中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布及特征数据集（2022年）

其他数据论文 II 区论文（已发表） • 版本 ZH2 Vol 9 (2) 2024

A dataset of the distribution and characteristics of debris flows along the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor (2022)

何佳璇，江玉红

HE jiaxuan, JIANG Yuhong

DOI: 10.11922/11-6035.ncdc.2023.0004.zh
CSTR: 32001.14.11-6035.ncdc.2023.0004.zh
: 10.57760/sciencedb.08013

： 2023 - 04 - 20

： 2024 - 01 - 04

： 2023 - 05 - 07

： 2024 - 04 - 17

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2978 18 0

摘要&关键词

摘要：中尼交通廊道地区在特殊的地理地质环境限制下，缺乏可信且较为完整的泥石流分布数据。本数据集是基于泥石流早期识别和野外实地调查，结合数字高程模型（DEM）和地质图，得到的1990年至2022年中尼交通廊道318国道沿线范围内的泥石流编目及特征信息。泥石流流域的提取主要采用ArcGIS中的水文分析方法，考虑到DEM的精度限制，结合Google Earth影像进行必要的人工校正。降水和温度参数信息取自1980–2009年共30年的国家气象站点实况数据内插年降水数据和年气温数据，断层分布信息来自中国地质调查局发布的《中国1∶50万数字地质图》，地形信息来自12.5 m分辨率的ALOS DEM数据。在28.0°–29.4°N，85.1°–88.9°E范围内，共提取255条泥石流记录，覆盖面积为1660.73 km²。本数据集包含中尼交通廊道318国道沿线泥石流主要分布范围的矢量文件、泥石流目录矢量文件、泥石流参数特征文档3个文件。本数据集均经过现场实地调查、确认，数据信息可靠，可作为基础数据集，应用到该地区的泥石流研究中。

关键词：中尼交通廊道318国道；泥石流数据集；Google Earth 影像；ALOS DEM；泥石流分布；泥石流特征

Abstract & Keywords

Abstract: Due to the unique geographical and geological conditions in the Sino-Nepal transportation corridor, there is a lack of reliable and comprehensive data on debris flow distribution data in the region. This dataset is compiled based on early identification of debris flows and field surveys, integrating Digital Elevation Models (DEM) and geological maps. It provides a catalog and detailed feature information of debris flows within the corridor along the National Highway 318 between China and Nepal from 1990 to 2022. Precipitation and temperature parameters are derived from 30 years (1980–2009) of interpolated data from national meteorological stations. Fault distribution information is sourced from the 1:50,000 digital geological maps published by the China Geological Survey. Terrain information is obtained from NASA's Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data, which provides a global DEM at a resolution of 12.5 m. Within the geographical coordinates of 28.0°–29.4°N and 85.1°–88.9°E, a total of 255 debris flow records have been extracted, covering an area of 1660.73 km². We primarily employed hydrological analysis methods in ArcGIS for the extraction of debris flow basins. Considering the limitations in DEM accuracy, we made necessary manual corrections with reference to Google Earth imagery. The dataset comprises three files: a vector file depicting the main distribution range of debris flows along the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor; a vector file containing the catalog of debris flows; and a document detailing the parameters and characteristics of the debris flows.The dataset has undergone on-site field surveys and confirmation to ensure its reliability. Therefore, it can serve as a foundational dataset applicable to debris flow studies in the region.

Keywords: the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor; debris flow dataset; Google Earth imagery

数据库（集）基本信息简介

数据库（集）名称	中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布及特征数据集（2022年）
数据作者	何佳璇，江玉红
数据通信作者	江玉红（yhjiang@imde.ac.cn）
数据时间范围	1990–2022年
地理区域	中尼交通廊道318国道沿线（20.8°–29.4°N，85.1°–88.9°E）
数据量	386 KB
数据格式	.shp, .xls
数据服务系统网址	https://doi.org/10.57760/sciencedb.08013 http://www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/47c65b7b-d8a1-4fee-b890-72c1a4e01d53
基金项目	第二次青藏高原综合科学考察研究（2021QZKK0202）；国家重点研发计划政府间国际创新合作专项（2018YFE0100100）。
数据库（集）组成	数据集由3部分数据文件组成：（1）Debris Flow_inventory_extent.rar是定义泥石流制图范围的矢量数据，数据量324 KB；（2）Debris Flow_inventory.rar是泥石流分布数据，数据量12 KB；（3）Debris Flow_inventory_attributes.xlsx是单独的泥石流属性统计数据，数据量50 KB。

