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昆磨公路沿线山地环境地质变化遥感信息及驱动机制研究

袁希平  
【摘要】: 在云南山区公路沿线地带的环境地质灾害中,除了极端状况下出现的以空间局部或点要素形式为特征出现的滑坡、泥石流等山地灾害外,山区公路沿线广泛分布的,以空间面要素形式特性出现的水土流失也是公路沿线地带土地退化与山地灾害的主要表现形式之一,但相对于滑坡、泥石流等极端山地灾害,有关公路沿线山地的水土流失环境地质危害的研究则相对薄弱,相关的系统整体性研究更为少见。 本论文针对云南山区公路沿线环境地质脆弱性的特点,选取具有典型代表意义的昆磨公路沿线山地环境地质变化及其驱动机制为研究对象,基于对环境地质学研究内容及有关方法与理论体系的认识,以昆磨公路沿线地带的环境地质变化遥感信息提取及驱动作用与脆弱性分析评价为研究重点,就LUCC遥感监测与动态变化分析,降雨侵蚀力、地形等自然驱动单要素作用分析,公路本身与沿线居民点等人为驱动作用分析,综合自然与人为驱动作用的公路沿线环境地质脆弱性评价分析等各方面开展了具体而深入地探讨,得出了相应的研究成果。综合而论,可归结为两大方面,一是有关环境地质变化信息的遥感监测处理与分析研究成果,二是有关驱动机制方面的研究成果。其中,驱动机制方面的研究成果又可分为理论性的分析探讨与典型要素的驱动作用深化处理。 在LUCC遥感监测与动态变化分析方面,研究通过遥感图像处理与分类技术应用,获取得到公路沿线地区两个时段的土地利用/覆盖分类信息,通过GIS空间分析,完成变化信息监测技术处理,并基于LUCC转移率矩阵开展了相关的变化特性与规律分析。研究成果包括: 1)借鉴前人在区域资源与生态环境遥感动态监测工作中的经验和方法,提出一套适合于公路沿线地区山地环境地质变化遥感监测的实用化、易于推广的技术方法和工作流程,即遵循从遥感图像预处理到分类体系构建、分类信息提取、分类精度验证评估,以及遥感分类的图形后处理、结果统计与制图的技术方法与流程,该套技术方法在昆磨公路沿线LUCC监测应用中得到效果很好的案例应用验证。 2)提出了针对公路沿线环境地质变化的“3S”集成技术应用方案,即基于GPS进行公路轨迹测量与沿线抽样点的调查、验证,运用遥感图像处理技术开展地表土地利用/覆盖分类信息提取,利用GIS空间分析与统计技术实现变化检测、动态分析与制图表达。 3)从对昆磨公路沿线地带区域的LUCC动态监测结果及转移率矩阵分析得出,研究区在1995~2000年期间经历了明显的地表环境地质状况的动态变化,从总体上看,林地是主要的转出型土地利用类型,而其它类型则为转入型土地利用类型:公路沿线各类型之间的转化关系主要受山地环境本身的制约,转化关系总体相对稳定,所有土地利用类型的转化过程都保持以自我转化与自我贡献为绝对主体;在公路沿线山地环境下,建设用地对耕地的蚕食现象较突出,尤其需要给与特别关注。在驱动机制理论探讨方面,研究成果包括: 1)基于对公路与沿线山地环境的交互作用过程分析,特别是就公路与水文、地貌过程的交互作用,以及块体移动机理等进行了论述; 2)就环境地质变化与干扰驱动、干扰链效应、反馈循环机制、空间扩散效应等进行了分析; 3)研究还从探索性的角度,对公路沿线环境变化及驱动作用的多尺度研究模式进行了剖析,全面揭示了发生于公路沿线环境地质变化的驱动机制。 在单要素驱动作用研究方面,主要就人为驱动作用,降雨侵蚀力作用,地形加速作用,以及植被综合指示作用等进行了深入研究,并就综合多要素评价与环境地质脆弱性空间分异规律进行探索性研究,成果包括: 1)在人为驱动作用分析方面,以昆磨公路沿线10km的综合影响距离水平进行分析,北部路段各县市的人为综合影响程度呈现集中连片的空间模式,而在同样的综合影响距离水平下,随着公路向南部的空间延伸,由元江、墨江、普洱和思茅组成的中段路域,大致呈现以元江与墨江,普洱与思茅这两个相对集中分布的综合影响中心,在最南部路段沿线,城镇分布分散,人为综合影响中心仅分离式地集中在景洪及勐腊两个城镇中心附近。 