郭 勇

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院測繪工程院，新疆 昌吉 831100）

針對地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測，需要既能滿足實(shí)現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)大范圍監(jiān)測的基本要求，又能回溯性地實(shí)現(xiàn)滑坡體歷史演變分析，同時(shí)還要具有足夠的精度和較高的時(shí)效性來準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)災(zāi)害的重點(diǎn)區(qū)域，因此，我們在山口水電站滑坡體監(jiān)測中采用了合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)（InSAR）。InSAR 技術(shù)是公認(rèn)的進(jìn)行地表變形調(diào)查和監(jiān)測的高效手段，它可以大范圍、可回溯、非接觸地觀測地表變形，可以克服地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中光學(xué)遙感易受云霧遮蔽、GPS點(diǎn)位稀疏、地面調(diào)查通達(dá)不易等困難，極大地拓展了地質(zhì)災(zāi)害信息獲取的手段，在地面沉降、滑坡、地震、火山、冰川等方面的研究和地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域取得了顯著效果。

1 項(xiàng)目背景

山口水電站在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)庫區(qū)有兩處古滑坡體開始出現(xiàn)明顯位移變化，為保證水庫及流域下游的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)安全，地質(zhì)工作人員對該滑坡體進(jìn)行了細(xì)致的勘探工作，并通過現(xiàn)有地質(zhì)資料和物探成果推測出了滑坡發(fā)生的時(shí)間及目前滑坡的狀態(tài)，但是缺少更加可靠的技術(shù)手段進(jìn)行驗(yàn)證，因此采用合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)（InSAR）從2014 年開始對山口水電站滑坡體變形進(jìn)行監(jiān)測。

2 滑坡體監(jiān)測區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

2.1 測區(qū)概況

滑坡位于山口水電站庫區(qū)。圖1所示為該滑坡的監(jiān)測范圍。

圖1 滑坡體范圍

2.2 SAR數(shù)據(jù)來源

InSAR 雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)較多，常選用C 波段和L波段的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在密林地區(qū)L波段的效果好于C波段。Sentinel-1（哨兵1 號）雷達(dá)衛(wèi)星是歐洲航天局哥白尼計(jì)劃（GMES）中的地球觀測衛(wèi)星，由兩顆衛(wèi)星組成，C 波段合成孔徑雷達(dá)（頻率5.4 GHz），重訪周期12 d。其中，IW 拍攝模式可獲取分辨率5 m×20 m幅寬250 km的SAR影像數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 Sentinel-1衛(wèi)星SAR傳感器主要參數(shù)表

Sentinel-1 雷達(dá)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)作為開展InSAR監(jiān)測分析的原始數(shù)據(jù)之一。分別利用差分干涉測量、小基線集干涉測量和永久散射體干涉測量等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，得到地表形變監(jiān)測成果。

監(jiān)測區(qū)域?yàn)楸苊釹AR影像幾何畸變的影響，所用SAR 數(shù)據(jù)為升軌Sentinel-1 數(shù)據(jù)，共計(jì)153 景，覆蓋時(shí)間段為2014年10月～2021年2月。

3 技術(shù)路線及工作方法

3.1 技術(shù)路線

根據(jù)項(xiàng)目的總體目標(biāo)，開展高精度InSAR 監(jiān)測新技術(shù)，特別是新型衛(wèi)星的SAR 數(shù)據(jù)、多平臺和多分辨率數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以堆疊技術(shù)和增強(qiáng)型SBAS InSAR 集成時(shí)序分析為主要技術(shù)手段，應(yīng)用雷達(dá)數(shù)據(jù)對布爾津滑坡區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測。查明并掌握山口水電站滑坡區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害變形量級和特征，建立山口水電站滑坡區(qū)域?yàn)?zāi)害變形場，為下一步的災(zāi)害防治和預(yù)警提供基礎(chǔ)信息。本項(xiàng)目采用的主要技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 SBAS-InSAR時(shí)序分析提取地表形變技術(shù)路線圖

3.2 工作方法

根據(jù)研究區(qū)范圍，制定SAR 衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取計(jì)劃，以干涉圖堆疊技術(shù)和增強(qiáng)型SBAS InSAR 集成時(shí)序分析為主要技術(shù)手段，利用干涉圖堆疊方法實(shí)現(xiàn)大變形區(qū)快速定位，通過增強(qiáng)型InSAR 時(shí)序分析方法獲取的地表形變時(shí)間序列結(jié)果，通過實(shí)地觀測資料驗(yàn)證，結(jié)合地質(zhì)資料，對工作區(qū)域內(nèi)沉降區(qū)進(jìn)行綜合分析，具體方法及步驟如下：

（1）以山口水電站滑坡區(qū)域?yàn)楣ぷ鲄^(qū)對象，制定合理的SAR 數(shù)據(jù)獲取計(jì)劃，同時(shí)收集工作區(qū)DEM，作為遙感形變監(jiān)測的主要數(shù)據(jù)源。

