摘要：滑坡因其巨大的破坏性和危险性引发各国学者的广泛关注和深入研究。很多灾难性滑坡事件发生在河流两岸或者蓄水库区的边坡，提前发现这些区域的滑坡隐患并采取相应的防治措施是减小人民生命财产损失的前提。中国西北地区的龙羊峡—刘家峡河段是黄河上游重要的生态保护区，也是水电开发的重点区域。本文利用多个轨道的422景Sentinel-1 SAR影像对龙阳峡—刘家峡段进行滑坡的探测和编目。结果表明，龙阳峡—刘家峡段共探测到滑坡597处，主要分布在海拔1800-3000m、坡度20-30°之间的斜坡提上。面积小于10000 m2的滑坡占探测到活动滑坡总数的80%，滑坡的空间分布与子盆地的相对活动构造指数具有强相关性，说明滑坡的发育受到了区域断层活动的控制，这可能与黄河上游特殊的地质岩性有关。通过本文研究，我们总结了一个基于多轨道SAR数据和多InSAR技术的滑坡探测和监测框架，这个框架保障监测精度的同时极大地提高了作业效率，所提出的框架可用于其他具有类似复杂地貌区域的活动滑坡的高效和系统地探测和编目。
关键词：黄河上游，滑坡，InSAR时间序列，水电站，Sentinel-1
1.引言
对于滑坡灾害的调查对黄河流域有着重要的意义，滑坡不仅会导致土地的流失，还会加速水土流失，影响土地的肥力和可持续利用。黄河流域是中国重要的粮食产区，滑坡的发生会影响农田的产出，进而影响粮食生产和农业经济；滑坡可能会带走土壤、污染物等，使其进入黄河水体中，导致水质恶化。这对于黄河的水资源管理和供水安全都是一个威胁；黄河流域的堤坝建设是为了防止洪水侵袭，而滑坡可能会对这些堤坝造成破坏，从而削弱了防洪能力，增加了洪灾的风险；滑坡可能会危及周边居民和基础设施的安全。在黄河流域人口密集的地区，滑坡造成的人员伤亡和财产损失可能会对当地社会经济产生严重影响；黄河流域是中国的重要工业基地，也是交通运输的要地。滑坡可能会破坏道路、铁路等基础设施，影响交通运输的畅通，同时也会影响工程建设的进行；滑坡对黄河具有重要性，涉及到水土保持、生态环境、水资源、防洪、人类安全、社会经济和基础设施等多个方面。因此，地方政府和相关部门需要密切关注滑坡风险，采取合适的预防措施和应急措施，以减少滑坡对黄河流域造成的不利影响。
黄河上游龙羊峡-刘家峡段位于中国黄土高原和青藏高原之间，活动构造复杂，地貌类型多样。青藏高原隆起和挤压形成的高山峡谷地形特别适合建设水电站从而满足灌溉、防洪和发电的需要。然而，该地区独特的地质背景也发育了分布广泛的滑坡地质灾害。
图1黄河上游龙羊峡—刘家峡段地质地貌背景
本文试图对龙羊峡-刘家峡段的活动滑坡进行探测并分析其时空行为。首先从多轨道InSAR图像中获得广域视距(LOS)地表变形速度。结合地表位移速度、地形因素和地貌特征对活动滑坡进行识别，并定量分析活动滑坡的空间分布特征。此外，还对李家峡水库和席芨滩滑坡进行了地表位移时间序列分析。最后，对已探测到的活动滑坡的聚集机制和可能的触发因素进行了讨论。
2.研究区域
黄河上游龙羊峡-刘家峡段全长约388公里，是黄河流域生态保护的关键区域，该地区位于快速隆升的青藏高原和相对隆升的黄土高原的交汇处[1]，西秦岭断裂和拉脊山断裂带控制着区域构造活动，区域地表演化长期以来受到青藏高原东北挤压的影响，形成了盆地和山脉地形[2]。新近纪以后，兰州盆地、临夏盆地、西宁盆地和贵德盆地逐渐演化为独立的沉积盆地[3]，盆地边缘在地质历史上长期受到黄河及其支流的侵蚀和切割，为滑坡的形成提供了有利的地貌条件[4,5]。该地区为典型的干旱-半干旱大陆性高原气候，具有短暂凉爽的夏季和漫长寒冷的冬季。独特的气候条件导致岩石风化严重，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.数据与方法
总共使用了422景Sentinel-1单视复数图像(SLC)，包括两个上升和两个下降轨道数据集。利用2年 (2020年1月至2022年3月)的影像进行广域活动滑坡探测，利用5年半(2016年9月至2022年3月)的影像进行变形时间序列反演。采用30 m的数字高程模型(DEM)去除干涉图中的地形相位。采用通用大气校正在线服务(GACOS)中的对流层延迟产品来削弱大气延迟误差。
本文提出一个广域活动滑坡探测与监测框架，该框架包括三个主要模块，如图2所示。第一个模块是广域活动滑坡探测，包括LOS变形速度图的获取和活动滑坡的识别。该模块使用GACOS辅助InSAR-Stacking方法获得地理编码的LOS位移速度。将多轨数据集生成的LOS速度图与光学图像中出现的地貌特征结合起来识别活动滑坡。该模块的最终输出是具有变形和地貌属性的滑坡清单。当识别出具有较大形变速率和潜在危险的斜坡时采用模块2，该模块用于跟踪其位移时间序列模式，利用各种先进的时序InSAR技术可以准确、可靠地分析滑坡的时间特性。第三个模块包括对监测到的活动滑坡进行分析并提供预防风险的建议。本模块强调活动滑坡的时空行为特征，如聚类现象和非线性运动。可能的内部和外部因素，如地质构造、地貌、暴雨、地下水位和水库蓄水用来解释这些行为。
