三峡水库蓄放水对地壳形变影响的计算分析

利用资源三号(ZY-3)高分辨率多光谱遥感影像提取了三峡库区江河湖库水体数据,结合水位数据,通过负荷格林函数积分模型法模型计算出三峡水库蓄放水导致水位升降的过程中水体对地壳垂直及水平形变的影响。研究发现:(1)以1a为周期,三峡库区库岸及长江近岸地壳垂直及水平形变的趋势与水库的蓄放水时期对应;(2)三峡水库放水期间水位下降,水库库岸及长江近岸地面水平向内形变,方向指向江心,反之向外形变;蓄水期间水位上升,地面下降,反之地壳回弹。     

三峡库区“阶跃”型滑坡变形机理与预警模型

自2003年蓄水以来,三峡库区已查明的滑坡或潜在滑坡高达5000余处,这些灾害对三峡水库的持续运营、大坝、航道及库区居民的安全造成了严重的威胁。通过研究滑坡的变形特征、诱发因素及失稳机制,有助于开展滑坡的稳定性评价,并构建预警预报模型。以三峡库区八字门滑坡为研究对象,综合分析降雨、库水位、人工和自动GNSS监测等数据,结合勘查资料及野外宏观巡查,研究了滑坡的变形特征及失稳机理,并确定合理的预警判据及阈值。研究表明:①八字门滑坡整体变形明显,处于蠕动变形阶段,滑坡变形主要集中于每年5—9月,滑坡累积曲线呈现典型的“阶跃”状变形特性。②滑坡的变形受斜坡结构、岩性等因素的控制,水库水位下降是滑坡变形的主要驱动因素,并与库水下降速率正相关。另外,特大暴雨和持续降雨在水位下降阶段、水库低水位运行期及水位上升期会促进滑坡变形,是滑坡的次要驱动因素。③通过精细化数据分析以及改进切线角法获取的八字门滑坡出现“阶跃”变形的位移速率阈值为4.6 mm/d,7 d累积降雨量阈值为60 mm,库水位阈值为159 m,库水位下降速率阈值0.4 m/d。     

基准站垂向周期运动与气象因素的关联性分析

针对传统相关性分析方法的局限性，提出将交叉小波和小波相干相结合，创建多角度相关性分析方法，用于基准站垂向周期运动与气象因素的关联性分析，以山东省费县观测数据为例，研究了两者之间的关系。交叉小波谱可以表明，费县基准站的垂向周期运动与气象因素之间有明显的1a主共振周期，说明两者之间年周期变化存在联系。同时从小波相干谱中可以了解到，不同的时间段内存在不规则的1/12 a、0.25 a、0.5 a共振周期，但共振周期持续时间较短，说明气象因素会对垂直形变产生影响。此外，交叉小波和小波相干能够在时域和频域中分析两种不同成分的细部相关特征和相位差异，其中相对湿度变化超前垂直变化1/4周期，平均风速变化滞后垂直变化1/8周期，日累计降水变化超前垂直变化1/8周期，日照时数变化滞后垂直变化1/8周期，在基准站垂直形变相关性分析方面具有较好的应用效果。     

三峡水库蓄放水对地面重力变化的影响分析

针对目前对地面重力的影响分析多采用模拟计算,从而导致对蓄放水的影响范围和程度分析还存在不足的问题,该文利用资源三号(ZY-3)高分辨率多光谱遥感影像提取了三峡库区江河湖库水体数据,结合水位数据,通过负荷格林函数积分模型,计算出三峡水库蓄放水导致水位升降的过程中水体对地面重力变化的影响。研究发现:(1)以1a为周期,三峡库区库岸及长江近岸地面重力的变化趋势与水库的蓄放水时期对应;(2)三峡水库放水期间水位下降,水库库岸及长江近岸地面重力减小;蓄水期间水位上升,地面重力增大;(3)三峡水库蓄放水对库岸及长江近岸的地面重力影响最大可达1 000μGal以上,且距离长江中心线越近,地面重力变化越大。     

基于GPS垂向位移测定云南地区陆地水储量及其对累积降雨的响应机制

本文基于中国大陆构造环境监测网（陆态网）GPS台站垂向形变数据,通过主成分分析计算云南省6大流域陆地水负荷形变,并与降雨数据进行相关性分析和交叉小波分析。结果表明,云南省各流域陆地水储量变化相对于降雨在半年和年周期上分别存在1.5~2.25和3~6个月的滞后,不同周期滞后的叠加使陆地水储量与累积降雨量之间存在显著的负相关性,6大流域的降雨累积天数各不相同,均在47~109 d之间。本文由此提出一种云南地区陆地水储量对累积降雨的响应机制。     

卫星测高推求的中国近海与全球海平面变化的趋势及小波相关分析

基于多种卫星测高资料融合海面高数据对黄海、东海、南海和全球海平面异常在1993年至2005年期间的变化趋势进行分析,结果表明:黄海、东海、南海线性趋势分别为5.05mm/a,4.8mm/a,4.27mm/a,均大于全球平均趋势项2.66mm/a,各海域的周期振幅和相位变化也存在较大差异。近海各海域与全球的海平面异常的小波交叉谱和相关谱分析表明,近海各海域与全球海平面异常变化在年际周期上具有较高的谱能,但相位差异较大,短周期相关性不明显。     

