摘要：滑坡因其巨大的破壞性和危險性引發(fā)各國學者的廣泛關(guān)注和深入研究。很多災(zāi)難性滑坡事件發(fā)生在河流兩岸或者蓄水庫區(qū)的邊坡，提前發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域的滑坡隱患并采取相應(yīng)的防治措施是減小人民生命財產(chǎn)損失的前提。中國西北地區(qū)的龍羊峽—劉家峽河段是黃河上游重要的生態(tài)保護區(qū)，也是水電開發(fā)的重點區(qū)域。本文利用多個軌道的422景Sentinel-1 SAR影像對龍陽峽—劉家峽段進行滑坡的探測和編目。結(jié)果表明，龍陽峽—劉家峽段共探測到滑坡597處，主要分布在海拔1800-3000m、坡度20-30°之間的斜坡提上。面積小于10000 m2的滑坡占探測到活動滑坡總數(shù)的80%，滑坡的空間分布與子盆地的相對活動構(gòu)造指數(shù)具有強相關(guān)性，說明滑坡的發(fā)育受到了區(qū)域斷層活動的控制，這可能與黃河上游特殊的地質(zhì)巖性有關(guān)。通過本文研究，我們總結(jié)了一個基于多軌道SAR數(shù)據(jù)和多InSAR技術(shù)的滑坡探測和監(jiān)測框架，這個框架保障監(jiān)測精度的同時極大地提高了作業(yè)效率，所提出的框架可用于其他具有類似復雜地貌區(qū)域的活動滑坡的高效和系統(tǒng)地探測和編目。
關(guān)鍵詞：黃河上游，滑坡，InSAR時間序列，水電站，Sentinel-1

1.引言
對于滑坡災(zāi)害的調(diào)查對黃河流域有著重要的意義，滑坡不僅會導致土地的流失，還會加速水土流失，影響土地的肥力和可持續(xù)利用。黃河流域是中國重要的糧食產(chǎn)區(qū)，滑坡的發(fā)生會影響農(nóng)田的產(chǎn)出，進而影響糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟；滑坡可能會帶走土壤、污染物等，使其進入黃河水體中，導致水質(zhì)惡化。這對于黃河的水資源管理和供水安全都是一個威脅；黃河流域的堤壩建設(shè)是為了防止洪水侵襲，而滑坡可能會對這些堤壩造成破壞，從而削弱了防洪能力，增加了洪災(zāi)的風險；滑坡可能會危及周邊居民和基礎(chǔ)設(shè)施的安全。在黃河流域人口密集的地區(qū)，滑坡造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失可能會對當?shù)厣鐣?jīng)濟產(chǎn)生嚴重影響；黃河流域是中國的重要工業(yè)基地，也是交通運輸?shù)囊亍；驴赡軙茐牡缆贰㈣F路等基礎(chǔ)設(shè)施，影響交通運輸?shù)臅惩ǎ瑫r也會影響工程建設(shè)的進行；滑坡對黃河具有重要性，涉及到水土保持、生態(tài)環(huán)境、水資源、防洪、人類安全、社會經(jīng)濟和基礎(chǔ)設(shè)施等多個方面。因此，地方政府和相關(guān)部門需要密切關(guān)注滑坡風險，采取合適的預防措施和應(yīng)急措施，以減少滑坡對黃河流域造成的不利影響。
黃河上游龍羊峽-劉家峽段位于中國黃土高原和青藏高原之間，活動構(gòu)造復雜，地貌類型多樣。青藏高原隆起和擠壓形成的高山峽谷地形特別適合建設(shè)水電站從而滿足灌溉、防洪和發(fā)電的需要。然而，該地區(qū)獨特的地質(zhì)背景也發(fā)育了分布廣泛的滑坡地質(zhì)災(zāi)害。
本文試圖對龍羊峽-劉家峽段的活動滑坡進行探測并分析其時空行為。首先從多軌道InSAR圖像中獲得廣域視距(LOS)地表變形速度。結(jié)合地表位移速度、地形因素和地貌特征對活動滑坡進行識別，并定量分析活動滑坡的空間分布特征。此外，還對李家峽水庫和席芨灘滑坡進行了地表位移時間序列分析。最后，對已探測到的活動滑坡的聚集機制和可能的觸發(fā)因素進行了討論。