（2）遙感形變監(jiān)測前的預(yù)踏勘與形變監(jiān)測后實(shí)地踏勘驗(yàn)證相結(jié)合。

（3）組織專業(yè)技術(shù)人員，根據(jù)本項(xiàng)目收集的地質(zhì)、水文資料及衛(wèi)星遙感監(jiān)測成果撰寫項(xiàng)目成果報(bào)告，參考相關(guān)的測量規(guī)范、遙感數(shù)據(jù)處理規(guī)范、地質(zhì)勘察規(guī)范評定所獲取的監(jiān)測成果，給出相應(yīng)的監(jiān)測精度及相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，為進(jìn)一步的規(guī)范制定和大范圍勘察作技術(shù)儲備。

（4）注意跟蹤國內(nèi)外同類工作的最新發(fā)展，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)。對于國內(nèi)外已發(fā)展的并在應(yīng)用中已被證明是有效的方法，盡可能地加以利用。注重與國內(nèi)外同行的技術(shù)交流與協(xié)作，引進(jìn)和利用國際先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以保證工作成果的完整性和先進(jìn)性。

（5）加強(qiáng)項(xiàng)目工作的組織和協(xié)調(diào)，保證在數(shù)據(jù)詳實(shí)、主要技術(shù)問題明確的基礎(chǔ)上開展調(diào)查與監(jiān)測工作。工作中需取得各級自然資源職能部門，有關(guān)環(huán)境部門、城市發(fā)展與建設(shè)部門及礦山開發(fā)部門支援配合工作，共同取得真實(shí)、可靠的認(rèn)識、調(diào)查成果和評價(jià)。

4 形變監(jiān)測結(jié)果及驗(yàn)證

圖3為山口水電站滑坡153景SAR數(shù)據(jù)計(jì)算獲得的2014 年10 月～2021 年2 月地表形變速率圖。從圖3 可以看出，山口水電站滑坡區(qū)域這段時(shí)期內(nèi)最大形變速率在雷達(dá)視線方向達(dá)到-78.4 mm/a。期間共有6 個(gè)變形體被探測到，對這6 個(gè)變形體進(jìn)行了剖面分析，發(fā)現(xiàn)變形體3和4形變量最大，在這段時(shí)期內(nèi)最大累計(jì)形變量達(dá)-614.7 mm。

圖3 地表形變速率圖

為了對合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)（InSAR）的監(jiān)測成果進(jìn)行驗(yàn)證，使用傳統(tǒng)監(jiān)測方法，在滑坡體上布設(shè)6條監(jiān)測斷面共埋設(shè)20個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，使用TS60測量機(jī)器人采用極坐標(biāo)差分法定期對滑坡體進(jìn)行監(jiān)測分析，經(jīng)對比，其監(jiān)測結(jié)果與InSAR 技術(shù)成果相比具有一致性（見圖4）。

圖4 InSAR技術(shù)監(jiān)測與傳統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果對比分析圖

5 結(jié)語

山口水電站滑坡2014年10月至2021年2月一直呈周期性緩慢形變，最大累計(jì)形變量達(dá)-614.7 mm，最大形變速率達(dá)-78.4 mm/a，可見最大形變體一直處于持續(xù)的形變狀態(tài)。因此必須基于監(jiān)測結(jié)果開展實(shí)地調(diào)查，收集水電站數(shù)據(jù)、地面測量數(shù)據(jù)及地質(zhì)構(gòu)造背景等資料，開展InSAR 監(jiān)測結(jié)果的解譯工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

針對山口水電站滑坡區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀，應(yīng)加快構(gòu)建山口水電站滑坡區(qū)域基于多種技術(shù)的主動應(yīng)急災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，建議：

（1）基于歷史存檔數(shù)據(jù)，開展重點(diǎn)區(qū)域的歷史形變特征分析，獲取重點(diǎn)形變區(qū)形變演變歷史過程，充分利用已獲取的數(shù)據(jù)，進(jìn)行信息挖掘。

（2）InSAR技術(shù)對地面形變的監(jiān)測在空間上是外部，在時(shí)間上處于形變階段的后期，屬于形變表現(xiàn)特征的監(jiān)測；地面以下的地質(zhì)體形變在空間上是內(nèi)部，在時(shí)間上處于形變階段的前期，屬于形變本質(zhì)。因此對誘發(fā)滑坡的要素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析非常必要，InSAR 結(jié)果與庫區(qū)水位、降雨、溫度等進(jìn)行相關(guān)性分析，查明滑坡形變的主要外部誘發(fā)因素。將In-SAR監(jiān)測技術(shù)與傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，可形成優(yōu)勢互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)滑坡形變監(jiān)測覆蓋范圍最大化和災(zāi)害孕育-發(fā)展-至災(zāi)的全過程監(jiān)測、預(yù)警。