金沙江结合带高位远程滑坡灾害链式特征遥感动态分析——以白格滑坡为例

黄细超，余天彬，王 猛，朱赛楠，宋 班，刘 文

（1.四川省地质调查院（稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室），四川 成都610081；2.中国地质环境监测院（自然资源部地质灾害技术指导中心），北京 100081）

0 引言

金沙江结合带是一条以强烈挤压为主的活动性断裂带，带内经强烈侵蚀切割形成褶皱高山与深切河谷地貌，岩体结构复杂破碎，软弱岩层发育，流域性特大高位地质灾害频繁发生[1−4]。受复杂地质环境的影响，该区域历史上发生过多起大型滑坡堵江事件[5]，如：特米滑坡、岗达滑坡、王大龙滑坡、旺各滑坡、白格滑坡、昌波滑坡、通错滑坡、上卡岗滑坡、苏洼龙滑坡[6−8]。

白格滑坡位于四川省甘孜州白玉县与西藏自治区昌都市江达县交界处，分别于2018年10月11日、11月3日两次发生特大型山体滑坡，造成金沙江断流并形成堰塞湖[9−10]。2018年10月11日，白格滑坡第一次发生滑动，滑坡体宽450～700 m，纵向长约2 000 m，滑坡体体积约25×106m3，滑坡体堵塞了金沙江上游河段并形成堰塞湖。10月13日，滑坡体堰塞湖自然溢流，堵江风险初步解除。11月3日，白格滑坡体第二次发生滑动，再次堵塞金沙江并形成堰塞湖，新增滑坡体约2×106m3，顺河堆积长约270 m，并掩埋上次堰塞体溃决形成的泄流通道。第二次堵江堰塞体垭口高程约2 966.48 m，较第一次堰塞体高出约36 m[11−12]。通过人工干预治理，白格滑坡堰塞体于2018年11月13日被完全冲开，险情得以解除，但溃泄的洪水对下游四川、云南境内的金沙江干流沿江城镇、已建和在建水电站、道路和桥梁等基础设施造成严重的洪涝灾害[13−15]。

通过采用多期、多源卫星遥感数据和无人机航拍数据，对金沙江结合带白格滑坡两次滑动及滑前斜坡变形特征进行遥感动态解译，查明了白格滑坡的历史变形特征、两次滑动堵江堰塞体的动态变化特征及其发展趋势。此次研究案例非常典型，对金沙江结合带高位远程滑坡灾害链式特征研究具有很好的参考借鉴意义。

1 地质环境条件

白格滑坡所处金沙江河谷为高山峡谷地貌，河谷底部最小宽约50 m，河面高程2 877 m，滑坡区后源高程3 712 m，高差835 m。滑坡区滑前斜坡坡度整体较陡，中部坡度30°～50°，前缘、后部相对较缓，坡度20°～40°，局部0°～20°。

滑坡区地层为二叠纪-早三叠世岗托岩组（PT1g），呈近南北向展布于金沙江结合带中，岩性为灰色绢云石英片岩，中下部夹有薄层石英岩；局部地段含较多的绿泥石、炭质及钙质。滑坡体后部发育区域性波罗-木协逆断层。滑坡区岩层产状为50°∠70°，斜坡为斜向坡（图1）。

图1 滑坡区地质图Fig.1 Geological setting of the study area

2 遥感技术方法

2.1 遥感数据源

白格滑坡区光学遥感信息源包括光学卫星数据、无人机航空影像，共计46期影像。包括滑前28期影像、第一次滑后9期影像、第二次滑后9期影像（表1）。滑前影像分辨率0.41～5 m，第一次滑后影像分辨率0.1～3 m，第二次滑后影像分辨率0.1～0.8 m。可以看出，该区域具有足够的光学遥感数据，能够满足白格滑坡灾害链式特征遥感动态分析。

表1 白格滑坡遥感影像统计表Table 1 Remote sensing image statistics of Baige landslide

2.2 遥感图像处理

通过对上述遥感数据源进行全色与多光谱数据融合，其中滑前影像融合采用12.5 m ALOS-1 DEM，滑后影像融合采用无人机航飞DEM。通过对正射影像数据进行几何精校正、色彩调整和增强、添加地理要素，制作卫星正射影像图。同时，采用无人机航空摄影技术对滑后无人机航空影像数据进行处理，生成核线影像及影像匹配，对原始影像匀光、匀色处理，生成单张正射影像并镶嵌制作正射影像图。通过上述遥感图像处理，获得的白格滑坡多期典型遥感影像图（图2）。

