遥感技术在改建铁路包兰线地质灾害评价中的应用

2022-09-11

1 概况

改建包兰线正线里程469.305km, 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型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;祁吕贺山字型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

地质灾害体的解译要求空间分辨率高, 影像色调饱和, 地物间反差要, 为能反映这些细节, 主要进行了主成分变换融合。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。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。泥石流堆积区主要位于沟口, 平面常呈扇形体。影像结构粗细间杂, 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。

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, 包括拉张裂缝、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 建议

4.1 盐渍土

盐渍土主要分布于惠农至银川、平汝支线平罗至大武口一带。其中, 银川至惠农段K468+600~K477+800长约9.2km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。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、边坡松涨、溜坍、翻浆等病害。

4.2 泥石流

泥石流是一种突然爆发的含有大量泥沙、石块的特殊洪流。其主要特点是来势迅猛, 破坏力强。它可直接埋没公路、摧毁路基、堵塞或撞击桥涵等建筑设施, 致使交通中断。宁夏段惠农至红果子沟 (K437+750~K 4 3 8+1 0 0) 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, 一般为卵石土、砾石土、和砾石, 末端未形成堆积扇。

在时间分布特征方面:泥石流均水动力类型, 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6~9月份, 其中7~8月月平均降雨量大于35mm。泥石流发育也会集中在6~9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, 建议铁路在各泥石流沟地段采用桥梁的构筑形式通过, 以减小对拟建铁路建成后的危害。

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20m, 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。崩塌和滑坡, 多发生于软硬岩层相间的地层中, 即夹有煤层或粘土层的地层, 其相应的危害情况要比缺失软弱夹层 (比如薄煤层) 或缺失坚硬岩层的地层严重的多。其主要原因在于, 软质地层易于风化, 抗剪强度较低, 又是良好的隔水层, 为滑面的形成提供了良好的地质结构条件。

研究区沿线分布有七处滑坡, 滑坡主要类型为顺层基岩滑坡和松散堆积层滑坡, 为滑面的形成提供了有利的地质结构条件。其中, 青城滑坡位于增建线路里程CK8 60+3 30~CK8 60+5 00段 (青城隧道出口) 左270m处。滑坡体宽71m, 主轴长94m, 平均坡度约43°, 面积6.1×103m2, 平均厚度约5m, 体积约3.1×104m3, 主滑方向为176°。滑坡体后缘出现多条拉裂缝, 长15~40m, 宽10~40cm, 深0.3~1.6m, 稳定性差。由于位于隧道出口处, 浅层滑坡可能会因线路施工而加剧, 建议隧道出口方案采用中桥构筑。

东沟滑坡位于线路里程CK896+385~CK896+440右侧130m。滑坡体宽37m, 主轴长43m, 平均坡度约33°, 面积1.6×103m2, 平均厚度约5m, 体积约8.0×103m3, 主滑方向为46°, 稳定性较差。但滑坡体发育规模较小, 对拟建铁路危害性小。研究区崩塌、滑坡总体发育规模较小, 对拟建铁路危害性小。

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。

摘要：遥感技术在线性工程前期勘测设计中, 具有良好的应用效果, 尤其是在地质、地形条件复杂的地区, 沿线活动断裂带、大型采空区、不良地质等病害的查明、界定是线路方案遴选评价的重要指标。基于遥感影像上的地质灾害具有更明显而独特的标志, 将遥感作为主要技术手段对研究区地质灾害情况进行分析与评价具有高效的现实意义, 并为线路的比选、稳定提供决策性参考。

关键词：改建包兰铁路,遥感,地质灾害