初 禹，張貴達，王少華

（1.中國地質(zhì)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430074；2.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，黑龍江 哈爾濱 150036；3.黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院，黑龍江 齊齊哈爾161006）

塌岸是指江河、湖泊岸坡在地表水流沖蝕、地下水潛蝕及凍融等因素造成岸坡坍塌變形的現(xiàn)象。該地質(zhì)現(xiàn)象幾乎存在于我國所有的江河沿岸。據(jù)統(tǒng)計，我國長江中下游干流河道發(fā)生崩岸險情330處［1］，江西省段典型岸段平均崩塌速率7～10m／a，最 嚴(yán) 重 處 達 數(shù) 十 米［2］。長 江 三 峽 庫 區(qū)2008年庫岸塌岸程度強烈的庫段長117.047km，占庫岸總長25.3%（干支流庫岸總長5 311km）。黃河三門峽庫區(qū)潼關(guān)值三門峽河段1960—1996年塌岸長210km，嚴(yán)重塌岸長145km，平均年塌岸量1 872萬 m3［3］。黃河寧蒙段1958—2008年河岸后退總面積為518.38km2［4］。1997年松花江流域的嫩江、二松及松花江干流的塌岸共計125處，長119.06km［5］。黑龍江和烏蘇里江是中國和俄羅斯的界河，其中黑龍江岸段長1 887km，塌岸約有219處，總長434.41km，每處長0.5～5km，塌岸速率一般為2～15m／a，最大為30～37m／a；烏蘇里江在黑龍江省岸段長771km，塌岸28處，總長83km，塌岸速率一般2～3m／a，嚴(yán)重地段達6～15m／a［6］。呼倫貝爾盟境內(nèi)的中俄、中蒙（中國和蒙古國）界河－額爾古納河和哈拉哈河1995—1996年勘察50處沖刷較嚴(yán)重的地段，其中嚴(yán)重河段14處，每年流失國土3.2～3.5萬m2，年均塌岸大于10m的河段33處，總長達26.8km［7］。發(fā)生在上述界河的塌岸現(xiàn)象造成岸線持續(xù)后退和失穩(wěn)，嚴(yán)重危及河岸附近分布的大量城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村及重要的道路、橋梁、港口等建筑［8］，成為影響國土資源安全、人民群眾生命財產(chǎn)安全的重要地質(zhì)災(zāi)害問題之一。

在上述背景下，本文以中俄界河撫遠縣段為例，以資源一號02C數(shù)據(jù)、SPOT－5數(shù)據(jù)為遙感數(shù)據(jù)源，從遙感技術(shù)調(diào)查的技術(shù)手段出發(fā)，輔以必要的野外實地驗證，開展研究區(qū)我國一側(cè)塌岸地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)狀調(diào)查與動態(tài)變化監(jiān)測工作，以期為塌岸調(diào)查提供新的技術(shù)手段和數(shù)據(jù)源支撐，為當(dāng)?shù)氐乃洞紊鸀?zāi)害的防治工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和建議［9－11］。同時，充分挖掘資源一號02C衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的潛力，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)揮更大的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 研究區(qū)概況

黑龍江省撫遠縣位于三江平原末端，是黑龍江、松花江、烏蘇里江三大河流交匯之處。該縣有209.7km河岸線，沿江分布著撫遠縣縣城、3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、7個自然村等大量的居民地、港口、公路等重要的交通設(shè)施及大面積的耕地等國土資源。由于其所處的特殊地理位置及地質(zhì)條件，造成撫遠縣沿江存在不同程度的塌岸等次生地質(zhì)災(zāi)害。

1.1 地形地貌

研究區(qū)地勢整體低平遼闊，地形由西向東傾斜，沿岸地貌可分為沖積、湖積低平原及沖積泥砂質(zhì)河谷平原。沖積河谷平原主要分布于烏蘇里江河谷，標(biāo)高40～70m，最低海撥34m。撫遠三角洲是兩面臨江，溝河密布的廣闊平原。河曲較發(fā)育，多見心灘、邊灘、汊流、天然堤、牛軛湖、古河道、水泡等微地貌。