Dataset Profile

Title	A dataset of the distribution and characteristics of debris flows along the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor (2022)
Data authors	HE Jiaxuan, JIANG Yuhong
Data corresponding author	JIANG Yuhong (yhjiang@imde.ac.cn)
Time range	1990–2022
Geographical scope	Sino-Nepalese transport corridor (28.0°–29.4°N,85.1°–88.9°E)
Data volume	386 KB
Data format	.shp, .xls
Data service system	<https://doi.org/10.57760/sciencedb.08013> <http://www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/47c65b7b-d8a1-4fee-b890-72c1a4e01d53>
Sources of funding	The Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program (STEP) (2021QZKK0202); International Science & Technology Cooperation Program of China (2018YFE0100100).
Dataset composition	The dataset consists of 3 subsets in total: (1) “DebrisFlow_inventory_extent.rar”, containing vector data, with a data volume of 324 KB; (2) “DebrisFlow_inventory.rar”, containing vector data, with a data volume of 12 KB; (3) “DebrisFlow_inventory_attributes.xls”, containing vector data, with a data volume of 50 KB.

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引言

中尼交通廊道连接中国日喀则和尼泊尔加德满都，位于喜马拉雅山区中段，印度板块与欧亚板块的碰撞、拼接带内，地形地貌及地质条件都极为复杂，内外动力作用强烈，并且跨越喜马拉雅陆–陆碰撞造山带，地形艰险，具有强地壳变形以及应力非常集中的特征^[1]。廊道跨越喜马拉雅山南北两坡，地形高差大，地质构造强烈，气候变化剧烈，具有高寒气候和河谷区的高强度降水^[2]。区内泥石流类型齐全，降水型、冰川型、冰水混合型泥石流均有分布。区内318国道（日喀则到聂拉木段）是中国西部地区的经济发展和对外交流的重要通道。

目前已有的泥石流数据集主要涉及中国西北的中巴经济走廊地区以及四川地区等^[3-5]。然而，中尼交通廊道地区在特殊的地理地质环境限制下，缺乏可信且较为完整的泥石流分布数据，对于该地区的泥石流研究造成了诸多不利影响。

基于此，本研究利用泥石流早期判别以及实地考察的方法，成功获得了中尼交通廊道318国道沿线（28.0°–29.4°N、85.1°–88.9°E）的泥石流数据集。在数据集的获取过程中，首先通过数字高程模型（DEM）对流域进行了早期判识。随后，结合Google Earth卫星影像以及实地考察的结果，对初步识别出的区域进行了验证，进一步提取了泥石流的地貌特征。本数据集代表了中尼交通廊道318国道沿线1990–2022年的泥石流分布情况、地质地貌特征和气温降水情况，并且所有泥石流均进行了野外验证，数据质量完整且可靠，因此可被广泛应用于该地区泥石流研究的基础数据集。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集和预处理

本数据集的生产主要基于7种数据：Google Earth卫星影像用于泥石流早期识别；中尼交通廊道的ALOS 12.5m数字高程模型（DEM）用于提取泥石流的高程和坡度等地形信息；中国地质调查局发布的《中国1∶50万数字地质图》用于获取地质断层分布信息；国家气象站点的降雨和温度数据用于判断是否存在泥石流的可能性；历史考察资料用于规划野外考察路线；实地考察数据用于泥石流的实地确认。

ALOS DEM数据是USGS（United States Geological Survey）提供的基于NASA的SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）数据制作的、覆盖全球范围的12.5 m分辨率DEM。

强降水可以导致地表水迅速增加，有可能直接触发泥石流，而持续的降水会导致土壤饱和，增加泥石流的发生概率。高温会导致青藏高原的冰川和积雪融化，释放大量水源，有时甚至可能引发冰湖溃决，从而增加了泥石流发生的可能性。降水和温度对研究区泥石流的发生和危害具有重要的影响。因此，统计1980年到2009年30年的历史站点实况数据（数据来源于中国气象数据网http://data.cma.cn/），得到中尼交通廊道各站点的年均降水量和年均温度。利用协同克里金插值方法，考虑高程的影响，得到研究区面上分布的降水（1980–2009年，分辨率981.757 m×981.757 m）和温度（1980–2009，分辨率981.757 m×981.757 m）数据。

根据地层岩性特点、构造作用和对泥石流发育可能的贡献，对地质图（1:50万）上的地层岩性进行分级，并通过ArcGIS线密度工具计算断层密度。

历史考察资料来源于中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所科研人员历史考察累积所得部分泥石流分布数据。

最近的实地考察确认在2022年5月24日至6月3日进行，对中尼交通廊道318国道沿线泥石流展开了实地调查。主要考察了泥石流沟口堆积物成分、形态、层理以及流域面积、比降等内容。

1.2 数据处理步骤

中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布和特征数据集生成过程主要由4部分组成：泥石流早期判识、结合影像的泥石流确认、野外实地调查验证、泥石流参数确定。数据处理步骤包括DEM划分流域、泥石流流域范围校正、泥石流参数提取。具体的泥石流分布及特征数据集生成主要流程如图1所示。