3 遥感解译结果与分析

通过对收集的46期光学遥感卫星数据对白格滑坡进行滑前、滑后多期遥感动态解译。采用2009—2018年的多源光学卫星数据，解译了白格滑坡滑前变形边界、局部拉裂、崩滑破坏的动态变化特征；采用2018年10月12日—2018年11月1日无人机航空影像、卫星影像，对白格滑坡第一次滑后的滑源区、滑坡堆积区、铲刮区、后缘拉裂变形区等进行了详细解译和滑坡分区，同时圈定了白格滑坡后缘拉裂变形分布区域，分析白格滑坡拉裂变形发展趋势；采用2018年11月5日—2019年6月28日无人机航空影像、卫星影像，对白格滑坡第二次滑后的滑源区、堆积区（堰塞体）、铲刮堆积区、铲刮影响区以及拉裂变形区等进行详细解译和滑坡分区，并圈定滑坡后缘拉裂变形分布区域，分析滑坡潜在变形区的特征。通过多期遥感解译，选取了25期典型影像（滑前12期，滑后13期）进行多时相遥感动态解译分析，解译分析结果见表2、表3。

表2 白格滑坡滑前多时相遥感动态解译特征Table 2 Multi temporal remote sensing dynamic interpretation characteristics of Baige landslide before sliding

表3 白格滑坡滑后多时相遥感动态解译特征Table 3 Multi temporal remote sensing dynamic interpretation characteristics of Baige landslide after sliding

3.1 滑前遥感解译

通过分析白格滑坡历史多期影像数据，发现该滑坡从2009年开始便有了明显的变形趋势。下面结合光学影像主要从4个阶段（2009—2011年、2011—2015年、2015—2017年、2017—2018年）来分析滑坡滑前的变形趋势及特征。

3.1.1 第一阶段2009—2011年

根据2009年12月04日—2011年12月25日的遥感影像，可以看出滑坡区早在2009年的时候便存在明显形变迹象（图3）。其滑坡后壁已经基本连通，形成多条拉裂缝和下挫台坎；同时，滑坡中后部发育多处中小型滑塌。该阶段为滑坡早期滑动阶段。

图3 白格滑坡早期滑动阶段滑坡变形特征（2011-03-04）Fig.3 Deformation characteristics of Baige landslide in early sliding stage（2011-03-04）

3.1.2 第二阶段2011—2015年

从2015年2月22日影像发现，2011—2015年滑坡体上变形整体呈稳定变形加大趋势，但未发生剧烈的位移变化（图4）。该阶段为稳定变形阶段。

图4 白格滑坡稳定变形阶段滑坡变形特征（2015-02-22）Fig.4 Deformation characteristics of Baige landslide in stable deformation stage (2015-02-22)

3.1.3 第三阶段2015—2017年

从2017年12月22日影像发现，2015—2017年滑坡变形持续加剧，其滑坡后缘的拉裂缝和下挫台坎以及滑体中部的滑塌范围都在逐渐加大（图5）。尤其是在滑坡后缘，通过高分一号卫星遥感影像，其后缘的滑坡壁清晰可见，滑坡逐渐进入快速变形阶段。

图5 白格滑坡加速变形阶段滑坡变形特征（2017-12-21）Fig.5 Deformation characteristics of Baige landslide in accelerated deformation stage (2017-12-21)

3.1.4 第四阶段2017—2018年

进入2018年，白格滑坡变形持续加剧，多处滑坡变形部位连接成片，尤其是在后缘形成大规模的拉线槽。从2018年8月21日Planet卫星影像上可以看出，此时滑坡的滑源区整体变形十分明显，滑坡后壁发生了较明显的整体下挫，滑源区中部发生了较大规模的滑塌，与滑坡上游侧边界连接在一起（图6）。

图6 白格滑坡剧烈变形阶段滑坡变形特征（2018-08-21）Fig.6 Deformation characteristics of Baige landslide in severe deformation stage (2018-08-21)

3.2 第一次滑动遥感解译

3.2.1 滑坡分区解译

白格滑坡于2018年10月3日整体产生解体失稳滑动，根据2018年10月12日北京二号卫星影像解译结果，滑坡分为滑源区、滑坡堆积区（堰塞体）、右岸铲刮区、左岸铲刮区组成、拉裂变形区等5个区（图7）。滑坡体平均宽约550 m，纵向长约2 200 m，滑坡体体积约35×106m3，其中堰塞体体积24×106～25×106m3，滑源区残留体积8.8×106m3，右岸铲刮区99×104m3，左岸铲刮区25×104m3，滑坡主滑方向82°。滑坡最低点高程2 877 m，位于金沙江河面；滑坡最高点高程3 712 m，位于滑坡体后缘；滑坡体高差835 m。滑源区坡度35°，右岸铲刮区30°，滑坡堆积区（堰塞体）5°，左岸铲刮区22°（图8）。