1700—2012年太阳黑子周期性变化的小波分析

为了研究太阳黑子的周期性变化规律,采用SIDC提供的1700—2012年逐年与1987—2012年逐日的太阳黑子数据,利用小波功率谱分别从长周期和短周期两个方面研究太阳黑子的周期,分析结果表明,太阳黑子存在3个显著性周期:0.075 a(27 d)、11.04 a和111.6 a,除此之外,还有55 a的局部显著周期。对太阳黑子数与太阳F10.7射电流量进行交叉小波变换,分析结果发现两者在10.1~12.3 a的尺度上有着显著的共振性。利用最小二乘谱分析方法得到太阳黑子时间序列各个周期的振幅和趋势信息,结果显示各个周期的振幅与其小波功率谱成正比关系,11.04 a的振幅最大,0.075 a最小,同时在1700—2012年间,太阳黑子呈现逐年递增的趋势,每年约增长0.08个单位。     

基于时序Sentinel-1数据的锦屏水电站左岸边坡形变探测与特征分析

水电站库岸边坡的稳定性监测是保障大坝安全运行的重要基础性工作,而形变探测是实现边坡稳定性监测的主要途径。星载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture Radar,In SAR)技术因其具有观测精度高,可全天候全天时工作的特点,已成为一种重要的形变监测手段。本文采用小基线集时序In SAR技术处理了56景C波段Sentinel-1影像,提取了雅砻江流域锦屏一级水电站库区左岸边坡的形变特征信息。结果表明,锦屏一级水电站上游距离大坝约1. 5 km处左岸边坡上存在一处表面积超过75万m2的大型滑坡体,2015—2018年间最大视线向形变速率超过200 mm/a。形变区主要集中在该岸坡中上部,观测时间段内视线向最大累积形变量超过500 mm,其形变时间序列无明显周期性,基本呈线性滑动趋势。采用同样的方法,对2006—2011年间获取的22景L波段ALOS-PALSAR存档数据进行处理,结果显示在大坝蓄水前,该坡体基本保持稳定。由此推断,库区蓄水造成的大幅水位上升很可能是诱发该滑坡复活的主要因素。     

地表垂直变形序列的多尺度特征分析

基于Morlet小波变换的方法对地表沉降数据序列进行多尺度特征分析,主要是周期性信息的多尺度描述.展现了沉降序列的频率特征在时域上的表现.小波变换能够清晰的给出不同尺度的强弱和分布情况以及沉降变化的趋势和突变点,以某矿的工业广场10个月19期2周等时间间隔的沉降数据序列为例,分析了沉降数据中显含2.1和4.1个月的主周期信息.说明小波变换在沉降数据序列的分析中具有优越的性质.     

地表垂直变形序列的多尺度特征分析

基于Morlet小波变换的方法对地表沉降数据序列进行多尺度特征分析，主要是周期性信息的多尺度描述。展现了沉降序列的频率特征在时域上的表现。小波变换能够清晰的给出不同尺度的强弱和分布情况以及沉降变化的趋势和突变点，以某矿的工业广场10个月19期2周等时间间隔的沉降数据序列为俐。分析了沉降数据中显含2．1和4．1个月的主周期信息。说明小波变换在沉降数据序列的分析中具有优越的性质。     

三峡水库蓄水对地壳形变及大地水准面的影响

利用资源三号(ZY-3)高分辨率遥感影像提取三峡库区水体数据,通过负荷格林函数积分模型法计算出三峡水库蓄水过程中水体对地壳形变及对大地水准面的影响。研究发现:1三峡库区近岸地壳垂直形变与水库水位呈负相关关系,大地水准面与水库水位呈正相关关系;水位上升,长江近岸地面水平向内形变,方向指向江心;2三峡水库蓄水造成的地壳垂直形变最大可达35mm左右,大地水准面形变最大值在8mm左右,而对库区地壳水平形变影响不超过0.5mm;3出现形变最大值的地点是忠县环湾一带,而并非是三峡大坝周边。     

三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变与重力变化监测

监测三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,对三峡水库的安全运行和区域地质灾害监测防治等具有重要意义。本文从直接计算、实际测量和综合解算3个方面研究了三峡库水位变化过程中地壳垂直形变和重力变化。基于资源三号卫星影像提取的水体数据,结合水位数据,直接计算了三峡水库蓄放水从145~175m每隔5m的影响,地壳垂直形变最大可达30mm,对重力影响超过20μGal(1Gal=10~(-2) m/s~2)的范围距离长江中心线约2km内。库区较近的巴东CORS站(ES13)能够实际测量到库水位变化过程中的地壳垂直形变。由于目前三峡库区的CORS站和重力台站数量较少,分布不均,还不能满足紧密跟踪三峡库水位变化过程中的监测需求。利用三峡地区26座CORS站和部分重力台站数据,基于负荷形变理论和球谐分析方法,综合解算了库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,与实际CORS监测结果一致。通过对比分析发现,基于CORS站网的综合解算,能够有效提升对库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化的监测能力。     

