都安石漠化趋势遥感分析与预测.pdf

都安石漠化趋势遥感分析与预测 吴虹陈三明 李锦文 (桂林工学院，桂林541004) 摘要：在广西都安县石漠化预测分析研究中，应用遥感技术圈定石漠化区域与遥感地质填图 的异同，提出了两种获取石漠化遥感影像信息方案。通过试验区像元分析法试验，确定以TM 6 为轴心波段的最佳假彩色台成增强处理方案，发现都安地区石漠化范围正在扩展．这种扩展与当 地人类括动加剧有关。 关键词：石漠化像元分析法广西都安 1．概述 广西石漠化作为中国华南一地中海石漠化灾害带的一部分，在20世纪80年代初以来的 20年研究中，取得许多重要进展。在2001年第九届全国人大四次会议上，将“推进岩溶地 区石漠化综合治理”列人“十五”计划纲要，与石漠化灾害综合治理配套的石漠化监测也提 到技术实施阶段。由于石漠化范围广，地形条件复杂，边界不规则，生态环境恶劣，交通不 便，采用常规野外勘测手段难于进行有效监测，更不可能进行定期的石漠化趋势动态分析。 卫星遥感以其广视域、多波段、多时像和快速等优点，可弥补这些不足。在广西自然科学基 金资助下，以广西石漠化典型地区都安县为试点，进行了石漠化趋势分析与预测的遥感应用 研究，本文介绍前期研究工作取得的成果。 2．研究区地理与地质背景 都安瑶族自治县属广西河池地区，总面积为4100km2。其中石灰岩石山面积为 3649km2，占总面积的89％；植被面积仅1378km2，以低矮灌木为主，占总面积的33．6％。 水资源极度缺乏。峰丛谷地和峰丛洼地为主要岩溶地貌单元。由大片连座峰林组成的高山区 面积占80％以上，海拔一般在400～800m，部分超过1000m。山区地形复杂，地势险要， 交通极为不便。可耕地面积十分有限，以旱地为主，少数为水稻田。在广西28个大石山县 中，都安县的石漠化最严重，在该县开展研究，对广西石漠化综合治理具有示范意义。 研究区石灰岩主要产在泥盆系、石炭系和二迭系地层。由泥盆系榴江组(D，)石灰岩， 石炭统大塘阶(CId)、岩关阶(Cl。)石灰岩，中统黄龙组(C2h)、大埔组(C2d)石灰岩和 二迭系下统茅口组(P，。)栖霞阶(P1。)石灰岩组成的地层主体，占研究区95％以上的面 积。石漠化灾害主要发生在这些地层的基岩出露区。研究区内地质构造以北．北西走向断裂 构造(带)和复式折皱构造为主。这些断裂和折皱构造的形成时间大大早于石漠化灾害的形 成时间，因此，对发生于第四纪的石漠化形成无直接影响。事实上，控制本区石漠化形成的 ·131 · 主要地质因素是岩性，即分布范围最广泛的石灰岩地层。 3．数学描述与技术方案 3．1数学描述 通过遥感圈定石漠化区域，实际是地质学上的圈定出露石灰岩边界线的遥感地质填图， 与普通遥感地质填图的主要区别在于，遥感圈定石漠化的对象是无植被覆盖的出露石灰岩区 域；遥感地质填图的对象是所有出露石灰岩区域，而不管其有否植被覆盖。由于圈定石漠化 区域不仅要考虑出露石灰岩分布，还要考虑出露石灰岩分布区域与(无)植被覆盖分布区域 的关系，因此，遥感圈定石漠化区域的工作比遥感地质填图复杂。 这种关系可以用集合论语言描述。设石漠化区域集合为巩，对应的面积为S月；植被 覆盖区域集合为D，，对应的面积为S。；出露石灰岩区域集合为Dc，对应的面积为S。。 则石漠化区域集合DR应为巩与(非Dy)之交集 DR∈Dc n D y (1) 因此，一个地区的石漠化区域的总面积为 当DR∈Dc n D y (2) 式qI：5k——第i个石漠化区域的面积。 所以，对石漠化区域的确定就是对满足条件％∈Dc n DP区域(周界日及其面积S) 的确定，即确定无植被覆盖的出露石灰岩区域。 3．2技术方案 有两种方案可以提取式(2)的石漠化遥感影像信息。一是以石灰岩波谱特性、热性质 参数和单个影像像元亮度(或灰度)数据为基础，直接提取石漠化影像信息，相应采用的方 法称为像元分析法(pixels analysis method)或直接识别法(directly reeognizing method)。二 是以植被波谱影像模型和图论为基础，通过对Dc影像区域与西y影像区域的图形关系逻辑 运算，间接提取出露石灰岩分布区域的整体图形信息(即边界线信息)，相应采用的方法称 为图形分析法(graph analysis method)或间接识别法(indirectly reeognizing method)。前期 研究中主要采用像元分析法(或直接识别法)，工作流程如图1所示。 4．图像处理 4．1岩石物理学基础与波段选择 根据崔承禹等的实验数据，石灰岩的热惯量P=0．0765cal·(31110·s。1”·℃～，高于粉砂 质页岩(P=0，0705eal·emo·s““·℃。1)和泥质条带灰岩(P=0．0643cal·emo·s-1” ·℃+1)。虽然无