图7 白格滑坡第一次堵江纵剖面图Fig.7 Longitudinal section of Baige landslide for the first time blocking river

图8 白格滑坡第一次滑动分区图（2018-10-12）Fig.8 First sliding zone of Baige landslide (2018-10-12)

滑源区位于斜坡中上部，宽约600 m，纵向长约890 m，面积约44×104m2，滑源区平均坡度58°（图9）。陡壁附近见局部垮塌、陡壁以上发育拉裂缝，处于不稳定状态。

图9 滑坡滑源区无人机遥感影像（2018-10-12）Fig.9 UAV remote sensing image of landslide source area (2018-10-12)

滑坡堆积区（堰塞体）位于滑坡前部，堵塞金沙江，形成堰塞湖，沿金沙江带状分布。滑坡堆积区宽150～930 m，顺金沙江长约2 200 m，面积约77×104m2；堆积高程2 880 ～3 010 m，平均堆积厚度45 m，堆积体体积24×106～25×106m3。滑坡堆积体由四部分组成：主滑体堆积区（DJT-3）、次滑坡堆积区（DJT-2）、上游堆积区（DJT-1）、下游堆积区（DJT-4）（图10）。

图10 滑坡堆积区（堰塞体）分区图（2018-10-12）Fig.10 Zoning map of landslide accumulation area(weir body) (2018-10-12)

主滑体堆积区（DJT-3）位于堆积区中部，宽约400 m，纵向长约1 250 m，面积35.4×104m2，堆积体平均厚度50 m，堆积体体积17.70×106m3；次滑坡堆积区（DJT-2）位于右岸铲刮区前部，宽约390 m，纵向长约400 m，面积16×104m2，堆积体平均厚度30 m，堆积体体积4.80×106m3；上游堆积区（DJT-1）位于右岸铲刮区前部，次滑坡堆积区（DJT-2）北侧，表部被金沙江河水淹没，根据滑坡滑动方向判断其北侧边界，宽约220 m，纵向长约350 m，面积7.4×104m2，堆积体平均厚度20m，堆积体体积1.44×106m3；下游堆积区（DJT-4）位于主滑体堆积区（DJT-3）东南侧，宽约200 m，纵向长约1 100 m，面积17.7×104m2，堆积体平均厚度6 m，堆积体体积10.6×106m3。

右岸铲刮区位于滑源区和滑坡堆积区之间，少量碎屑物质残留，宽约660 m，纵向长约350 m，面积约19.8×104m2，堆积体平均厚度5 m，堆积体体积99×104m3；左岸铲刮区位于金沙江左岸，是山体滑坡高速冲击、铲刮形成的破坏区，植被被完全破坏，宽约1 200 m，纵向长约420 m，面积约25×104m2，堆积体平均厚度1 m，堆积体体积25×104m3。

3.2.2 滑体厚度计算

滑体厚度的计算主要是利用滑前滑后的DEM作迭代裁剪得到，其中滑前数据采用ALOS-112.5 m DEM，第一次滑后数据采用2018年10月16日无人机航空摄影获取的DEM。首先，将滑坡前后两期DEM数据进行配准到同一坐标系统下；然后，用滑坡范围对两期数据进行裁剪处理，得到滑坡前和滑坡后的滑坡范围内的DEM数据；而后，利用ArcMap软件里的3D Analyst工具下的栅格表面填挖方命令，输入滑前滑后DEM数据，就可以得到一个处理后的新栅格文件；最后，打开得到的栅格文件，点开属性表，里面就有变化的体积和面积等信息，导出属性表，将增加和减少的部分分别相加，就可得到滑坡前后增加和减少的总的面积和体积。

根据各项目片区水土资源状况、农业灌溉方式、生产布局和种植结构等实际情况，把握“内涵发展、适当外延”的论证原则，科学论证项目灌溉方式、水源选择及灌溉面积，核减不合理新增灌溉面积，大力推进对现状灌溉面积的节水改造。项目实施要选取高效节水灌溉技术和设备，提高灌溉水利用效率，加快推行农业灌溉用水总量控制和定额管理制度，在水资源开发利用程度较高的地区严格控制新增灌溉面积，在水资源条件较好的地区可适当新增灌溉面积，力求实现项目区用水总量的零增长或微增长。

第一次堵江滑坡体积计算结果：滑源区滑体体积17.24×106m3，铲刮区堆积体积5.48×106m3，滑坡堆积体体积25.55×106m3（图11）。

图11 白格滑坡第一次堵江滑体等厚度图Fig.11 equal thickness map of Baige landslide for the first time blocking river