1.2 地層巖性

研究區(qū)地層單元相對簡單，沿江地層單元主要為第四系上全新統(tǒng)（Qh2）沖積層、湖沼沉積層。其中沖積層上部為黃土狀粉質(zhì)砂土，呈黃色—灰黃色，厚1～2m，下部為灰黃色砂礫石、礫卵石層，厚5～10m。湖沼沉積層分布于閉流洼地與古河道中，沼澤、湖泡廣布，河網(wǎng)密集，喜水植物繁茂。巖性由淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)砂土、灰黑色腐泥及泥炭堆積層組成，厚1～2m，此層孢粉化石較豐富。

1.3 地表水特征

烏蘇里江是黑龍江右岸的一大支流，并于撫遠三角洲處匯入黑龍江。撫遠縣范圍內(nèi)水域?qū)贋跆K里江下游，典型的平原性河流，河曲發(fā)育，比降小，水流平穩(wěn)，洪水沒有猛漲猛落現(xiàn)象。河寬1 000～2 000m，正常水位平均水深2～5m，洪水期比降1／20 000。這一江段河床擺動頻繁，河道不穩(wěn)定，江岸土質(zhì)疏松，沖淤作用強烈。

1.4 塌岸狀況

研究區(qū)內(nèi)塌岸現(xiàn)象較為嚴(yán)重［12］。由于烏蘇里江干流河床增寬、增深，流量增大，側(cè)蝕作用明顯具有由上游至下游逐漸增強的趨勢。隨著支流匯合，河道裁彎取直，導(dǎo)致河床擺動加大，水量增大，側(cè)蝕作用也變得越強烈。在這一江段出現(xiàn)三個大彎，其中以向東凸的轉(zhuǎn)彎－亮子里轉(zhuǎn)彎最大，也是塌岸現(xiàn)象較為嚴(yán)重的地段之一。據(jù)1999～2002年黑龍江中俄界河塌岸地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查成果報告數(shù)據(jù)顯示，在塌岸較嚴(yán)重地段，塌岸速率1～5m／a，局部地段塌岸速率達5～10m／a。每逢特大洪水一次塌岸達30m，河流側(cè)蝕作用強烈，河床隨之發(fā)生變化［12］。

塌岸發(fā)生時間多處于每年的春季和夏季。由于研究區(qū)沿江地區(qū)多為季節(jié)性凍土，由于凍融作用改變了土體結(jié)構(gòu)，在重力作用下凍土融化后塌岸現(xiàn)象比較普遍，幅度一般小于0.5m。在春夏洪水期，由于江水長時間的浸泡作用，江水回落時的卸荷作用使江岸前緣容易造成塌岸。該類型塌岸多發(fā)生在地勢較低的低漫灘段，汛期江水極易出槽，長期處于江水的浸泡，水深達1～2m。

2 遙感數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

由于烏蘇里江撫遠段位于烏蘇里江的下游，較短時間間隔很難監(jiān)測，岸線變化不明顯，因此，本文采用2012－05－11資源一號02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)（全色波段（hr）空間分辨率為2.36m、多光譜波段（pms）空間分辨率10m）、2005－05－14SPOT－5數(shù)據(jù)（全色波段空間分辨率為2.5m、多光譜波段空間分辨率10m），使用PCI 9.0軟件進行正射校正。

控制點來源于1∶50 000比例尺的地形圖和從地形圖提取的等高線生成的DEM數(shù)據(jù)。正射校正模型采用PCI軟件的有理多項式校正模型，該模型通過采集控制點來計算RPC模型參數(shù)，其實質(zhì)是利用RPC模型擬合嚴(yán)格幾何模型。分別對資源一號02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)多光譜波段（pms）和全色波段（hr）進行正射校正后，采用主成分分析法進行波段融合，完成數(shù)據(jù)的正射處理工作；SPOT－5數(shù)據(jù)采用與資源一號02C數(shù)據(jù)正射校正相同的方法完成圖像的處理工作。

