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藏东冻土区滑坡形变时序InSAR监测分析.docx
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藏东冻土区滑坡形变时序InSAR监测分析.docx
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0 引言
冻融作用是冻土区滑坡发育的重要外动力因素之一
[ 1]
,冻融滑坡形态与
常规降雨型滑坡相似,但影响因素和失稳机制更为复杂。位于川藏交界处的西
藏自治区东部,季节性和多年冻土分布广泛、地质环境复杂、地形和气象条件
恶劣,是我国滑坡地质灾害最严重的地区之一。近年来,随着青藏高原暖湿化
加剧,该地区冻融滑坡灾害呈现多发频发的趋势,对人民生命财产安全造成严
重威胁,制约了当地经济社会发展
[ 2]
。因此,加强冻土区滑坡灾害隐患的监
测识别研究,对藏东地区冻融地质灾害早期识别及风险评估具有重要意义。
目前,滑坡灾害监测主要采用 GNSS 位移监测、水准测量、裂缝计、无人
机与卫星遥感等实地测量与遥感解译相结合的方式
[ 3]
。但是,藏东地区滑坡
灾害多位于高海拔、高寒、高陡等艰险山区,人员难以抵达,实地测量通常要
耗费大量人力财力物力,监测范围及密度有限,且难以获取滑坡历史变化信息
[ 4]
。光学遥感手段以其大范围、高效率的优势在地质灾害调查识别中发挥了
重要作用
[ 5]
,但数据采取受云雾遮蔽影响、人工解译不确定性大,在滑坡形
变监测中存在错检漏检、难以进行定量分析等问题
[ 6]
。
作 为 一 种 快 速 发 展 的 空 间 大 地 测 量 技 术 , 合 成 孔 径 雷 达 干 涉 测 量
(InSAR)具有全天候、高分辨率、高精度、大范围等特点
[ 7]
,近年来在滑
坡
[ 8]
、地震
[ 9]
、冻土
[ 10]
等自然地表形变监测中应用广泛。特别是随着时序 InSAR
技术的发展,国内外学者在四川、云南、甘肃、三峡等地开展了大量滑坡监测
研究,取得一系列重要成果
[ 11-15]
。但是,对于高山峡谷复杂地形条件下的滑
坡监测而言,雷达侧视成像更易受叠掩、透视收缩、阴影等几何畸变的影响,
单一轨道方向(升轨或降轨)InSAR 在地形起伏地区导致数据空洞
[ 16]
,而且
对滑坡形变解译提出了挑战
[ 17]
。欧洲航空局(ESA)分别于 2014 年和 2016
年发射的 Sentinel-1A/B SAR 卫星,具有短重访周期(6/12/24 天)、高分辨、
大幅宽、多角度数据获取优势
[ 18]
,能够获取更丰富的冻融变形过程信息,在
高山峡谷区冻融滑坡隐患早期识别和风险评估方面具有很好的应用前景。
本文以藏东地区 317 国道矮拉山段为例,利用小基线集(Small Baseline
Subset, SBAS)时序 InSAR 技术,分别对 2017 年 3 月—2019 年 7 月期间
Sentinel-1A55 景升轨、69 景降轨 SAR 数据进行分析,获取该区域高时空分
辨率的地表形变速率和滑坡形变时间序列,并结合气象资料和现场调查分析了
典型滑坡体的形变特征及影响因素。
1 研究区与数据
1.1 研 究 区 概 况
研究区位于西藏自治区昌都市江达县岗托镇矮拉山地区(98.43°~98.58°
E,31.6°~31.68° N),是经由 317 国道进入西藏地区的重要通行路段。平均
海拔 4 710 m,地势由东南向西北方向倾斜
[ 19]
,属于青藏高原中高山剥蚀地
貌,区域地震活动构造背景较强,崩塌、滑坡等自然灾害严重。地表分布 2 条
河流,主要由大气降水和上游冰雪融化水补给
[ 20]
。该区域年均温差较大,太
阳辐射强烈,气温范围为 -15~28 ℃,平均气温 4.5 ℃,每年 7—8 月降雨
量最多,日最大降雨量达 50 mm 以上,11 月到次年 3 月为冻结期,一般冻土
深度为 0.85 m,海拔高于 5 200 m 时为多年冻土区
[ 20]
。
图 1
图 1 研究区位置
Fig.1 The location of study area
1.2 实 验 数 据
本文 InSAR 处理选用欧洲空间局(ESA)于 2014 年发射的 C 波段 Sentinel-
1A 卫星的干涉宽幅模式 SAR 数据,极化方式为 VV,每景影像幅宽 250 km,
由 3 个具有一定重叠度的子条带拼接而成,用于反演滑坡整体形变速率及形变
序 列 。 数 据 时 段 为 2017 年 3 月 —2019 年 7 月 , 包 括 升 轨 数 据 55 景
(path99),降轨数据 69 景(path106)。采用 ESA 发布的精密轨道数据提
高 Sentinel-1A 影像的轨道数据精度;30 m 分辨率的 SRTM DEM 数据去除地
形相位和地理编码。
选用与 SAR 数据时间段相对应的气象资料用于分析形变趋势,该气象资
料来源于距离矮拉山约 20 公里的德格气象站。通过查询 2017—2019 年温度
及降雨历时数据,该地区一年中气温及每月累积降雨量呈现周期性变化,最低
气温出现在 1 月份,为-12 ℃,最高气温出现在 7 月,达到 29 ℃,年温差最
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