一种基于流域划分的冻土调查的地质评估方法与流程

1.本发明涉及地质评估技术领域，具体为一种基于流域划分的冻土调查的地质评估方法。


背景技术：

2.冻土是指土壤温度保持0℃以下并出现冻结现象的土壤或岩层。根据冻结时长，冻土一般可分为短时冻土(short-time frozen ground)(数小时/数日以至半月)，季节冻土(seasonal frozen ground)(半月至数月)以及多年冻土(permafrost)(又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。
3.冻土的变化直接影响着高原水资源、植被、湿地等资源环境要素，对资源环境承载力起着重要作用。而且，冻土变化将对高原湖泊水体、湿地、植被等自然资源环境要素产生深远影响，这些变化还可以通过大气圈和水圈产生广域效应，进而和南极、北极变化协同联动，影响全球气候变化和水循环。同时，也会导致包括地质灾害在内的自然灾害的形成和危害、区内冻土工程地质条件等产生改变。由此，对冻土及其变化的调查监测研究对应对全球气候变化的保护行动极为重要，加快冻土的调查监测也是资源管理的迫切需要。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于流域划分的冻土调查的地质评估方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于流域划分的冻土调查的地质评估方法，包括以下步骤：
6.s1、资料收集：系统收集已有多年冻土区的成果资料；
7.s2、区域划分：按流域划分工作区，根据各流域冻土分布特征结合人类工程活动情况划定调查区；
8.s3、遥感解译：采用2.0m分辨率的高分一号遥感数据，分为室内解译与野外验证两个阶段，对调查区分布的热融灾害类型予以识别；
9.s4、现状调查：针对调查区遥感解译圈定的冻土消融退化引发的热融滑塌、融冻泥流、热融湖塘在内的地质灾害进行实地调查复核；
10.s5、隐患点排查：收集并分析冻土消融退化引起的地质灾害隐患点已有的调查成果和卫星解译资料，实地排查经遥感解译出的地质灾害点；
11.s6、综合评价：将全区定性划分出地质灾害高易发区a、中等易发区b、低易发区c三种。
12.进一步优化本技术方案，所述步骤s1中，成果资料包括以下具体资料：
13.气象、水文资料：收集当地所在省份近10年气象水文资料；
14.地质背景、水工环地质资料：包括三调、当地所在省份区域水工环地质资料、地质灾害调查、排查资料；
15.多年冻土资料：收集多年冻土调查、科考及监测资料；
16.国民经济建设规划、生态环境建设规划；
17.城镇、水利水电、交通、矿山的工农业建设工程资料。
18.进一步优化本技术方案，所述步骤s2中，区域划分时，以较大流域为单元划分调查区，将流域单元内居民点、牧场、重要交通干线、重大工程设施、军事设施密集分布区为重点进行调查。
19.进一步优化本技术方案，所述步骤s3中，基于步骤s1收集的成果资料的基础上，收集调查区相关影像数据作为基准数据；其次，利用gs与gis相结合的技术手段，采取遥感数据与多源数据相结合、计算机自动信息提取与人机交互解译相结合、室内综合研究与实地调查相结合的方法，在envi、erdas、mapgis、arcgis的软件平台支持下，完成遥感解译与相关信息提取、分析工作，开展调查区热融灾害综合分析研究，并形成系列成果图件，编写成果报告。
20.进一步优化本技术方案，所述步骤s4中，通过实地调查复核其分布范围、规模、结构特征、影响因素、稳定性，引发因素，并对其稳定性、危害性及潜在危害性进行评价。