影像正射校正精度評定主要是以野外實測GPS控制點作為檢查點，分別在正射校正后的資源一號02C數(shù)據(jù)和SPOT－5數(shù)據(jù)讀取檢查點坐標(biāo)值，計算其中誤差。中誤差計算公式

式中：RMS為檢查點中誤差，n為檢查點個數(shù)，xi，yi為檢查點在正射影像上的坐標(biāo)值，Xi，Yi為實測GPS控制點坐標(biāo)。

本次工作選取15個GPS實測點作為控制點，評價正射數(shù)據(jù)的校正精度。其中，SPOT－5數(shù)據(jù)的中誤差為2.28m，資源一號02C數(shù)據(jù)的中誤差為2.55m，兩種數(shù)據(jù)之間的中誤差為0.27m。根據(jù)國家1∶10 000數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)生產(chǎn)精度要求，在平原、丘陵地區(qū)DOM地物點相對于實地同名地物點的點位中誤差不大于5m。

3 塌岸地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查方法

由于塌岸具有不易觀測的特性，傳統(tǒng)的依靠單一空間尺度、時相的遙感數(shù)據(jù)建立解譯標(biāo)志進行遙感提取的方式很難準(zhǔn)確、全面地判定塌岸位置，以及獲取塌岸隨時間變化的特征數(shù)據(jù)，如塌岸的長度、塌寬、侵蝕的速率等演變情況。因此，對兩個不同時相的研究區(qū)界河岸線進行遙感監(jiān)測，能夠有效地提取塌岸信息，進而分析塌岸發(fā)育、發(fā)展的規(guī)律（見圖1）。本次塌岸地質(zhì)災(zāi)害信息的提取方式主要是采用對遙感影像進行人機交互解譯與野外實地驗證相結(jié)合的方法，以2005年提取的烏蘇里江岸線為基準(zhǔn)，通過對2012年江河岸線進行監(jiān)測的方式提取侵蝕地段，然后采取野外實地驗證的方式最終確定塌岸地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生地段。

圖1 塌岸提取技術(shù)流程

4 研究結(jié)果

4.1 研究區(qū)塌岸分布現(xiàn)狀

撫遠縣范圍內(nèi)沿烏蘇里江岸線塌岸地質(zhì)災(zāi)害共存在13段。如表1所示，2005—2012年，研究區(qū)侵蝕面積共34.47hm2，年侵蝕率4.92hm2／a。其中，最大侵蝕面積為6.27hm2，最小侵蝕面積為0.5hm2；最大侵蝕寬度為33.3m，最小侵蝕寬度為4.6m；寬度最大侵蝕率為4.75m／a，寬度最小侵蝕率為0.65m／a。其中，中度侵蝕岸段11處（塌岸侵蝕速率1～5m／a），塌岸長度176.6m；輕度侵蝕岸段2處（塌岸侵蝕速率小于1m／a），塌岸長度11.5m。按區(qū)域位置由南向北劃分，塌岸地質(zhì)災(zāi)害地段分布在四合村、海青鄉(xiāng)、抓吉鎮(zhèn)和通鄉(xiāng)江附近。

表1 研究區(qū)塌岸地段侵蝕程度統(tǒng)計

4.2 塌岸類型及資源一號02C數(shù)據(jù)影像特征

結(jié)合塌岸在資源一號02C數(shù)據(jù)影像特征與野外實地驗證結(jié)果，對研究區(qū)內(nèi)塌岸類型及相應(yīng)的資源一號02C數(shù)據(jù)影像特征進行梳理總結(jié)。按塌岸的發(fā)育特征分為：片狀塌岸、條狀塌岸、窩狀塌岸3類。研究區(qū)內(nèi)共調(diào)查塌岸13處，其中片狀塌岸3處，條狀塌岸6處，窩狀塌岸4處。由于塌岸形成過程不同，影像特征也各具特點。結(jié)合資源一號02C數(shù)據(jù)分別闡述3種塌岸影像特征。

