基于D-InSAR技術的地表形變監(jiān)測和成因分析以迫龍溝為例

中圖分類號：P237 文獻標志碼：B 文章編號：2095-3305（2025）05-0326-03

近年來，帕隆藏布河谷兩岸泥石流災害頻發(fā)，已經(jīng)嚴重影響了國道G318線的交通運輸以及附近居民的生命財產(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)生過特大規(guī)模的泥石流，導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人帕隆藏布，最終匯入雅魯藏布江，導致我國墨脫縣的耕地和建筑物被淹沒損壞，經(jīng)濟損失高達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4次泥石流災害，重復堵江并形成約 1km 的堰塞湖，其中1984年的泥石流持續(xù)時間最長達到了23h ，而1985年的泥石流峰值流量達到了 8195m³/s. □2015年的泥石流規(guī)模雖然沒有1985年的規(guī)模大，但是同樣導致了下游1座鋼橋被摧毀[5]。

目前，InSAR技術已經(jīng)被許多學者和專家廣泛應用于地表形變監(jiān)測。InSAR技術是一種利用雷達衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測地表形變的技術，通過分析同一區(qū)域在不同時間獲取的雷達圖像之間的相位差異，InSAR能夠以毫米級精度探測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，其地理坐標為東經(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（最長直線距離）約為 128km ，南北寬度約 74km ，涵蓋4個鎮(zhèn)、3個鄉(xiāng)。該區(qū)域內最高海拔為 5500m ，最低海拔為1 500m ，平均海拔為 3000m_o 區(qū)域內的國道為G318國道。

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)域氣候類型以夏季多雨、冬季寒冷干燥以及晝夜溫差較大為特點。根據(jù)林芝氣象站近20年的觀測數(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年降水量達到 971.55mm ○

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

1.3 水文條件

巴宜區(qū)境內有雅魯藏布江、尼洋河等主要河流。其中，雅魯藏布江在巴宜區(qū)境內長度為 728.3km 尼洋河全長為 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支流，發(fā)源于林芝市巴宜區(qū)魯朗鎮(zhèn)，干流長89.5km 。雅魯藏布江及其支流水系蘊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?shù)氐臍夂蛱峁┝顺渥愕乃盅a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

2.1 技術介紹

差分合成孔徑雷達干涉測量技術（D-InSAR）是一種利用雷達干涉測量原理監(jiān)測地表形變的重要遙感技術，其基本原理是在一定時間內，獲取同一地區(qū)不同位置的目標回波，通過分析相位差得出目標地區(qū)的高程變化信息。在此基礎上，D-InSAR進一步減少或消除大氣效應、地形效應等誤差源，以精確獲取地表微小形變信息。

該技術通過獲取2幅成像幾何相似的合成孔徑雷達（SAR）影像，利用相位差計算地表位移，能檢測出毫米級甚至亞毫米級的地表變化。在技術處理過程中，要獲取滿足條件的多次SAR圖像，相位差分計算是關鍵步驟。因該技術具備覆蓋范圍大、不受云雨干擾、可定期重復監(jiān)測等優(yōu)勢，在地質災害監(jiān)測、城市擴張評估、環(huán)境變化研究等領域應用廣泛。例如，在礦區(qū)可監(jiān)測地表沉降與巖體滑坡；在城市能分析基礎設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)獲取對應的軌道數(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)時要根據(jù)Sentinel-1數(shù)據(jù)以及軌道數(shù)據(jù)對應的日期進行下載。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選項中自動獲取對應區(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年泥石流災前災后內溝道的變化情況，以季節(jié)為時間點，下載2014年12月9日—2015年10月29日的Sentinel-1數(shù)據(jù)進行處理。

2.2.2 選擇處理平臺

ENVISARscape是常用的雷達圖像處理軟件，具備完整的SAR數(shù)據(jù)處理流程，包括輻射定標、幾何校正、噪聲濾波、干涉處理等基礎模塊，其特色在于支持差分干涉測量（D-InSAR）和時序分析（PSI/SBAS），可精準監(jiān)測地表毫米級形變。使用該數(shù)據(jù)處理平臺生成災前災后 30m 的DEM數(shù)據(jù)并進行溝道形變的檢測。