21.进一步优化本技术方案，所述步骤s4中，调查区遥感解译圈定的冻土边界时采取基于多源遥感监测数据的融合技术反演地表温度，实现不同空间尺度条件下冻土分类的自动提取。
22.进一步优化本技术方案，所述圈定冻土边界的方法具体包括以下步骤：首先，利用modis全年温度产品数据集，结合地表覆盖类型数据，使用ttop模型反演得到1km空间分辨率的冻土分布；然后对landsat数据源采取psc反演算法获得30m空间分辨率的地表温度数据；针对冻土不同区域的实际生产需求，对冻土边缘区域进行局部细化处理，通过对多源多尺度数据的融合处理，实现大尺度精细化的冻土分类与制图，从而圈定冻土边界。
23.进一步优化本技术方案，所述步骤s4中，现状调查的工作方法包括以下内容：
24.1)采用手持gps现场定点，采用穿越法与追索法相结合的方法对分布范围、发育特征、补给、排泄、退缩情况进行现场调查；
25.2)面上调查路线宜垂直岩层与构造线走向以及地貌变化显著的方向进行穿越调查；点上对热融滑塌、融冻泥流、热融湖塘采用追索法调查；
26.3)观测路线与观测点的密度根据地质条件的复杂程度、危害对象的重要性以及地质灾害点的密度进行布置；
27.4)对于地质灾害点较稀少的区段，可视具体情况做地质环境条件控制性定点调查；
28.5)对于同类群发地质灾害，不得将相邻的灾害体合定为一个观测点；对于同一地点存在的不同类型地质灾害，以主要灾害类型为主只定一点，做好其他类型灾害的记录；
29.6)野外调查记录按照调查表规定的内容逐一填写，并用野外调查记录本做沿途观察记录，附必要的示意性平面图、剖面图或素描图以及影像资料。
30.进一步优化本技术方案，所述步骤s5中，隐患点排查包括：排查拟查遥感解译出的冻土消融退化引起的地质灾害隐患点资料的准确性和完整性；针对地质灾害隐患点变形情况，重新评估危险区范围及灾害程度；针对地质灾害危险区范围和威胁对象，判断地质灾害体稳定性、发展趋势及危害程度。
31.进一步优化本技术方案，所述步骤s6中，地质灾害易发区划分是在冻土消融退化引发的地质灾害遥感解译及排查结果的基础上，结合全区地质灾害形成、发育的地质环境条件，发育现状、人类工程活动强度的因素。
32.与现有技术相比，本发明提供了一种基于流域划分的冻土调查的地质评估方法，具备以下有益效果：
33.该基于流域划分的冻土调查的地质评估方法，通过按流域划分工作区，根据各流域冻土分布特征结合人类工程活动情况划定调查区；并采用地面调查技术手段，对冻土动态变化尤其是成灾前兆进行全面调查评估、风险源识别和监测预警，积极主动防范冻土消融退化引发的地质灾害。
附图说明
34.图1为本发明提出的一种基于流域划分的冻土调查的地质评估方法的流程示意图；
35.图2为本发明在实施例应用中的热融滑塌影像；
36.图3为本发明在实施例应用中的融冻泥流影像及实地照片；
37.图4为本发明在实施例应用中的热融湖塘影像。
具体实施方式
38.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.实施例一：
40.请参阅图1，一种基于流域划分的冻土调查的地质评估方法，包括以下步骤：
41.s1、资料收集：系统收集已有多年冻土区的成果资料。
42.其中，成果资料包括以下具体资料：
43.气象、水文资料：收集当地所在省份近10年气象水文资料；
44.地质背景、水工环地质资料：包括三调、当地所在省份区域水工环地质资料、地质灾害调查、排查资料；
45.多年冻土资料：收集多年冻土调查、科考及监测资料；
46.国民经济建设规划、生态环境建设规划；
47.城镇、水利水电、交通、矿山的工农业建设工程资料。
48.s2、区域划分：按流域划分工作区，根据各流域冻土分布特征结合人类工程活动情况划定调查区。
