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滑坡灾害InSAR应急排查技术方法研究

更新时间:2016-07-05

0 引言

2017年6月24日四川茂县叠溪镇新磨村发生高位山体滑坡,造成重大人员伤亡和财产损失。滑坡发生后,姚鑫等利用干涉合成孔径雷达技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)追溯观测,发现滑前长期以来存在变形现象。这与许强等 [1]发现的地质灾害发生之前一般都会有等速变形、加速变形现象相一致。但是由于我国西南地区海拔高、地形陡峭、地表覆盖条件复杂,光学遥感解译难以全面识别,地面调查很多高位不易到达,导致一定量的高危隐蔽滑源区遗漏,调查的时间周期也比较长,这无法满足地质灾害排查的需求。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)对地观测通过自主发射和接收微波来探测地表,通过干涉相位变化测量地表变形,具有全天时、全天候、观测范围大、灵敏性高、高性价比、观测时间可回溯等优势,这对于大范围的地质灾害快速排查具有重要意义[2~3]

上世纪90年代国外学者就已经将InSAR技术应用于监测地表形变[4~5]。国内专家在InSAR监测滑坡变形上也取得了一定的进展,张琴等[6]基于InSAR监测发现武隆鸡尾山滑坡发生的前两年坡体就已经出现缓慢变形,Yao等[7]通过InSAR变形系统的识别了鲜水河断裂带滑坡、泥石流、冰碛物的空间分布。借助于Sentinel-1丰富的存档数据,InSAR在此次茂县灾害性滑坡调查中发挥了重要作用,更多专家学者意识到InSAR技术的巨大潜力。因此,利用InSAR技术对四川省地质灾害高易发区进行地质灾害排查被提上议事日程。文章以雷波县为例,利用多种SAR数据干涉测量,识别了雷波县域范围内的活动性滑坡,并与地表调查点进行对比,探讨InSAR技术在地质灾害排查中的作用。

1 研究区地质概况

四川省雷波县位于四川省西南边缘的横断山脉东段小凉山,金沙江西北岸,与云南省永善县隔江相望(见图1)。县区内地形复杂,高差为274~4000 m,差别较大,整体呈西高东低的趋势。雷波县沿江气候属亚热带山地立体气候,高山对峙,气流无法入内,其河谷区与其他同纬度地区相比温度偏高,降水较少,因而又干又热,素有“干热河谷”之称[8]。但县域非临江区雨热同期,丛林密布,境内多年平均降雨量为852.6 mm[9]

图1 雷波县区位图 Fig.1 Location of Leibo County

从构造体系上来说,雷波县位于扬子准地台西缘,川滇断块构造区[10]。雷波县也属于华夏系、新华夏系构造体系和经向构造体系的分界线,华夏系、新华夏系构造体系位于雷波以东,其普洱度—莲峰带构造形迹向西南方向延入雷波县;经向构造体系分布在雷波以西,控制着该区的沉积建造以及岩浆岩建造,且该构造体系长期多次活动,伴有巨型断裂的复式隆起带。雷波县内断裂分布主要为压性或压扭性断裂,呈南北向分布,贯穿雷波县区[11];该区皱褶的轴向分布与断裂平行,也呈南北向分布。此外,还发育有北东—南西向断裂,在雷波县境内戛然而止。雷波县区岩性复杂多样,广泛分布震旦系、奥陶—志留系的地层,以页岩为主;部分地区出露三叠、侏罗系的碎屑岩、碳酸盐、泥页岩、砂岩和玄武岩类地层,主要分布在县区东部和西部;在金沙江河谷地带分布第四系松散的冲积物与残坡积物。

以上气候、地理和地质条件决定了雷波县地质环境脆弱,是滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害易发区,加之雷波县位于溪洛渡水库蓄水区,库水位变动加剧了滑坡的活动,对该区人民的生命安全和财产安全造成威胁[9]。已有的地表调查表明雷波县灾害隐患点有269处,是四川省地质灾害多发县区之一。

2 工作流程与方法

2.1 工作流程

充分利用InSAR技术可以多时段、多角度、多量程观测的技术优势,对该区的地质灾害进行

收集覆盖研究区2007年1月至2011年3月的17景存档PALSAR-1 SAR数据,按照研究区范围进行拼接裁剪;使用美国30 m分辨率的SRTM DEM消除地形相位。根据小基线的计算方法,选出8个干涉组合,平均空间基线为299.069 m。另外采用了2016年10月22日和2017年1月28日的2景降轨PALSAR-2数据、2016年12月3日和2017年12月27日Sentinel-1 A/B的2景降轨数据、2016年1月7日至2017年3月8日Sentinel-1 A/B的2景升轨数据,具体参数见表1。