2.研究區(qū)域
黃河上游龍羊峽-劉家峽段全長約388公里，是黃河流域生態(tài)保護的關(guān)鍵區(qū)域，該地區(qū)位于快速隆升的青藏高原和相對隆升的黃土高原的交匯處[1]，西秦嶺斷裂和拉脊山斷裂帶控制著區(qū)域構(gòu)造活動，區(qū)域地表演化長期以來受到青藏高原東北擠壓的影響，形成了盆地和山脈地形[2]。新近紀以后，蘭州盆地、臨夏盆地、西寧盆地和貴德盆地逐漸演化為獨立的沉積盆地[3]，盆地邊緣在地質(zhì)歷史上長期受到黃河及其支流的侵蝕和切割，為滑坡的形成提供了有利的地貌條件[4,5]。該地區(qū)為典型的干旱-半干旱大陸性高原氣候，具有短暫涼爽的夏季和漫長寒冷的冬季。獨特的氣候條件導致巖石風化嚴重，植被稀疏。年平均降水量316-436毫米，主要集中在夏季和秋季。
3.數(shù)據(jù)與方法
總共使用了422景Sentinel-1單視復數(shù)圖像(SLC)，包括兩個上升和兩個下降軌道數(shù)據(jù)集。利用2年 (2020年1月至2022年3月)的影像進行廣域活動滑坡探測，利用5年半(2016年9月至2022年3月)的影像進行變形時間序列反演。采用30 m的數(shù)字高程模型(DEM)去除干涉圖中的地形相位。采用通用大氣校正在線服務(wù)(GACOS)中的對流層延遲產(chǎn)品來削弱大氣延遲誤差。
本文提出一個廣域活動滑坡探測與監(jiān)測框架，該框架包括三個主要模塊，如圖2所示。第一個模塊是廣域活動滑坡探測，包括LOS變形速度圖的獲取和活動滑坡的識別。該模塊使用GACOS輔助InSAR-Stacking方法獲得地理編碼的LOS位移速度。將多軌數(shù)據(jù)集生成的LOS速度圖與光學圖像中出現(xiàn)的地貌特征結(jié)合起來識別活動滑坡。該模塊的最終輸出是具有變形和地貌屬性的滑坡清單。當識別出具有較大形變速率和潛在危險的斜坡時采用模塊2，該模塊用于跟蹤其位移時間序列模式，利用各種先進的時序InSAR技術(shù)可以準確、可靠地分析滑坡的時間特性。第三個模塊包括對監(jiān)測到的活動滑坡進行分析并提供預防風險的建議。本模塊強調(diào)活動滑坡的時空行為特征，如聚類現(xiàn)象和非線性運動。可能的內(nèi)部和外部因素，如地質(zhì)構(gòu)造、地貌、暴雨、地下水位和水庫蓄水用來解釋這些行為。 4.結(jié)果與分析
圖3(a)和(c)顯示了黃河上游龍羊峽-劉家峽段的地表LOS形變速度圖，分別由兩個上升和下降軌道的Sentinel-1數(shù)據(jù)集生成。InSAR觀測覆蓋總面積為37 873平方公里。圖例中的正值(藍色)表示位移朝向衛(wèi)星移動，負值(紅色)表示位移遠離衛(wèi)星。對比升降軌數(shù)據(jù)重疊區(qū)域內(nèi)的變形速率，可以看出相鄰軌跡之間的相關(guān)性較高，說明LOS位移速率具有較高的可靠性。
將InSAR反演的LOS速率圖與地形因子和光學影像相結(jié)合來識別活動滑坡。LOS形變速率絕對值大于1 cm/yr和坡角大于5°的形變區(qū)認為活動滑坡。然后，對多時相光學圖像進行視覺解譯以消除對滑坡的誤判，盡可能根據(jù)其地貌特征繪制滑坡邊界。最后，本文得到597個活動滑坡的目錄清單，包括它們的位置、大小、邊界和變形速率，其中291個僅通過升軌數(shù)據(jù)獲取，177個僅通過降軌數(shù)據(jù)獲取，129個可由升降軌數(shù)據(jù)同時觀測。這些結(jié)果說明了使用多軌數(shù)據(jù)進行滑坡探測的必要性，這可以極大地減少SAR側(cè)視引起幾何畸變的影響。
 