49.其中，在区域划分时，以较大流域为单元划分调查区，将流域单元内居民点、牧场、重要交通干线、重大工程设施、军事设施密集分布区为重点进行调查。
50.s3、遥感解译：采用2.0m分辨率的高分一号遥感数据，分为室内解译与野外验证两个阶段，对调查区分布的热融灾害类型予以识别。
51.其中，基于步骤s1收集的成果资料的基础上，收集调查区相关影像数据作为基准
数据；其次，利用gs与gis相结合的技术手段，采取遥感数据与多源数据相结合、计算机自动信息提取与人机交互解译相结合、室内综合研究与实地调查相结合的方法，在envi、erdas、mapgis、arcgis的软件平台支持下，完成遥感解译与相关信息提取、分析工作，开展调查区热融灾害综合分析研究，并形成系列成果图件，编写成果报告。
52.s4、现状调查：针对调查区遥感解译圈定的冻土消融退化引发的热融滑塌、融冻泥流、热融湖塘在内的地质灾害进行实地调查复核。
53.其中，通过实地调查复核其分布范围、规模、结构特征、影响因素、稳定性，引发因素，并对其稳定性、危害性及潜在危害性进行评价。
54.其中，调查区遥感解译圈定的冻土边界时采取基于多源遥感监测数据的融合技术反演地表温度，实现不同空间尺度条件下冻土分类的自动提取。所述圈定冻土边界的方法具体包括以下步骤：首先，利用modis全年温度产品数据集，结合地表覆盖类型数据，使用ttop模型反演得到1km空间分辨率的冻土分布；然后对landsat数据源采取psc反演算法获得30m空间分辨率的地表温度数据；针对冻土不同区域的实际生产需求，对冻土边缘区域进行局部细化处理，通过对多源多尺度数据的融合处理，实现大尺度精细化的冻土分类与制图，从而圈定冻土边界。
55.(1)方案设计建立日均lst经验模型，即使用多元线性回归，在构建modis lst观测值时分配不同的权重。
56.(2)使用改进后的单通道算法，得到landsat温度反演的结果，其空间分辨率较高，并且可以实现长时序精细化的反演。
57.(3)相较常规单一使用modis数据进行冻土范围估算成果，方案设计利用多源多尺度rs数据融合技术，拟实现生成地区大尺度精细化冻土产品。拟采用对大范围冻融地区采用modislst地温数据，以满足大部分应用需求，在冻土边缘地区利用landsatlst数据对其进行细化处理。
58.(4)在ttop模型中，输入基础数据modislst、landastlst和土壤导热系数等，剔除冰川覆盖区域，通过二值分类得到多年分布图。
59.更进一步的，现状调查的工作方法包括以下内容：
60.1)采用手持gps现场定点，采用穿越法与追索法相结合的方法对分布范围、发育特征、补给、排泄、退缩情况进行现场调查；
61.2)面上调查路线宜垂直岩层与构造线走向以及地貌变化显著的方向进行穿越调查；点上对热融滑塌、融冻泥流、热融湖塘采用追索法调查；
62.3)观测路线与观测点的密度根据地质条件的复杂程度、危害对象的重要性以及地质灾害点的密度进行布置；
63.4)对于地质灾害点较稀少的区段，可视具体情况做地质环境条件控制性定点调查；
64.5)对于同类群发地质灾害，不得将相邻的灾害体合定为一个观测点；对于同一地点存在的不同类型地质灾害，以主要灾害类型为主只定一点，做好其他类型灾害的记录；
65.6)野外调查记录按照调查表规定的内容逐一填写，并用野外调查记录本做沿途观察记录，附必要的示意性平面图、剖面图或素描图以及影像资料；
66.7)图上观测点定位符合下列规定：
67.a.凡能在图上表示出面积和形状的灾害地质体，均应在实地勾绘在手图上，不能表示实际面积、形状的，用规定的符号表示。
68.b.热融滑坡点定在滑坡后缘中部，冻融泥流点定在堆积区顶部。