图2 滑坡灾害InSAR排查的工作流程图 Fig.2 Work flow chart of landslide detection by InSAR

2.2 数据的选取

排查,构建了一个观测方法体系,主要包括:数据选取→干涉处理→综合解译→绘制灾害图→规律分析和总结,流程如图2所示。

基于营口港所需的英语人才现状展开调研,探讨如何改革现有的大学英语教学模式,即如何将公共英语教学与学生所学专业相结合,建立与专业相结合的大学英语教学模式。

1 所选数据类型及卫星传感器基本参数

Table 1 The selected data type and main parameters of the satellite sensor

星载SAR系统波长/cm极化方式观测方向数据日期平均基线/m侧视角/(°)分辨率/m灾害个数PALSAR-1L(23.6)HH升轨2007-07-07、2007-08-22、2007-08-22、2008-01-07、2008-04-08、2008-05-24、2009-01-09、2009-02-24、2009-08-27、2010-01-12、2010-02-27、2011-01-15和2011-03-0229938.741275PALSAR-2L(23.8)HH降轨2016-10-22和2017-01-285639.663.081Sentinel-1A/BC(5.6)VV升轨2016-01-07和2017-03-084533.911511Sentinel-1A/BC(5.6)VV降轨2016-12-03和2017-12-273033.951534

数据的选取考虑到了PALSAR-1和其他三种数据的时间差,同时也用现今L波段和C波段数据进行对比补充,其中,Sentinel-1 A/B获取相对快捷;PALSAR-2数据覆盖雷波县区中部和南部区域。多方位,多时段,多波段的探查结果更加完整可靠。

2.3 滑坡灾害的识别

以InSAR观测变形为主,辅助光学遥感、地貌和地质条件特征解译雷波县域内的活动性地质灾害,PALSAR-1 InSAR变形解译滑坡75处(见图3a),PALSAR-2解译滑坡81处(见图3b),二者重合4处;Sentinel-1 A/B升轨解译滑坡34处(见图3c),与前两者重合24处;Sentinel-1 A/B降轨解译滑坡11处(见图3d),与PALSAR结果重合9处,综合得出该区滑坡共163处(见图4)。

a—PALSAR-1;b—PALSAR-2;c—Sentinel-1 A/B升轨;d—Sentinel-1 A/B降轨 图3 SAR数据覆盖范围及滑坡解译图 Fig.3 Coverage area of SAR data and interpretation map of landslides

图4 灾害综合图 Fig.4 Comprehensive map of hazards

[1] 许强, 汤明高, 徐开祥, 等. 滑坡时空演化规律及预警预报研究[J]. 岩石力学与工程学, 2008, 27(6): 1104~1112.

首先,SAR数据的时间段不同。PALSAR-1的数据是2008—2011年的历史存档数据,时间跨度大,监测范围广,且多干涉组合;而PALSAR-2的数据是2016年冬—2017年春的两景现今干涉组合,时间跨度小;Sentinel-1 A/B也是现今雷达数据,测得的是2016年冬—2017年春的滑坡变化情况。部分地区在几年前未见斜坡变形,而现今发展为不稳定斜坡。图5中4种影像进行对比可以发现A滑坡在2007—2011年PALSAR1干涉图上未发生变形,而2016—2017年的PALSAR-2、Sentinel-1 A/B的多种干涉图则反映现今有明显的变形,推测是由于2013年7月溪洛渡蓄水诱发。

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a—PALSAR-1 升轨; b—PALSAR-2降轨;c—Sentinel-1 A/B升轨;d—Sentinel-1 A/B降轨。 图5 分幅影像解译图 Fig.5 Interpretation map of iframing images

四种不同时段、不同角度、不同波长和分辨率数据的联合使用可以克服大部分SAR干涉的固有不足,有效增加滑坡识别的全面性、动态性和准确性。

最后,雷达数据的分辨率和波长不同。PALSAR-2数据分辨率为3 m,信噪比较高,识别结果健壮性好。PALSAR数据为L波段,较C波段的Sentinel-1 A/B对植物的穿透能力更强,因此对抗植被干扰更有利。Sentinel-1 A/B数据波长短,对变形信息更敏感。

