基于SBAS-InSAR技术的白龙江中游地表变形特征分析与潜在滑坡早期识别

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白龙江中游是我国地质灾害高发区,因其独特的地形地貌、地质条件,滑坡灾害和泥石流灾害频发且规模很大,造成人民生命财产的巨大损失,并对社会经济持续发展和生态环境建设造成极大影响。合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar)以其监测范围大、精度高、不受天气影响等优势得到广大学者的青睐,被成功地应用于滑坡形变、地表沉降等微量形变的地学领域。将时序InSAR技术应用于白龙江中游地表形变监测,克服了传统意义上时间分辨率低、精度不高且受天气影响等局限性,实现了远距离对地表形变的大范围动态监测。本文以白龙江中游舟曲-两河口段为研究区,将Sentinel-1A升降轨SLC数据作为数据源,通过SBAS-InSAR技术开展地表形变监测。由于单轨道InSAR结果是地表真实形变矢量在雷达视线方向(Line Of Sight,LOS)向的投影分量,往往无法反应真实的地表形变。因此,本文根据升降轨SAR数据的几何信息和坡度、坡向,以升降轨LOS向形变结果为基础,构建了研究区的准三维地表形变场,在此基础上分析了研究区的地表形变时空特征。并以典型滑坡时空特征为先验知识,结合研究区的孕灾背景进行了潜在滑坡识别。主要得到以下成果和结论:(1)基于SBAS-InSAR技术获取的升、降轨LOS向形变结果建立了研究区的准三维地表形变场。本文基于SBAS-InSAR技术分别获取了白龙江中游舟曲至两河口段升、降轨的地表形变结果,两轨道的地表形变空间分布格局相同。但因几何差异,同一坡面升降轨形变速率呈现正负相反的形变速率,同一轨道在东西坡向相反的两个坡面上同样测得正负相反的形变速率,无法反映真实的地表形变情况。因此,结合升降轨卫星传感器的几何信息、坡度和坡向,采用前人的算法,建立了研究区的准三维地表形变场,得到水平东西向、垂直向和顺坡向的形变速率值。(2)分析了研究区地表形变的时空特征。研究区形变量较大的区域主要分布在河谷两侧的坡体上,其水平形变量明显大于垂向形变量,下沉区域主要分布在岷江两侧河谷上,呈现连续的分布格局,而在白龙江两侧河谷的垂向形变较为零散。同时发现水平东西向形变速率与断层活动存在极大的关联关系,推测坪定-化马断裂(走滑断层)是研究区整体产生水平形变的主要控制因子。基于时序统计分析工具对研究区地表形变的时间特征分析发现,除噪声点(或形变速率及小的点)外,线性点数量较少,主要分布在离河谷较远的区域;非线性点在河谷边坡分布较多,与该区域滑坡沿沟谷两侧发育的特征一致,其中二次性形变点的数量明显多于双线性和突变性点,尤其突变性点可以作为潜在滑坡识别的重要标志之一。(3)分析了南峪滑坡和牙豁口滑坡的发育过程,结合研究区孕灾背景进行研究区潜在滑坡早期识别。南峪滑坡和牙豁口滑坡具有相似的发育过程,均是受降雨驱动的长期地表形变累计过程,且两处滑坡的季节性形变曲线符合滑坡发育的一般特征。研究发现白龙江中游舟曲-两河口段的潜在滑坡主要分布在坡度大于10°的区域,且岩性主要是泥灰岩和千枚岩,常年受雨水冲刷和侵蚀,由于重力作用,产生季节性阶梯状地表变形,导致坡体稳定性受到破坏,最终伴随某年的降雨发生滑坡。本文根据研究区地表形变的时空特征,结合研究区的坡度、地层岩性等识别出潜在滑坡共27处,其中中牌滑坡和锁儿头滑坡已有大量研究表明其危险性,其余潜在滑坡也已具备上述滑坡发育条件,应当引起足够的重视。
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