图2活动滑坡探测与监测技术框架
4.结果与分析
图3(a)和(c)显示了黄河上游龙羊峡-刘家峡段的地表LOS形变速度图，分别由两个上升和下降轨道的Sentinel-1数据集生成。InSAR观测覆盖总面积为37 873平方公里。图例中的正值(蓝色)表示位移朝向卫星移动，负值(红色)表示位移远离卫星。对比升降轨数据重叠区域内的变形速率，可以看出相邻轨迹之间的相关性较高，说明LOS位移速率具有较高的可靠性。
将InSAR反演的LOS速率图与地形因子和光学影像相结合来识别活动滑坡。LOS形变速率绝对值大于1 cm/yr和坡角大于5°的形变区认为活动滑坡。然后，对多时相光学图像进行视觉解译以消除对滑坡的误判，尽可能根据其地貌特征绘制滑坡边界。最后，本文得到597个活动滑坡的目录清单，包括它们的位置、大小、边界和变形速率，其中291个仅通过升轨数据获取，177个仅通过降轨数据获取，129个可由升降轨数据同时观测。这些结果说明了使用多轨数据进行滑坡探测的必要性，这可以极大地减少SAR侧视引起几何畸变的影响。
图3 黄河上游龙羊峡—刘家峡段LOS向地表形变速率与探测到的活动滑坡空间分布
对探测到的活动滑坡的坡角、坡向、高程和面积进行了定量分析。约82.3%滑坡分布在海拔2000至3000米之间；活动滑坡在海拔2600米左右最为发育；在海拔2600米以下，滑坡数量随海拔高度的增加而增加；然而海拔2600米以上，滑坡数量随海拔高度的增加而逐渐减少。此外，随着坡度的增加，活跃滑坡数量减少，约89.2%的滑坡发生在坡度为5°~ 30°的区域，探测到的活动滑坡以中小型滑坡为主，面积小于8×105 m2的滑坡占滑坡总数的79.2%；然而，应该注意的是，仍有30个活动滑坡的面积大于3×106 m2。此外，滑坡坡向几乎是均匀分布的，说明它们没有主要的坡向。
图4 黄河上游龙羊峡—刘家峡段活动滑坡空间分布统计
5.讨论
探测到的活动滑坡的空间分布与区域断层的走向具有很好对应性。滑坡集中在拉脊山断裂带和西秦岭断裂之间，且空间密度在尖扎-群科盆地最高。本文引入了相对活动构造指数(Iat)来揭示活动滑坡发育的聚类机制[6]。该因子可以评价相对构造活动，更重要的是，根据几个地貌指标表征晚新生代构造活动与相应盆地地质灾害发生的关系[7]。Iat的值可以用地貌指数的总和除以应用指数的数量来计算，并分为由强（等级1）到弱（等级4）四个等级。
龙羊峡-刘家峡段内各子盆地的Iat分类结果如图5a所示。观测到的滑坡空间聚集与盆地构造活动显著相关，尤其在尖扎-群科盆地，相对构造活动强，滑坡密度也大。如图5(b)所示为滑坡的空间密度图，显示了每平方公里区域内活跃滑坡的数量。对子盆地的相对构造活动分类进行栅格化，并重新采样到与滑坡密度图相同的区域如图5(c)，然后计算不同类别对应的平均滑坡密度。结果表明，等级1-4的Iat滑坡对应的平均滑坡密度分别为0.080、0.060、0.057和0.040，这表明该区域的群聚滑坡与区域构造活动有关。此外，基础地质图显示，循化-尖扎-群科盆地地层岩性、厚度差异较大，上部地层以砂岩、泥岩、砂砾岩为主，第四系细砂、粉砂、黄土夹层外露，松散的岩性为滑坡群的形成提供了物质基础[8]。
图5 黄河上游龙羊峡—刘家峡段滑坡空间分布受相对构造活动水平(Iat)控制
6.结论
对河流廊道沿线潜在活动滑坡的探测和监测可以更好地预防灾害、保护人民生命财产、促进可持续发展。由于复杂地质环境和水电站建设，黄河上游龙羊峡-刘家峡段出现了大量滑坡。本文利用多个轨道Sentinel-1数据集生成了黄河上游龙羊峡-刘家峡段活动滑坡的编目清单，在约37873平方公里的区域内共探测到597处活动滑坡，鉴于滑坡的空间聚焦特性，引入相对构造活动因子(Iat)证明了滑坡空间分布与区域的构造活动水平有关。更重要的是，本研究总结了活动滑坡的广域探测与监测技术框架，该框架可在大空间尺度上快速捕捉滑坡的活动及演化特征，有利于滑坡的防灾减灾。
参考文献
[1] 李小林, 郭小花, 李万花. 黄河上游龙羊峡-刘家峡河段巨型滑坡形成机理分析 [J]. 工程地质学报, 2011, 19(4): 516-29.
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