从图3和图4可以看出,在雷波县西北地区少见解译的滑坡点分布,初步分析有三种可能的原因:(1)该区植被覆盖,而Sentinel-1 A/B为C波段,未能穿透植被而出现失相干现象;(2)植被密度大,水土保持能力较强,不易发生滑坡;(3)地层岩性条件好,该区主要为下—中三叠统台地相灰岩、白云岩地层,分布范围广,岩石较坚硬,不易发生斜坡变形破坏;西北角分布侏罗系泥岩地层,岩性软弱,属于易滑地层,但灾害点规模小于InSAR监测精度范围且属于短期新生变形,不易监测。

3 滑坡发育分布特征

3.1 70%以上的滑坡分布在金沙江及美姑河沿岸

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3.2 北向坡和30°~40°坡度是滑坡高发区

坡度是影响不稳定斜坡变形的一个重要因素,一般来说,在某一地区坡度区间与滑坡灾害具有一定内在联系[12]。以滑坡中心点的坡度、坡向为准,统计了这些滑坡灾害的坡度分布(见图6),38%发生在30°~40°坡度范围内,而该坡度范围仅占全区15%的面积。由此可见,当坡度大于30°时,该区的岩土体接近或达到其稳定临界角[13]。从滑坡坡向分布统计图中看出,南北向的滑坡分布较多(见图7)。

图6 滑坡灾害点坡度分布统计图 Fig.6 Statistical graph of hazard sites according to gradient

图7 滑坡灾害点坡向分布统计图 Fig.7 Statistical graph of hazard sites according to aspect

3.3 除寒武系奥陶志留系地层发生地质灾害比例较高其它各地层总体分布较均一

从岩性角度考虑,该区滑坡主要分布于寒武系筇竹寺组—娄山关组的泥页岩、粉砂岩地层和奥陶—志留系红石崖组—回星哨组的碳酸盐岩及碎屑岩地层中,部分滑坡分布于二叠系—三叠系的白云岩和页岩地层中,少数分布于震旦系观音崖组—灯影组的砂岩页岩中(见图8)。碳酸盐岩、碎屑岩和软弱岩区由于孔隙度大、松散堆积、岩性软弱等特点,斜坡易发生变形,导致地质灾害的发生;该区中—上二叠统灰岩地层分布较广,灾害分布却占比较少,表明研究区该地层属于相对稳定地层。

O-Shx—奥陶—志留系红石崖组—回星哨组碳酸盐岩及碎屑岩;∈—寒武系筇竹寺组—娄山关组泥页岩、粉砂岩、砂岩、灰岩、白云岩(底部含磷);O-Sd—奥陶—志留系红花园组/大路寨组并层页岩、笔石页岩、灰岩夹钙质页岩、钙质砂岩、白云岩上三叠统宝顶组/白果湾组陆相长石石英砂岩、粉砂岩、泥岩夹煤;P2-3s—中—上二叠统树河组/梁山组—宣威组/黑泥哨组下部为砂页岩、灰岩、白云岩,上部为拉斑玄武岩偶含砂页岩;T1-2PLF—下—中三叠统飞仙关组—雷口坡组台地相以灰岩、白云岩为主,底部为页岩,顶部岩溶角砾岩;P2-3x—中上二叠统梁山组/峨眉山组—宣威组并层砂岩夹页(泥)岩、煤层,灰岩及玄武岩;Z—震旦系观音崖组—灯影组白云岩,底为砂岩、页岩下三叠统东川组/飞仙关组—嘉陵江组台地相,以灰岩、白云岩为主,底部页岩;J2—中侏罗统千佛岩组—沙溪庙组,灰—紫红色泥岩、粉砂岩、砂岩夹灰岩下三叠统飞仙关组浅海相紫红色泥(页)岩夹灰岩;J1—下侏罗统自流井组/新田沟组紫红色泥岩、砂岩、粉砂岩夹灰岩、泥灰岩 图8 滑坡在不同地层岩性中分布的比例 Fig.8 Percentage of landslides in different strata and lithologies

4 结果验证与分析

根据中国地质调查局县市地质灾害调查记录,该区地质灾害隐患点共269处,其中不稳定斜坡32处,泥石流60处,滑坡120处,崩塌57处(见图9)。

图9 地面调查的雷波县地质灾害点 Fig.9 Geological hazard sites in Leibo County through field survey