1）片狀塌岸。資源一號02C數(shù)據(jù)影像特征主要表現(xiàn)為色調(diào)呈灰白色，江岸邊緣存在狹窄、裙?fàn)畹臑┩浚ㄒ妶D2）。主要發(fā)生在地勢較低、土體較為松軟的低漫灘地段以及江岸的表層；形成過程簡單，塌岸產(chǎn)生的時間較短，長度僅有數(shù)十米。

2）條狀塌岸。由于條狀塌岸多呈斜直立狀，在資源一號02C數(shù)據(jù)特征上主要表現(xiàn)為沿江分布、長條型，亮白色調(diào)，無明顯的灘涂（見圖3）。在研究區(qū)較為普遍，多發(fā)生在沿岸河流流速較快，岸體較為順直的一級階地、高漫灘地段。塌岸長度可達十多米至幾十米。

3）窩狀塌岸。如圖4所示，窩狀塌岸影像特征呈半圓形凹陷于江岸當(dāng)中，具有明顯的弧線型特征，色調(diào)呈亮白色，底部存在狹窄的裙?fàn)顬┩俊Ｔ擃愋退兑?guī)模較大，長度可達數(shù)十米甚至上百米，多發(fā)生于岸體較高、岸坡較陡峭的凹岸段，發(fā)生時間一般出現(xiàn)在枯水期，少數(shù)在洪水期。岸體為一元結(jié)構(gòu)的圓礫層，且分布不均勻。

圖2 片條狀塌岸

圖3 海青鄉(xiāng)附近條狀塌岸

5 結(jié) 論

本次研究采用資源一號02C衛(wèi)星數(shù)據(jù)和SPOT－5數(shù)據(jù)，對撫遠縣烏蘇里江沿岸塌岸地質(zhì)災(zāi)害開展了調(diào)查與監(jiān)測工作，獲取了該地區(qū)塌岸地段分布位置、塌岸的分布類型等現(xiàn)狀情況。根據(jù)該地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和岸坡的物質(zhì)組成等特點，結(jié)合本地區(qū)烏蘇里江河道的特點，分析本地區(qū)塌岸地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的因素。岸坡的物質(zhì)組成和地層地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素與江河的侵蝕、水位的漲落、凍融作用和人為活動等外部因素相互作用，是產(chǎn)生江河塌岸的主要原因。

1）與岸線的物質(zhì)組成和地層結(jié)構(gòu)相關(guān)。研究區(qū)界河我國一側(cè)沿岸岸體土質(zhì)較為疏松，分布較不均勻，抗河流沖擊能力較差。在汛后枯水期，該類型土質(zhì)結(jié)構(gòu)較易被沖刷形成塌岸。從坡體形態(tài)上講，產(chǎn)生塌岸現(xiàn)象的地段多屬于高陡邊坡，極易形成土體江岸的坍塌現(xiàn)象。

圖4 團結(jié)村附近窩狀塌岸

2）江水侵蝕作用。洪水沖刷、侵蝕對塌岸的速率、幅度影響最大，即塌岸的速率取決于洪水發(fā)生的幅度與頻率。洪水越大，塌岸越嚴(yán)重。下游低漫灘段地勢較低，汛期江水對江岸產(chǎn)生浸泡作用，使堤岸土體浸泡，極易造成塌岸。

3）凍融作用。土體江岸在反復(fù)凍結(jié)、融化作用下，原土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在重力作用下產(chǎn)生崩解塌岸。

4）植被影響。研究區(qū)沿河谷分布較多的草本沼澤草甸，且地勢低洼、常年積水或季節(jié)性積水，造成岸體抗侵蝕能力較低，極易形成塌岸。

5）人為活動。研究區(qū)沿江分布眾多的居民地，人類活動頻繁，破壞沿岸岸體的土體結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致江岸侵蝕程度加劇，形成新的塌岸。

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