2)在降雨侵蚀力自然驱动单要素作用方面,得出多年平均降雨侵蚀力的空间分析特点总体为由北向南递增的分布格局,降雨侵蚀力的高值中心分布在普洱-思茅及勐腊一带,侵蚀力水平一般在13000 MJ·mm/(hm~2·h·a),低值中心分布在滇中高原呈贡-晋宁-玉溪-峨山沿线地带,以及元江附近,侵蚀力值一般在5 000 MJ·mm/(hm~2·h·a)左右;在年内变化特性方面,随研究区降雨量年内的明显季节变化,高侵蚀驱动作用也主要集中在雨季月份,高峰期一般集中出现在7月与8月期间;公路沿线降雨侵蚀力的年际变化变异水平、倾向率等都大致以元江为分界点,南部的降雨侵蚀年际变化比北部路段更稳定,北路段降雨侵蚀力呈现增加趋势,而南地段则呈现降低趋势。 3)在地形作用处理研究方面得出:基于DEM的GIS技术运用为公路沿线山地环境地质地形分析与评价提供了强大的空间支持;昆磨公路沿线地带具有比较明显的地形驱动作用空间差异性特点,地形高驱动程度以上的空间分布主要集中在峨山至磨黑路段沿线地带,特别是在峨山至墨江沿线地带最为突出;昆明-峨山路段主要为低驱动程度集中分布地带,磨黑-磨憨路段沿线主要为中、低驱动程度的地形。 4)对NDVI的遥感监测结果得出:昆磨公路沿线植被覆盖率好的区域占比例较大,NDVI数值的分布具有明显的空间分异特性,处于高原面的昆明-峨山公路段沿线,其NDVI数值总体较低;在峨山至墨江路段,NDVI数值分布变化的空间差异较大,特别是在元江附近,在局部小范围内,既有高覆盖植被指数分值出现,也有低覆盖值频繁出现,在局部小区域表现出较大的植被覆盖变化的空间变异特性;在墨江以下路段,植被覆盖数值分布总体较大,说明该路段沿线地带的地表植被盖度相对都比较好。 5)造成公路沿线环境地质变化及脆弱的原因,总体都可以归结于自然因素与人为因素相互作用、彼此叠加的结果。综合考虑多要素驱动作用分析得出,公路沿线环境地质系统整体最脆弱地带出现在墨江、普洱、思茅及勐腊城镇附近公路沿线,中等脆弱地带分布在元江-思茅,以及勐腊附近路段沿线,分布在高原面上及普文-勐仑的路段沿线广大山区,总体处于驱动作用较小,环境地质整体相对稳定的状况。 本论文的创新性首先集中体现在研究构思方面,整个论文的研究内容与技术路线的组织,不但强调关注于传统意义上公路沿线有关滑坡、泥石流等局部不稳定性山地灾害环境地质问题的探讨,而且更突出强调从区域景观尺度上,将山区公路线形工程与沿线环境地质视为一个完整的环境系统,就其系统的整体不稳定性问题,从其变化动态、驱动机制与主要驱动要素作用等方面进行深化探讨,这对于公路沿线环境地质研究具有开拓性的意义。其次,论文研究针对人为驱动作用研究难于直接定量化进行的问题,通过GIS应用技术创新,实现驱动作用的空间距离转换,将影响程度问题转换成可度量的空间扩散距离问题,定位、定量探讨相应的人为驱动作用,实现了人为驱动力研究的可量化处理,并可参与自然要素的综合评价研究。另外,论文还具有知识应用创新性地将区域土壤侵蚀研究中有关降雨侵蚀力的估算模型运用到对山地环境地质变化驱动机制研究当中,获得了对昆磨公路沿线景观尺度的降雨侵蚀力的时空变异规律的定量、定位认识。 在本论文研究中,考虑的视角与尺度更主要是立足于对公路沿线区域问题的探讨,得到的结论具有一定的宏观性。亦即在研究中存在的主要问题之一是缺乏从多尺度、全方位地考虑环境影响与驱动,而仅仅限制于在较宏观层次上,选取主要驱动要素开展研究,其结果必然也相应具有一定的层次运用局限性。问题的存在也为今后的发展提出了研究努力的方向,即兼顾宏观与微观,在强调公路沿线极端山地灾害的同时,关注公路沿线整体系统的环境地质整体稳定研究,继续深化对生态环境地质调查、评价、规划、管理与恢复的探讨研究与实践探索,完善有关的理论与技术方法研究,构建基于多尺度数据平台的多层次公路沿线环境地质调查与评估体系。


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