图10 InSAR解译滑坡点与地面调查滑坡对照 Fig.10 Comparison between landslides detected by InSAR and those surveyed in field

由于InSAR识别的是活动性滑坡,因此仅选取现场调查的120处滑坡和32处不稳定斜坡与InSAR结果进行对比(见图10)。InSAR解译灾害点163处,数量上比现场调查多11处,同时两种调查结果在规模、位置和危害性上有所差别。地面调查测得的滑坡最小和最大面积分别为375 m2和78×104 m2,而用InSAR测得的滑坡最小和最大面积分别为9675 m2和116×104 m2,由此可见,传统地质调查对规模小的滑坡有一定优势,而InSAR对大范围的滑坡把握相对准确,且这类变形中的斜坡更易转化为突发性灾难滑坡。从分布范围来看,地面调查区域主要分布在公路旁边,房前屋后;而在美姑河两岸,InSAR解译测得的灾害点明显多于地面调查隐患点,这表明在地势险峻地区,传统地质勘查不易到达,存在盲区。

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“温比亚”露出了她真实的面容,原来是一位狰狞凶残的巫婆。她吼叫着,像只饿狼。上天悲切,嚎啕痛哭;大地颤抖,呻吟不止。楼下碗口粗的梧桐树,被摁弯了腰,顽强抗争着;咯吱咯吱——这只巨兽撕咬着楼房厚厚的墙壁;密集的雨滴击打着玻璃窗,抬头一望,窗户泪流满面,一肚子委屈。巫婆在外疯狂地叫嚣:“哈哈,这个世界是我的!是我的!”看我一脸不屑,她怒火万丈,隔窗向我挑战。我起身干脆打开一扇窗,她伸出冰冷的手拽我,怎奈我纹丝不动,她气急败坏又无可奈何。我戴着花镜,继续看书。哈,看谁能笑到最后。

5 讨论

InSAR变形监测结合地形地貌、光学影像等信息能够识别不稳定斜坡[14],这对于地面调查有着重要的指导意义。地面调查测得的滑坡一般是人类活动区,且是一个状态的调查,缺乏全面性和动态性;而InSAR监测的是活动性滑坡,是现实正在发生变形的区域,更具有时效性和防灾意义。

InSAR技术在应急排查中还存在一些不足。第一,地理因素影响,因该区地处干热河谷,地形高差大,大气延迟误差严重。第二,由于观测时间基本上集中在冬天,是泥石流低易发期,对这类灾害的识别还有待补充。第三,对于小于雷达卫星分辨率范围的变形不能很好的监测,因此需要将InSAR技术和传统的地质勘查相结合,相互补充和借鉴,加快调查速率。

在实际地质灾害排查的工作中,InSAR监测需与地面调查相互补充和促进,实时了解滑坡的动态和瞬态信息,对灾害点信息的探查更加完整准确,从而造福人民群众。

6 结论

利用InSAR技术与遥感影像综合解译地表变形,快速准确的识别了雷波县区的活动性滑坡发育分布情况,获得了以下几个方面的认识。

3.2 角膜移植术后患者用药依从性阻碍因素 多元回归分析中,工作或家务忙、疾病对工作或生活的影响程度重的患者用药依从性得分越低。分析原因,由于角膜移植术后需长期用药,有些患者还需多种药物多次联合使用,会给工作、生活带来不便,常有患者因工作或家务忙而忘记用药或长时间中断用药。为此,医师在给患者设计治疗方案时如果考虑到患者的实际情况,帮助患者安排好用药时间,避免在工作时间内用药,选择便于携带的药物,在患者外出时也能保证按时用药,这些都将有助于提高依从性。另一方面,加快研发并推广一些有助于提高用药依从性的技术设备,如自动提醒、记录装置及智能药瓶等也是将来研究的方向。

(1)不同卫星探测的时间有所差异, InSAR技术利用不同时段的存档数据能够追溯滑坡历史微小变形,探查过去几年甚至十几年的滑坡活动情况,从而实现活动性滑坡的有效识别。

(2)SAR数据的侧视成像特点使得它具有阴影、叠衍和失相干等现象,这些现象的存在使得InSAR监测结果不能一蹴而就。也正因为这个特点,可以利用多时段、多角度和多分辨率SAR数据来进行综合的分析处理,从而提高滑坡(尤其是对高位滑坡)识别的效果、效率和时效性。