长江三峡水库蓄水对断层活动的影响

分析了位于仙女山断裂带的湖北省秭归县周坪站倾斜仪2002~2009年的观测数据,并与三峡库区水位资料进行了对比分析,结果发现,蓄水前后倾斜仪观测曲线的走向发生了趋势性变化,表明三峡蓄水对附近的断层活动有影响,蓄水期间的短期荷载变化引起的响应更为显著,但蓄水效应没有从根本上改变断层的活动性质;还发现3次大的蓄水期间,水位上升量与观测曲线的上升量成相同比例的对应关系,进一步说明,周围断层对三峡蓄水引起的荷载变化响应明显,不同的荷载变化引起断层活动变化的程度不同。     

三峡库区蓄水后地壳垂直变形场的模拟与分析

基于三峡库区DEM及现有GPS站点位置坐标数据,建立了三峡库区有限元网格模型,采用弹性有限元分析方法模拟计算水库蓄水至135 m1、56 m和175 m时库区地壳的垂直形变场;随后根据Farrell提出的质量负载原理产生的地壳形变理论计算库区蓄水至135 m时的库区垂直形变场;通过两种模拟方法对比可以看出变形等值线圈都包络河谷线,变形最大处都出现在香溪段,同时区域沉降是一个综合地质作用,水体的重力作用是主要诱因。     

三峡库区水蚀荒漠化遥感调查与监测

利用遥感技术对三峡库区内水蚀荒漠化进行了监测。通过对2003年三峡库区蓄水前和2009年蓄水至175 m后两期航空遥感正射影像的解译,提取出了工作区水蚀荒漠化信息,总结出期间三峡库区蓄水后水蚀荒漠化的变化情况。监测结果表明,三峡库区蓄水至175 m后,区内水蚀荒漠化整体上呈现明显改善的趋势。不同程度的水蚀荒漠化土地面积都在减少,其中,中度水蚀荒漠化土地面积减少最多,从改善程度来看,以轻度水蚀荒漠化的改善程度最高。     

Changing landscape in the Three Gorges Reservoir Area of Yangtze River from 1977 to 2005: Land use/land cover,vegetation cover changes estimated using multi-source satellite data

The eco-environment in the Three Gorges Reservoir Area (TGRA) in China has received much attention due to the construction of the Three Gorges Hydropower Station. Land use/land cover changes (LUCC) are a major cause of ecological environmental changes. In this paper, the spatial landscape dynamics from 1978 to 2005 in this area are monitored and recent changes are analyzed, using the Landsat TM (MSS) images of 1978, 1988, 1995, 2000 and 2005. Vegetation cover fractions for a vegetation cover analysis are retrieved from MODIS/Terra imagery from 2000 to 2006, being the period before and after the rising water level of the reservoir. Several analytical indices have been used to analyze spatial and temporal changes. Results indicate that cropland, woodland, and grassland areas reduced continuously over the past 30 years, while river and built-up area increased by 2.79% and 4.45% from 2000 to 2005, respectively. The built-up area increased at the cost of decreased cropland, woodland and grassland. The vegetation cover fraction increased slightly. We conclude that significant changes in land use/land cover have occurred in the Three Gorges Reservoir Area. The main cause is a continuous economic and urban/rural development, followed by environmental management policies after construction of the Three Gorges Dam.     

Time variations of the Earth's gravity field and crustal deformation due to the establishment of the Three Gorges reservoir

A method is developed with which to predict time variations of the Earth's gravity field and crustal deformation due to mass loading. Using this method, changes to the original geodetic datums can be estimated. This is applied to the Three Gorges area of China, due to the construction of the Yangtze river dam. Results indicate that the probable maximum crustal deformation and changes in gravity, elevation and deflection of the vertical will be 7.8mm, 4.7mgal, 19.0mm and 0.61 arc seconds, respectively. These changes are of importance for the establishment of monitoring operations both during and upon completion of the dam.     

X波段高分辨率SAR数据土石坝表面相干性时序变化分析

本文以深圳公明水库6个中小型土石坝为试验区,利用10景1 m分辨率升降轨X波段TerraSAR影像和坝体附近连续气象站的降雨量数据,研究了坝体表面相干性的时序变化与雷达本地入射角及降雨的关系。试验结果表明,混凝土面板和草坡平均相干性均会随本地入射角增加而减小,同时,草坡表面平均相干性在有微小降雨的情况下就会快速下降0.1~0.2,差分干涉图的噪声增大;混凝土面板对微小的降雨敏感度小,但是在暴雨情况下将导致其表面完全失相干。上述结果表明,针对中小土石坝坡体变形监测应当顾及坝体的坡度及入射角选择合适的雷达成像参数,同时应充分利用降雨资料评估干涉图失相干情况,剔除噪声数据。