基于D-InSAR技術(shù)的地表形變監(jiān)測(cè)和成因分析以迫龍溝為例

中圖分類(lèi)號(hào)：P237 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095-3305（2025）05-0326-03

近年來(lái)，帕隆藏布河谷兩岸泥石流災(zāi)害頻發(fā)，已經(jīng)嚴(yán)重影響了國(guó)道G318線(xiàn)的交通運(yùn)輸以及附近居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。例如，波密縣的扎木弄巴流域分別在1902年和2000年發(fā)生過(guò)特大規(guī)模的泥石流，導(dǎo)致主河易貢藏布被堵塞并形成了堵塞壩。堵塞壩潰決后，激猛的河流沿易貢藏布進(jìn)人帕隆藏布，最終匯入雅魯藏布江，導(dǎo)致我國(guó)墨脫縣的耕地和建筑物被淹沒(méi)損壞，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2.8億元人民幣[1]。還有1988年暴發(fā)的米堆溝冰湖潰決型泥石流'1975年、2005年暴發(fā)冰崩體導(dǎo)致堰塞湖潰決的古鄉(xiāng)溝泥石流以及2007年暴發(fā)的冰雪融水降雨導(dǎo)致的天摩溝泥石流[2-4]。本次的研究區(qū)域迫龍溝在1983年、1984年、1985年和2015年先后暴發(fā)過(guò)4次泥石流災(zāi)害，重復(fù)堵江并形成約 1km 的堰塞湖，其中1984年的泥石流持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)到了23h ，而1985年的泥石流峰值流量達(dá)到了 8195m³/s. □2015年的泥石流規(guī)模雖然沒(méi)有1985年的規(guī)模大，但是同樣導(dǎo)致了下游1座鋼橋被摧毀[5]。

目前，InSAR技術(shù)已經(jīng)被許多學(xué)者和專(zhuān)家廣泛應(yīng)用于地表形變監(jiān)測(cè)。InSAR技術(shù)是一種利用雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)地表形變的技術(shù)，通過(guò)分析同一區(qū)域在不同時(shí)間獲取的雷達(dá)圖像之間的相位差異，InSAR能夠以毫米級(jí)精度探測(cè)地表微小的垂直或水平位移分析地表情況。

1研究區(qū)域概況

1.1 地理位置

迫龍溝地理位置位于自治區(qū)林芝市巴宜區(qū)魯朗鎮(zhèn)內(nèi)，其地理坐標(biāo)為東經(jīng) 95^°00^′43^′′ 、北緯 30^°02^′23^′′ 。巴宜區(qū)的轄區(qū)總面積約為 10238km² ，東西跨度（最長(zhǎng)直線(xiàn)距離）約為 128km ，南北寬度約 74km ，涵蓋4個(gè)鎮(zhèn)、3個(gè)鄉(xiāng)。該區(qū)域內(nèi)最高海拔為 5500m ，最低海拔為1 500m ，平均海拔為 3000m_o 區(qū)域內(nèi)的國(guó)道為G318國(guó)道。

1.2 氣象條件

迫龍溝受孟加拉灣的印度洋暖濕氣流影響，呈現(xiàn)典型的高原山地氣候，氣候垂直分帶明顯，從山腳到山頂可能依次出現(xiàn)亞熱帶、溫帶、寒溫帶甚至寒帶氣候特征。該區(qū)域氣候類(lèi)型以夏季多雨、冬季寒冷干燥以及晝夜溫差較大為特點(diǎn)。根據(jù)林芝氣象站近20年的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，該地區(qū)的年平均氣溫穩(wěn)定在 10% ，年降水量約為 700.00mm_o 6—11月累計(jì)降水量約占全年降水量的 85% 以上，6—8月降水量大于9—11月降水量，2015年降水量達(dá)到 971.55mm ○

根據(jù)林芝氣象站2010—2019年的逐月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果（圖1），10年間平均氣溫的最高值達(dá)到 20% 最小值為 -2^°C ，每年的月平均氣溫超過(guò) 10^°C 的月份集中在5—10月。