3.3 第二次滑动遥感解译

3.3.1 滑坡分区解译

2018年11月3日，白格滑坡后缘正北方向发生再次滑塌形成堵江。根据2018年11月5日，无人机航空遥感影像解译结果，白格滑坡第二次堵江分为二次滑坡滑源区、二次滑坡堆积区（堰塞体）、二次铲刮（堆积）区、二次铲刮区影响区组成、拉裂变形区等4个区（图12−13）。

图12 白格滑坡第二次堵江纵剖面图Fig.12 Vertical section of the second river blocking of Baige landslide

二次滑坡滑源区：纵长约325 m，宽约400 m，面积约为123 143 m2。

潜在滑源区I：位于滑坡后缘左侧，坡向176°，纵长约70 m，宽约80 m，面积约为123 143 m2。

潜在滑源区II：位于滑坡后缘左侧，坡向170°，纵长约170 m，宽约330 m，面积约为47 089 m2。

二次铲刮堆积区：顺坡向，纵长约1 225 m，平均宽约160 m，面积约为200 305 m2。

二次滑坡堆积区：顺河长约1 070 m，面积约为339 800 m2。

3.3.2 滑体厚度计算

同样利用滑动前后的DEM作迭代裁剪得到，其中第二次滑后数据采用2018年11月5日无人机航空摄影获取的DEM。通过计算获得第二次堵江滑坡体积计算结果：滑源区滑体体积1.45×106m3，铲刮区滑体体积6.66×106m3，滑坡堆积体体积8.91×106m3（图14）。

图14 白格滑坡第一、二次堵江滑体等厚度图Fig.14 Equal thickness map of the first and second river blocking sliding mass of Baige landslide

3.4 潜在变形区遥感解译

根据2019年6月28日无人机航射影像，对白格滑坡后缘潜在变形区进行遥感解译。白格滑坡第二次滑后后缘潜在滑源区主要分为三部分，编号分别为Q01、Q02、Q03（图15）。

图15 白格滑坡第二次滑后后缘潜在变形区分布图（2019-06-28）Fig.15 Distribution of potential deformation area at the back edge of Baige landslide after the second sliding (2019-06-28)

图13 白格滑坡第二次堵江滑坡分区图（2018-11-05）Fig.13 Zoning map of Baige landslide for the second time (2018-11-05)

潜在变形区Q01位于滑坡后缘右侧，面积为60 372 m2，估算体积约为1.51×106m3。遥感解译拉裂缝62条，走向以NW—SE向为主，长度在3.6～181.3 m不等；潜在变形区Q02位于滑坡后缘右侧，面积为18 226 m2，估算体积约为36.45×104m3。遥感解译拉裂缝56条，走向以近S—N向为主，长度在2.1～161.7 m不等；潜在变形区Q03位于滑坡后缘右侧，面积为56 890 m2，估算体积约为1.25×106m3。遥感解译拉裂缝96条，走向以NE—SW、NW—SE向为主，长度在5.1～104.3 m不等。可以看出，白格滑坡后缘潜在变形区发育，存在再次失稳下滑的可能性，易造成再次堵江。

4 结论

金沙江白格滑坡所处斜坡在发生滑坡灾害发生前，已存在明显的变形，利用遥感技术可进行多时相遥感动态监测。

（1）根据多源、多期光学卫星影像分析认为：白格滑坡滑动堵江前变形过程经历滑坡早期滑动阶段（2009—2011年）、稳定变形阶段（2011—2015年）、快速变形阶段（2015—2017年）、剧烈阶段（2017—2018年）、破坏阶段（2018年以后）等5个阶段。

（2）根据第一次堵江后光学卫星及无人机航空影像图像遥感分析认为：滑坡分为滑源区、滑坡堆积区（堰塞体）、右岸铲刮区、左岸铲刮区组成、拉裂变形区等5个区。第一次堵江滑坡体积计算结果：滑源区滑体体积17.24×106m3，铲刮区堆积体积5.48×106m3，滑坡堆积体体积25.55×106m3。

（3）根据第二次堵江后光学卫星及无人机航空影像图像遥感分析认为：二次滑坡滑源区、二次滑坡堆积区（堰塞体）、二次铲刮（堆积）区、二次铲刮区影响区组成、拉裂变形区等4个区。第二次堵江滑坡体积计算结果：滑源区滑体体积1.45×106m3，铲刮区滑体体积6.66×106m3，滑坡堆积体体积8.91×106m3。

（4）白格滑坡第二次滑后后缘潜在滑源区主要分为三部分，编号分别为Q01、Q02、Q03，面积分别为60 372 m2、18 226 m2、56 890 m2，体积分别为1.51×106m3、36.45×104m3、1.25×106m3，存在再次堵江风险。