69.c.所有的调查点均采用gps和微地貌相结合的方法定位，定位误差不得大于10m；
70.8)工作中充分应用遥感、gis、无人机航测等先进技术，以提高工作效率和高科技含量。
71.s5、隐患点排查：收集并分析冻土消融退化引起的地质灾害隐患点已有的调查成果和卫星解译资料，实地排查经遥感解译出的地质灾害点。
72.其中，隐患点排查包括：排查拟查遥感解译出的冻土消融退化引起的地质灾害隐患点资料的准确性和完整性；针对地质灾害隐患点变形情况，重新评估危险区范围及灾害程度；针对地质灾害危险区范围和威胁对象，判断地质灾害体稳定性、发展趋势及危害程度。
73.其中：
74.a.排查冻土退化引发地面沉陷的变化情况，包括沉陷有无变深、沉陷坑壁有无坍塌现象发生及裂缝产生等。
75.b.排查冻土退化引发地面沉陷的影响范围和威胁对象，分析地面沉陷的发展趋势。
76.c.更新完善地面沉陷调查资料，包括野外调查表和数据库等，提出防治对策建议。
77.s6、综合评价：将全区定性划分出地质灾害高易发区a、中等易发区b、低易发区c三种。在遥感解译资料的基础上，对热融湖塘的面积、湖水深度、补给、威胁对象及其稳定性(易发性)、危害性(灾情)及潜在危害性(险情)等进行调查评价。
78.其中，地质灾害易发区划分是在冻土消融退化引发的地质灾害遥感解译及排查结果的基础上，结合全区地质灾害形成、发育的地质环境条件，发育现状、人类工程活动强度的因素。
79.实施例二：
80.基于实施例一所述的地质评估方法进行应用，多年冻土区由于气候变暖，多年冻土区退缩的形成多种地质灾害，主要有热融滑塌、融冻泥流、热融沉陷、热融湖塘和冻胀丘等。在本实施例中，遥感解译主要对调查区分布的以上热融灾害类型予以识别。
81.a.热融沉陷：土层的强烈冻融，使地表下沉，从而引起塌陷。影像上分布于高海拔地区，形成类似塌陷的负地形，影纹粗糙，与周围形成明显界线。
82.b.热融滑塌：热融使土体的平衡状态发生改变，当这种作用发生在斜坡地区时，便可产生滑坡、崩塌；而在土层融化成为液态时，则形成泥流。影像上热融滑塌形状极不规则，主要呈支岔状、长条状、多头舌状分布，长度从几十米到几百米不等，由于热融滑塌体深度较浅，在0.5-5.0m之间，在影像上主要表现为滑塌后暴露的泥炭层，颜色呈深灰色，反射率低，与周围植被反差大，轮廓比较明显，如图2所示。
83.c.融冻泥流：冻融使土体的平衡状态发生改变。当这种作用发生在斜坡地区时，便可产生滑坡、崩塌；而在土层融化成为液态时，则形成泥流。给工程建设造成了很大危害，甚至造成了人身伤亡。遥感影像上成不规则形分布，类似冰水堆积物，表面粗糙，如图3所示。
84.d.热融湖塘：是由自然或人为因素引起季节融化深度加大，导致地下冰或多年冻
土层发生局部融化，地表土层随之沉陷而形成热融沉陷，积水后形成的湖塘。热融湖塘又称热喀斯特湖，广泛分布在冰缘地区。湖塘的影像形状不规则，轮廓明显，水面呈像与河流水面相似，色调一般较均匀，如图4所示。
85.e.冻胀丘：是由于地下水受冻结地面和下部多年冻土层的遏阻，在薄弱地带冻结膨胀，使地表变形隆起。
86.本发明的有益效果是：
87.该基于流域划分的冻土调查的地质评估方法，通过按流域划分工作区，根据各流域冻土分布特征结合人类工程活动情况划定调查区；并采用地面调查技术手段，对冻土动态变化尤其是成灾前兆进行全面调查评估、风险源识别和监测预警，积极主动防范冻土消融退化引发的地质灾害。
88.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
89.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。