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研究成果:基于卫星InSAR技术的南水北调中线工程沿线渠段安全隐患普查和变形监测

发布时间:2023-04-11

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(一) 研究背景

南水北调中线工程作为国家战略性基础设施,通过跨区域跨流域调水,实现水资源配置“空间均衡”,是保障我国北方水资源短缺地区居民生活用水、应急抗旱排涝、修复改善生态环境、促进经济发展方式转变的重大水利工程。采用现代测绘技术手段对南水北调中线工程沿线定期开展变形监测,对于保障该工程长期安全平稳运行具有重大意义。然而目前普遍采用的地面测量手段如水准、GNSS等存在空间覆盖不连续和更新周期长等不足,难以满足大范围高精度变形监测需求。

(二) 研究内容

武汉大学雷达遥感团队在自然科学基金和中欧“龙”计划五期项目的支持下,利用欧空局Sentinel-1雷达卫星长时序观测数据,开展了基于卫星雷达干涉测量(InSAR)技术的南水北调中线工程全线输水渠段安全隐患普查和变形监测研究。研究结果表明卫星InSAR技术可作为现有地面测量手段的有力补充应用于大型线状工程的变形监测。主要研究亮点包括:(1)获取了南水北调中线工程沿线区域大范围地面沉降特征,为量化评估中线工程总体稳定性提供了决策信息支持;(2)排查确定了中线工程沿线不稳定渠段,构建了潜在安全隐患渠段数据库;(3)对重点隐患渠段进行了详细监测,分析了其形变演化的时空特征,为后续工程治理和维护方案制定提供了有重要价值的参考信息;(4)对重要节点性工程进行了形变监测,分析其形变特征与工程结构和周围地质环境的关系,对利用空间大范围的形变监测结果进行形变原因探查具有示范意义。

(三)成果发表

相关成果发表在两个期刊上,一是,以“Multi-scale deformation monitoring with Sentinel-1 InSAR analyses along the Middle Route of the South-North Water Diversion Project in China”为题,发表在遥感领域TOP期刊International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation上,论文第一作者是董杰副研究员,通讯作者为廖明生教授;二是,以“Monitoring Large-Scale Hydraulic Engineering Using Sentinel-1 InSAR: A Case Study of China's South-to-North Water Diversion Middle Route Project”为题,发表在遥感领域期刊IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing,论文第一作者为王楠博士,通讯作者为董杰副研究员。

(四) 参考文献

1)  Dong, J., Lai, S., Wang, N., Wang, Y., Zhang, L., & Liao, M.* (2021). Multi-scale deformation monitoring with Sentinel-1 InSAR analyses along the Middle Route of the South-North Water Diversion Project in China. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 100, 102324 (DOI: https://doi.org/10.1016/j.jag.2021.102324)

2)  Wang, N., Dong, J. *, Wang, Z., Lei, J., Zhang, L., & Liao, M. (2022). Monitoring Large-Scale Hydraulic Engineering Using Sentinel-1 InSAR: A Case Study of China's South-to-North Water Diversion Middle Route Project. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 15, 739-750 (DOI: 10.1109/JSTARS.2021.3138261)

图 1. 南水北调中线工程沿线区域地面沉降分布图(2018-2019年,Senitnel-1升轨数据),黑色曲线表示南水北调中线工程线路走向


图 2. 南水北调中线工程不稳定渠段普查(2018-2019年,Senitnel-1升轨数据)


图 3. 丹江口水库大坝InSAR变形监测(2015-2020年,Sentinel-1升轨数据):(a)年平均线性形变速率;(b)坝体上某点形变时间序列。

       

图 4. 禹州-长葛渠段InSAR化变形监测(2017.02-2019.03,Sentinel-1升轨数据):(a)LOS向年平均线性形变速率;(b)沿桩号K331至K348渠道剖面形变速率。


撰稿:董杰 王楠

审核:董杰

邮箱:dongjie@whu.edu.cn