1.3 水文條件

巴宜區(qū)境內(nèi)有雅魯藏布江、尼洋河等主要河流。其中，雅魯藏布江在巴宜區(qū)境內(nèi)長(zhǎng)度為 728.3km 尼洋河全長(zhǎng)為 307.5km ，流域面積 17535km² ，其支流眾多，每隔 4～5km 有一條終年流水河谷。此外，還有八及弄巴曲、拉月曲等河流。拉月曲是帕隆藏布下游右岸一級(jí)支流，發(fā)源于林芝市巴宜區(qū)魯朗鎮(zhèn)，干流長(zhǎng)89.5km 。雅魯藏布江及其支流水系蘊(yùn)含著豐富的水能資源，特別是在大拐彎處，其水能資源占雅魯藏布江總能量的2/3。這些水系為當(dāng)?shù)氐臍夂蛱峁┝顺渥愕乃盅a(bǔ)給，并為泥石流的發(fā)育提供了必要的水源條件。

2 D-InSAR技術(shù)

2.1 技術(shù)介紹

差分合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)（D-InSAR）是一種利用雷達(dá)干涉測(cè)量原理監(jiān)測(cè)地表形變的重要遙感技術(shù)，其基本原理是在一定時(shí)間內(nèi)，獲取同一地區(qū)不同位置的目標(biāo)回波，通過(guò)分析相位差得出目標(biāo)地區(qū)的高程變化信息。在此基礎(chǔ)上，D-InSAR進(jìn)一步減少或消除大氣效應(yīng)、地形效應(yīng)等誤差源，以精確獲取地表微小形變信息。

該技術(shù)通過(guò)獲取2幅成像幾何相似的合成孔徑雷達(dá)（SAR）影像，利用相位差計(jì)算地表位移，能檢測(cè)出毫米級(jí)甚至亞毫米級(jí)的地表變化。在技術(shù)處理過(guò)程中，要獲取滿(mǎn)足條件的多次SAR圖像，相位差分計(jì)算是關(guān)鍵步驟。因該技術(shù)具備覆蓋范圍大、不受云雨干擾、可定期重復(fù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、城市擴(kuò)張?jiān)u估、環(huán)境變化研究等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。例如，在礦區(qū)可監(jiān)測(cè)地表沉降與巖體滑坡；在城市能分析基礎(chǔ)設(shè)施位移及地表沉降等。

2.2 研究流程

2.2.1 數(shù)據(jù)獲取

處理所需主要數(shù)據(jù)包括SAR數(shù)據(jù)、精密軌道數(shù)據(jù)及ASTERGDEM30M-DEM數(shù)據(jù)。其中SAR影像數(shù)據(jù)使用歐洲航天局哥白尼計(jì)劃中Sentinel-1衛(wèi)星所采集的1Sentinel-1AIW升軌方向，極化方式為VV，分辨率為 5m×20m ，波長(zhǎng)為 5.6m 的Sentinel-1數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)站（https：//earthexplorer.usgs.gov/）中獲取和下載。根據(jù)所使用的Sentinel-1數(shù)據(jù)獲取對(duì)應(yīng)的軌道數(shù)據(jù)用于軌道精煉重去平，在網(wǎng)站（https：//browser.dataspace.copernicus.eu）中獲取和下載，其中選取軌道數(shù)據(jù)時(shí)要根據(jù)Sentinel-1數(shù)據(jù)以及軌道數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的日期進(jìn)行下載。ASTERGDEM30M-DEM數(shù)據(jù)用于輔助處理SAR數(shù)據(jù)，可以在ENVI中scape模塊SRTM-3Version4選項(xiàng)中自動(dòng)獲取對(duì)應(yīng)區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)，也可以在地理空間數(shù)據(jù)云（https：www.gscloud.cn/）中獲取和下載。

為探究研究區(qū)域2015年泥石流災(zāi)前災(zāi)后內(nèi)溝道的變化情況，以季節(jié)為時(shí)間點(diǎn)，下載2014年12月9日—2015年10月29日的Sentinel-1數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.2.2 選擇處理平臺(tái)

ENVISARscape是常用的雷達(dá)圖像處理軟件，具備完整的SAR數(shù)據(jù)處理流程，包括輻射定標(biāo)、幾何校正、噪聲濾波、干涉處理等基礎(chǔ)模塊，其特色在于支持差分干涉測(cè)量（D-InSAR）和時(shí)序分析（PSI/SBAS），可精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)地表毫米級(jí)形變。使用該數(shù)據(jù)處理平臺(tái)生成災(zāi)前災(zāi)后 30m 的DEM數(shù)據(jù)并進(jìn)行溝道形變的檢測(cè)。

2.2.3 預(yù)處理

數(shù)據(jù)導(dǎo)入與裁剪：將下載好的SAR數(shù)據(jù)，根據(jù)研究區(qū)域的邊界范圍在影像中進(jìn)行裁剪，保留研究區(qū)域影響以減少工作量，提高計(jì)算效率。