對探測到的活動滑坡的坡角、坡向、高程和面積進行了定量分析。約82.3%滑坡分布在海拔2000至3000米之間；活動滑坡在海拔2600米左右最為發(fā)育；在海拔2600米以下，滑坡數(shù)量隨海拔高度的增加而增加；然而海拔2600米以上，滑坡數(shù)量隨海拔高度的增加而逐漸減少。此外，隨著坡度的增加，活躍滑坡數(shù)量減少，約89.2%的滑坡發(fā)生在坡度為5°~ 30°的區(qū)域，探測到的活動滑坡以中小型滑坡為主，面積小于8×105 m2的滑坡占滑坡總數(shù)的79.2%；然而，應(yīng)該注意的是，仍有30個活動滑坡的面積大于3×106 m2。此外，滑坡坡向幾乎是均勻分布的，說明它們沒有主要的坡向。 5.討論
探測到的活動滑坡的空間分布與區(qū)域斷層的走向具有很好對應(yīng)性。滑坡集中在拉脊山斷裂帶和西秦嶺斷裂之間，且空間密度在尖扎-群科盆地最高。本文引入了相對活動構(gòu)造指數(shù)(Iat)來揭示活動滑坡發(fā)育的聚類機制[6]。該因子可以評價相對構(gòu)造活動，更重要的是，根據(jù)幾個地貌指標表征晚新生代構(gòu)造活動與相應(yīng)盆地地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系[7]。Iat的值可以用地貌指數(shù)的總和除以應(yīng)用指數(shù)的數(shù)量來計算，并分為由強（等級1）到弱（等級4）四個等級。
龍羊峽-劉家峽段內(nèi)各子盆地的Iat分類結(jié)果如圖5a所示。觀測到的滑坡空間聚集與盆地構(gòu)造活動顯著相關(guān)，尤其在尖扎-群科盆地，相對構(gòu)造活動強，滑坡密度也大。如圖5(b)所示為滑坡的空間密度圖，顯示了每平方公里區(qū)域內(nèi)活躍滑坡的數(shù)量。對子盆地的相對構(gòu)造活動分類進行柵格化，并重新采樣到與滑坡密度圖相同的區(qū)域如圖5(c)，然后計算不同類別對應(yīng)的平均滑坡密度。結(jié)果表明，等級1-4的Iat滑坡對應(yīng)的平均滑坡密度分別為0.080、0.060、0.057和0.040，這表明該區(qū)域的群聚滑坡與區(qū)域構(gòu)造活動有關(guān)。此外，基礎(chǔ)地質(zhì)圖顯示，循化-尖扎-群科盆地地層巖性、厚度差異較大，上部地層以砂巖、泥巖、砂礫巖為主，第四系細砂、粉砂、黃土夾層外露，松散的巖性為滑坡群的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[8]。
 
圖5 黃河上游龍羊峽—劉家峽段滑坡空間分布受相對構(gòu)造活動水平(Iat)控制
6.結(jié)論
對河流廊道沿線潛在活動滑坡的探測和監(jiān)測可以更好地預防災(zāi)害、保護人民生命財產(chǎn)、促進可持續(xù)發(fā)展。由于復雜地質(zhì)環(huán)境和水電站建設(shè)，黃河上游龍羊峽-劉家峽段出現(xiàn)了大量滑坡。本文利用多個軌道Sentinel-1數(shù)據(jù)集生成了黃河上游龍羊峽-劉家峽段活動滑坡的編目清單，在約37873平方公里的區(qū)域內(nèi)共探測到597處活動滑坡，鑒于滑坡的空間聚焦特性，引入相對構(gòu)造活動因子(Iat)證明了滑坡空間分布與區(qū)域的構(gòu)造活動水平有關(guān)。更重要的是，本研究總結(jié)了活動滑坡的廣域探測與監(jiān)測技術(shù)框架，該框架可在大空間尺度上快速捕捉滑坡的活動及演化特征，有利于滑坡的防災(zāi)減災(zāi)。
參考文獻
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