色调、形态、阴影等信息特征还原成滑坡地学特征的过程, 包括识别滑坡和获取其岩性、构造、类型、形态、规模等特征信息。滑坡时空分析则是在图像解译的基础上, 利用解译基础提供的空间和时间信息, 借助于GIS技术分析计算, 进一步了解滑坡空间分布及随时间变化的特征。

2.3.4 模型建立

基于数字滑坡技术, 根据不同的服务目的, 建立应用模型。滑坡模型的各项参数主要由数字滑坡技术获取。对于帕里河滑坡调查, 建立了滑坡灾害预测预警模型(图3)。

图3

Fig.3

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	图3 帕里湖滑坡灾害预测预警模型(帕里湖湖面变化卫星监测曲线)Fig.3 Early warning model of landslide hazard prediction in Pali Lake(Change of Pali Lake area from satellite monitoring)

(1)准确、快速获得滑坡信息。获取了滑坡位置、形态、活动性质和规模信息, 分析了滑坡形成条件, 并明确指出该滑坡近期不会有大的活动。

(2)查明了滑坡堰塞湖的性质, 计算了可能下泄的洪水量。堰塞湖的特征与下游灾害直接相关, 本调查通过遥感解译与时空分析对该湖进行了较深入的研究, 确定帕里湖为一逐渐萎缩的高原山地湖盆(图4), 有多级阶地发育。量测了各级阶地高程和湖盆面积, 估算了阶地形成年代(表1)。

图4

Fig.4

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	图4 帕里湖萎缩的历史变迁Fig.4 Evolution of Pali Lake shrink

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 帕里湖阶地与所处年代分析简表 Tab.1 Abridged table for Pali Lake terrace and geological time 阶地级别 平均高程/m 面积/km2 距今(约)时间/a 漫滩 3 870 1.29 现代 I 3 900 2.13 1 500 II 3 970 4.48 5 000 III 4 000 6.22 6 500 IV 4 020 7.28 7 500 V 4 060 9.10 9 500 注: 以海拔3 870 m为基底, 以抬升平均速率2 mm/a计算阶地年代。

表1 帕里湖阶地与所处年代分析简表 Tab.1 Abridged table for Pali Lake terrace and geological time

根据精确配准的2003— 2007年不同时相卫星影像(图5), 求得各水位的湖水量(表2)。计算出水位从3 907 m(卫星监测最高)降至3 870 m(卫星监测滑坡后最低)时, 泄出水量约3 738万m³(即下泄洪水量), 此数据与下游实测洪水量相近。

图5

Fig.5

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	图5 2003— 2007年帕里湖湖面变化高分辨率卫星监测示意Fig.5 Sketch map for high resolution satellite monitoring of Pali Lake surface changes from 2003 to 2007

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 帕里湖各水位面积及蓄积量 Tab.2 Surface area and water capacity of Pali Lake in different time 帕里湖水位/m 湖面积/km2 蓄积量/m3 3 907.0 1.75 61 443 163 3 900.0 1.62 49 742 540 3 883.5 1.49 24 015 357 3 875.0 1.16 12 362 268 3 870.0 0.86 7 358 240

表2 帕里湖各水位面积及蓄积量 Tab.2 Surface area and water capacity of Pali Lake in different time

(3)进行了滑坡灾害预测预警。帕里河滑坡灾害主要表现为帕里湖溃坝造成的下游洪水灾害, 故灾害预测预警须认识堰塞湖形成至溃坝的特征。图3曲线反映了帕里湖从2004-06-22滑坡发生前— 滑坡坝堵河形成堰塞湖— 溃坝成灾— 恢复稳定的卫星监测湖面全过程。由于水陆交界是遥感最易识别的边界, 故以湖面积为卫星监测对象。

分析图3曲线, 可确定帕里湖的正常水位及预警水位时的湖面积, 并确定到达和维持各水位面积的时间: 即帕里湖旱季的正常湖面面积约为0.86 km², 汛期正常湖面面积为1.1~1.2 km², 滑坡坝溃决前湖面积为1.75 km²。

卫星监测表明, 滑坡发生后22 d湖水才从正常湖面开始上涨, 又过53 d湖面积到达1.6 km²以上, 在此高水位湖面积维持了10个月零10 d才缓慢上涨至1.75 km²最高水位, 然后溃决。所以确定湖水面积1.6 km²为预警湖水位。

综上所述, 本项目于2005年7月下旬启动, 由于应用了数字滑坡技术, 同年9月便提交了调查成果, 指出造成2004和2005年堵河事件的滑坡位置、活动性质、滑坡及滑坡堆积坝的方量、堰塞湖的性质及水面定量变化等情况, 阐明帕里河堰塞湖溃决造成的灾害主要在我国境内, 对下游河谷的灾害难以控制, 下游村民防灾应以避让为主。本调查还提出了帕里湖灾害预测预警模型及具体指标。以上成果形成了国土资源部上报国务院的专题报告, 为帕里河流域防灾减灾及解决国际争端提供了重要的基础资料与技术依据^[4]。

2004年9月5日, 四川省东北部的达州市宣汉县天台乡发生特大山体滑坡(图6), 滑坡阻断前河, 形成回水20余km, 最高库容近亿m³的天然水库, 上游五宝镇及天台乡10 000多名群众被水围困。

图6

Fig.6

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	图6 天台乡滑坡地理交通位置示意图Fig.6 Sketch map of geographic and traffic position of Tiantai Landslide

2004年9月下旬, 笔者负责的灾害调查小组, 投入天台乡滑坡遥感调查工作。除了采用上述基本的数字滑坡方法技术外, 根据天台乡滑坡具有滑动速度较低、滑后扰动不激烈等特点, 创造性地提出了“ 同地物点群” 新方法, 分别在滑坡前、后解译基础平台上, 人机交互求得604个滑坡前后的同一地物点, 形成“ 同地物点群” (图7)。

图7

Fig.7

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	图7 天台乡滑坡前后同地物点群示意图Fig.7 Ground feature of same point groups before and after Tiantai Landslide

作为数字滑坡技术衍生的一个新方法, “ 同地物点群” 可定量反映滑坡各部分地表位移的方向及大小, 由此可确定天台乡滑坡的边界、影响范围、滑动方向、滑动距离以及滑动速度等。再结合滑坡前、后数字高程, 获得滑前地表和滑后地表的高程, 从而全方位了解滑坡的空间变化。由“ 同地物点群” 分析表明, 天台乡滑坡为牵引式滑坡。采用数字滑坡技术计算得出滑坡体积为 2 300万m³, 堵塞河床的最高滑坡堆积为28.57 m; 地方单位同时进行的地质勘查工作估算的滑坡方量为2 500万m³, 地质测量获得的滑坡堆积最高为30 m, 验证了利用数字滑坡进行的滑坡规模与最高滑坡堆积计算误差小于10%^[5]。天台乡滑坡各部位地表滑动方向和滑动距离的计算结果如图8所示。

图8

Fig.8

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	图8 天台乡滑坡各部分地表滑动方向(左)和滑动距离(右)计算结果示意图Fig.8 Interpreting result of the earth surface slide direction (left) and distance (right) of each part of Tiantai Landslide