基線(xiàn)估算：通過(guò)衛(wèi)星的軌道及相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算出使用SAR數(shù)據(jù)的空間時(shí)間基線(xiàn)，確保干涉圖的質(zhì)量，優(yōu)化形變量計(jì)算。

2.2.4干涉處理

生成快速干涉圖：通過(guò)影響配準(zhǔn)、干涉相位計(jì)算、去平地效應(yīng)處理得到初始的干涉圖。通過(guò)此圖能觀(guān)察到影響的原始地理信息，為之后的流程提供保障。

2.2.5 濾波處理及相關(guān)系數(shù)的計(jì)算

濾波處理：選擇Goldstein濾波方式，生成結(jié)果。

相關(guān)系數(shù)計(jì)算：地形形變的結(jié)果為相位解纏的參數(shù)設(shè)置提供了依據(jù)。

2.2.6 相位解纏

相位解纏：對(duì)去平和濾波后的相位進(jìn)行處理，使之與線(xiàn)性變化的地形信息對(duì)應(yīng)，解決 2π 模糊問(wèn)題，將不連續(xù)的相位差（條紋）轉(zhuǎn)換為連續(xù)的信號(hào)，以便后續(xù)準(zhǔn)確計(jì)算地形高程或地表形變。

2.2.7軌道精煉重去平與地理編碼

軌道精煉重去平是SARscape干涉測(cè)量中的一個(gè)重要步驟，主要用于優(yōu)化軌道參數(shù)、計(jì)算相位偏移以及去除可能存在的相位坡道。這對(duì)生成高精度的數(shù)字高程模型（DEM）和位移圖至關(guān)重要。

2.2.8 后處理

將生成的結(jié)果導(dǎo)入ArcGIS軟件中進(jìn)行結(jié)果出圖（圖2）。

按照以上步驟，以季節(jié)為時(shí)間尺度，對(duì)2014一2015年的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到D-InSAR地表形變監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖3），并得出以下結(jié)論。

（1）分析圖3a、圖3b、圖3c可知，在春冬兩季正向形變即物源增多，夏季表現(xiàn)出負(fù)向形變即物源減少。造成以上結(jié)果的原因可能是夏季（6一8月）溫度高及降水量大，導(dǎo)致溝道內(nèi)的物源運(yùn)動(dòng)最終匯人河流中，而冬春兩季將夏季降水及冰雪融水轉(zhuǎn)換成物源儲(chǔ)存，所以迫龍溝的泥石流在夏季暴發(fā)的概率較大。這符合泥石流多在夏秋兩季暴發(fā)的特點(diǎn)，驗(yàn)證了D-InSAR技術(shù)的合理性。監(jiān)測(cè)2014一2015年的溝道形變變化得到的最大正形變量出現(xiàn)在2015年春季，即圖3b最大正形變量為 251mm ，最大負(fù)形變量出現(xiàn)在2014年冬季，最大形變量為 243mm 。

（2）對(duì)2015年8月17日迫龍溝災(zāi)情進(jìn)行分析圖3d、圖3e、圖3f），發(fā)現(xiàn)溝道整體形變?cè)跒?zāi)前災(zāi)后都呈現(xiàn)上升狀態(tài)。這與多篇文獻(xiàn)的研究結(jié)論一致，同時(shí)也驗(yàn)證了D-InSAR技術(shù)可用于尋找物源。

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)林芝市巴宜區(qū)近20年的溫度、降水量以及水系分布進(jìn)行研究，并利用D-InSAR技術(shù)得出以下結(jié)論。

（1）2015年巴宜區(qū)的降水量達(dá)到近20年（2005—2024年）的最高值 971.55mm ，最高氣溫為 28.8‰ ，最低氣溫為 -12.3°C ，溫差接近 41⁴C ，其中8月份的平均溫度達(dá)到 20°C ，為2010—2019年這10年中月平均氣溫的最高值。

（2）2015年迫龍溝發(fā)生的泥石流的水源條件多為降水，泥石流多暴發(fā)于夏季（6一8月），2015年溝道整體形變?cè)跒?zāi)前災(zāi)后都呈現(xiàn)上升狀態(tài)。故推測(cè)：如果在沒(méi)有人為干預(yù)條件下，2015年之后迫龍溝再次發(fā)生泥石流災(zāi)害的概率較大。

參考文獻(xiàn)

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