1.2.1 泥石流早期判识

在Arc GIS中利用水文分析模块（Hydrology）处理中尼交通廊道DEM数据，划分流域，考虑到泥石流危害性的大小问题，最小流域面积阈值设为0.01 km²。

基于实地考察和历史考察资料获取的泥石流数据特征，通过对中尼交通廊道318国道沿线划分的不同等级流域泥石流可发性的逐级评价与区域宏观视野下的综合判识，充分考察大区域内流域与泥石流灾害间的关联性，利用可拓物元模型计算不同等级各流域泥石流灾害可发性模型等级，泥石流发生可能性等级从低到高依次为1级、2级、3级、4级、5级^[6]，从而做出中尼交通廊道318国道沿线内各不同等级流域是否泥石流的早期判识。

中尼交通廊道318国道沿线泥石流从成因上可分为降雨型、冰川型和冰水混合型等几类。

冰川型泥石流由冰雪融水引发，常分布在高山峡谷冰川区，通过地理位置、冰川情况与气温变化判识冰川泥石流。常在每年6–8月由于持续高温天气，冰雪融化，形成冰川洪水，从而诱发泥石流。该类泥石流的显著特点是物源多为磨圆度较差的冰碛物。

降雨型泥石流由降雨引发，主要集中出现在5–9月的夏、秋两季，与大气降水（特别是大雨、暴雨、特大暴雨等）密切相关，主要分布在气候干旱、侵蚀风化剧烈低山丘陵地带。该类泥石流由于规模大，持续时间长、分布地域广、波及范围大，常对人员和设施造成严重破坏，造成的直接经济损失常常是严重的、巨大的，有时甚至是不可估量的。

冰水混合型泥石流是指在不同时段单独或混合发生降雨型、冰川型的泥石流。因其复合原类型、类型多少以及其强度的不同等，决定了冰水混合型泥石流的特点和危害性也各不相同。

1.2.2 结合影像的泥石流确认

在Google Earth中导入泥石流早期判识结果，对照Google Earth影像，重点对判识结果等级为3–5级的高等级流域，做出是否泥石流的判断。

流域只要发生过泥石流事件，即被确认为泥石流流域。其次依据相关规范^[7-9]，解译影像上各流域出口是否有泥石流堆积扇。若存在泥石流堆积扇，就认定为泥石流；若不存在泥石流堆积扇，则需要综合考虑多个因素，结合流域面积、流域形状判断流域的汇水能力，根据地层岩性、断层密度、流域崩塌滑坡的发育情况判断物源条件，从流域的相对高差、沟床比降判断流域的势能大小和势能转化为动能的可能性条件，从流域的降水量和温度考虑可能的泥石流激发条件，从而确认是否是泥石流^[6]。

图1 泥石流分布及特征数据集生成主要流程

Figure 1 Flowchart for generating the dataset

1.2.3 野外实地调查验证

对所确认的泥石流依据沟口堆积物成分、形态、层理以及流域面积、比降等进行野外实地验证。通过验证，中尼交通廊道318国道沿线从初步识别出的267条泥石流沟中，排除12条非泥石流沟，最终确研究区分布有255条泥石流，泥石流覆盖的面积为1660.728 km²。

1.2.4 泥石流参数确定

泥石流流域范围从泥石流流出的沟口向流域上方算起。考虑到DEM的精度限制，以及ArcGIS水文分析模块自动划分流域在局部地区可能产生的错误，为得到准确的泥石流范围信息，需要结合Google Earth 影像对利用ArcGIS水文分析模块自动划分的流域进行必要的人工校正。

利用ArcGIS统计分析模块对确定的泥石流流域提取、统计属性信息，具体内容包括：泥石流沟口经度、泥石流沟口纬度、流域面积、平均高程、相对高差、最大坡度、平均坡度、泥石流主沟床比降、地层岩性分级、断层密度、年均降水量、年均温度、河网密度。

2 数据样本描述

本数据集包含3个文件：1）中尼交通廊道318国道沿线泥石流主要分布范围的矢量文件；2）泥石流目录矢量文件；3）每条泥石流参数特征统计文档。其中矢量文件的坐标系采用GCS_WGS_1984。泥石流属性表和分布如表1、图2所示，每个泥石流的属性信息包括FID（内部ID）、泥石流编号、泥石流类型、泥石流沟口经度、泥石流沟口纬度、流域面积、平均高程、相对高差、最大坡度、平均坡度、泥石流主沟床比降、地层岩性分级、断层密度、年均降水量、年均温度、河网密度等，并为属性文件提供了单独的xls格式。表1提供了属性字段的说明。