其次,雷达卫星的观测角度不同。雷达卫星是侧视成像,因此会产生顶底倒置、阴影、叠衍等现象。雷波县区坡度陡、高差大,这三种SAR成像畸变在该区普遍存在,其中叠衍现象尤为明显,极大影响了该区变形现象的准确探测。图5b—5d为影像时间段相近的观测,B滑坡在图5b和图5d降轨数据影像中均能呈现变形现象,而在图5c升轨影像中则因为叠掩现象而无法干涉。

(3)与地面调查结果比较,InSAR技术有其独特的优势,对滑坡的识别更全面、对滑坡规模的探查更准确,对高位滑坡和集中分布滑坡的识别更有效,这些特点使得InSAR技术可以作为现今地质灾害排查的重要手段之一,其与地面调查的综合使用能够促进地质灾害调查和防治的发展。

(4)雷波县滑坡分布有以下特点:从地貌上来看,雷波县滑坡主要分布在金沙江及美姑河沿岸;从坡向和坡度上来看,北向坡和30°~40°坡度是地质灾害高发区;从地层角度分析,除寒武系、奥陶—志留系地层发生地质灾害比例较高,其它各地层总体分布较均一。

参考文献/References

在滑坡解译数量和重合度方面,4组数据有明显差异,原因有三方面。

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从地貌类型来看,河谷区占全县面积的23%,但是却有70%以上的地质灾害分布在金沙江及美姑河两岸,美姑河灾害占比22%,金沙江流域灾害占比48%。谷区高差悬殊,河谷与高山降雨分布不均,易造成河谷上下土体饱和程度不同,这种差异的存在,使得部分区域出现斜坡的不均匀变形,导致灾害的发生。该区也属于溪洛渡水电站蓄水影响区,库水位的升降亦是导致河谷地质灾害多发的一个重要因素。

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由文献[19]易知Ø,且文中给出了计算所有约简的组合优化方法,但该方法是NP难的。实际应用中,经常只需一个约简即可满足人们的需求。下面在文献[19]的基础上给出一个搜索规则置信度保持的属性约简的启发式算法。

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第一,互联网金融通过运用互联网技术拓展了客户群体,利用第三方支付的快捷性抢占商业银行中间业务,增强客户粘性,直接挤占商业银行的以支付结算为基础的收益;且从互联网金融发展的整体层次来看,其势头随着时间作用会继续加强,若商业银行保持形状不变,其对商业银行的盈利能力会造成巨大的冲击.

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雪萤焦急地说:“别听他的,他这种人什么事做不出来?!”一杭说:“听到了吗?如果你的话可信,看守公厕的老人能被杀?夏冰能被送进监狱?我能落到今天这个地步?”

爬上那道梁,我站在路边那棵孤单的乌桕树下,焦心地眺望着暮色迷茫的远方。时间像蛇一样悄没声儿地溜走,月亮从王家山那边爬上来,明晃晃地挂在半空。路上早断了行人,我不敢往前去,那年在王家山脚下遭狼,到如今我还后怕。想到这里,我又祈愿大梁莫走夜路,晚就晚个天把吧,那年桂生就是这样咬成了狼剩儿的,你可不许遭了狼啊。我在树下走来走去,像个烦躁的困兽,不时扯起脖颈儿,向四周张望。

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她被妈妈骂的时候,会噘起小嘴巴,眼睛向下看。有时,还会带一点点眼泪。被骂得很凶的时候,她放声哇哇大哭,眼泪就像泉水一样涌出来。

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根据DEA理论及医疗卫生资源与卫生服务情况,上式中DEA目标函数的投入指标本文确定为地区注册医生总数、地区医疗卫生床位总数;其产出指标分别是地区年门诊诊疗总人次、地区年住院总人次。

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②丙氨酸转氨酶(ALT)和/或天冬氨酸转氨酶(AST)大幅升高,黄疸进行性加深 (85.5≤TBil<171 μmol/L)或每日上升≥17.1 μmol/L;

武陵自然村调查地面塌陷共37处,主要集中发生在2017年10月16~17日(矿洞透水发生于2017年10月14日),数量达34处,占调查总数的92%,仅有3处发生在11月20日。塌陷发生期间均有降雨过程。可见矿洞开采透水是本次塌陷发生的诱因,塌陷发生后,受降雨影响,塌陷点的规模逐渐扩大并伴随新的塌陷点出现。

刘星洪,姚鑫,周振凯,李凌婧,姚佳明
《地质力学学报》 2018年第02期
《地质力学学报》2018年第02期文献

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