2.2.3 預處理

數(shù)據(jù)導入與裁剪：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行裁剪，保留研究區(qū)域影響以減少工作量，提高計算效率。

基線估算：通過衛(wèi)星的軌道及相關參數(shù)數(shù)據(jù)，計算出使用SAR數(shù)據(jù)的空間時間基線，確保干涉圖的質量，優(yōu)化形變量計算。

2.2.4干涉處理

生成快速干涉圖：通過影響配準、干涉相位計算、去平地效應處理得到初始的干涉圖。通過此圖能觀察到影響的原始地理信息，為之后的流程提供保障。

2.2.5 濾波處理及相關系數(shù)的計算

濾波處理：選擇Goldstein濾波方式，生成結果。

相關系數(shù)計算：地形形變的結果為相位解纏的參數(shù)設置提供了依據(jù)。

2.2.6 相位解纏

相位解纏：對去平和濾波后的相位進行處理，使之與線性變化的地形信息對應，解決 2π 模糊問題，將不連續(xù)的相位差（條紋）轉換為連續(xù)的信號，以便后續(xù)準確計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干涉測量中的一個重要步驟，主要用于優(yōu)化軌道參數(shù)、計算相位偏移以及去除可能存在的相位坡道。這對生成高精度的數(shù)字高程模型（DEM）和位移圖至關重要。

2.2.8 后處理

將生成的結果導入ArcGIS軟件中進行結果出圖（圖2）。

按照以上步驟，以季節(jié)為時間尺度，對2014一2015年的數(shù)據(jù)進行處理，得到D-InSAR地表形變監(jiān)測結果（圖3），并得出以下結論。

（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)出負向形變即物源減少。造成以上結果的原因可能是夏季（6一8月）溫度高及降水量大，導致溝道內的物源運動最終匯人河流中，而冬春兩季將夏季降水及冰雪融水轉換成物源儲存，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，驗證了D-InSAR技術的合理性。監(jiān)測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 ，最大負形變量出現(xiàn)在2014年冬季，最大形變量為 243mm 。

（2）對2015年8月17日迫龍溝災情進行分析圖3d、圖3e、圖3f），發(fā)現(xiàn)溝道整體形變在災前災后都呈現(xiàn)上升狀態(tài)。這與多篇文獻的研究結論一致，同時也驗證了D-InSAR技術可用于尋找物源。

3結論

通過對林芝市巴宜區(qū)近20年的溫度、降水量以及水系分布進行研究，并利用D-InSAR技術得出以下結論。

（1）2015年巴宜區(qū)的降水量達到近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年溝道整體形變在災前災后都呈現(xiàn)上升狀態(tài)。故推測：如果在沒有人為干預條件下，2015年之后迫龍溝再次發(fā)生泥石流災害的概率較大。

參考文獻

[1]王偉宇，李俊，趙苑迪.降雨頻率與泥石流暴發(fā)頻率關系研究：以2015年8月扎木弄溝泥石流為例[J].甘肅科學學報，2020，32（1）：60-65.

[2]唐得勝，楊永紅，常鳴.藏東南地區(qū)冰湖潰決泥石流災害鏈成因分析及防治措施[J].水電能源科學，2013.31（12）：174-178.

[3]呂立群，王兆印，漆力健，等.古鄉(xiāng)溝泥石流堰塞湖演化規(guī)律[J].泥沙研究，2015（5）：14-18.

[4]徐浩棟，李佳，吳立新，等.天摩溝冰川遙感監(jiān)測及泥石流觸發(fā)成因分析[J].地球物理學報，2023.66（6）：2370-2385.

[5]呂立群，王兆印，孟哲.基于樹木年代學的迫龍溝泥石流災害歷史重建[J].地球科學，2024，49（1）：335-346.