表1 中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布及特征数据集属性说明

属性名称	数据类型	属性说明
编号	字符型	泥石流编号
类型	字符型	泥石流类型
经度	浮点型（单位：°）	泥石流沟口经度
纬度	浮点型（单位：°）	泥石流沟口纬度
Area	浮点型（单位：km²）	流域面积
DEM_Mean	浮点型（单位：m）	平均高程
DEM_Range	浮点型（单位：m）	相对高差
Slope_Max	浮点型（单位：°）	最大坡度
Slope_Mean	浮点型（单位：°）	平均坡度
Gbed_grad	浮点型（单位：m/km）	泥石流主沟床比降
岩性	浮点型	地层岩性分级
Den_faults	浮点型（单位：km/ km²）	断层密度
Prec_Ann	浮点型（单位：mm）	年均降水量
Prec_T	浮点型（单位：℃）	年均温度
Den_Rivers	浮点型（单位：km/ km2）	河网密度

图2 中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布

Figure 2 Debris flow distribution along the National Highway 318 in the Sino-Nepalese transport corridor

3 数据质量控制和评估

中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布及特征数据集中数据的质量控制包括两个方面的控制：泥石流判识的质量控制和泥石流流域范围准确性的质量控制。

对遥感影像解译出的泥石流，全部进行了野外实地调查确认，图3为泥石流遥感识别野外实地验证的一个实例，泥石流判识准确率为95.51%，结果质量可靠。

图3 野外实地确认泥石流

Figure 3 Field verification of debris flow

A为遥感识别泥石流流域；B为现场调查照片；Picture A depicts the remote sensing identification of a debris flow catchment; picture B displays the on-site investigation.

在Google Earth环境下，基于Arc GIS水文分析模块自动提取的泥石流流域，对照Google Earth影像，对中尼交通廊道318国道沿线泥石流点的流域范围逐条进行人工校正，解决由于自动化处理导致的部分泥石流流域划分不准确以及基于像素处理导致边界不平滑的问题，从而保证了本数据集有较高的可信度。图4为两条泥石流流域范围自动提取和经人工校正的前后对比。

图4 泥石流流域校正前后对比

Figure 4 Comparison before and after debris flow watershed correction

4 数据价值

中尼交通廊道318国道沿线泥石流灾害极为发育，受区域自然环境条件、过去灾害基础调查缺乏和科技投入不足等因素的限制，泥石流基础数据极为有限。本泥石流分布及特征数据集是中尼交通廊道318国道沿线最新的泥石流编目数据，较完整掌握了中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布情况。

本数据集基于历史资料收集、野外实地调查和Google Earth遥感影像数据，完成了中尼交通廊道318国道沿线泥石流的判识、泥石流特征参数的提取，进行了严格的质量控制。可作为中尼交通廊道区域泥石流研究的基础数据集，为区域不同类型泥石流判识、危险性评估、风险评估、发展趋势研究提供重要参考。

5 数据可用性声明

由于资助本研究的项目尚未正式验收，所以数据将在项目完成验收，即2024年7月19日之后开放访问。保护期内暂不提供数据访问。保护期过后，可通过科学数据银行（http://www.doi.org/10.57760/sciencedb.08013）和国家冰川冻土沙漠科学数据中心（http://www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/47c65b7b-d8a1-4fee-b890-72c1a4e01d53）访问和下载本数据集。

致谢

感谢Google Earth提供影像数据，以及USGS提供DEM数据。

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数据引用格式

何佳璇, 江玉红. 中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布及特征数据集（2022年） [DS/OL]. Science Data Bank, 2023. (2023-05-05). DOI: 10.57760/sciencedb.08013.

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稿件与作者信息

论文引用格式

何佳璇, 江玉红. 中尼交通廊道318国道沿线泥石流分布及特征数据集（2022年）[J/OL]. 中国科学数据, 2024, 9(2). (2024-04-17). DOI: 10.11922/11-6035.ncdc.2023.0004.zh.

何佳璇

HE jiaxuan

主要承担的工作：数据处理、部分数据质量控制及文章撰写。

何佳璇（1998—），女，在读硕士生，研究方向为泥石流活动趋势预测。

江玉红

JIANG Yuhong

主要承担的工作：部分数据采集、部分质量控制。

yhjiang@imde.ac.cn

江玉红（1977—），男，博士，副研究员，研究方向为泥石流判识、监测预报及风险评估。

第二次青藏高原综合科学考察研究（2021QZKK0202）；国家重点研发计划政府间国际创新合作专项（2018YFE0100100）。

The Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program (STEP) (2021QZKK0202); International Science & Technology Cooperation Program of China (2018YFE0100100).

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出版历史

II区出版时间：2024年4月17日（版本ZH2）