《PLOS One》：Monitoring deformation of seasonally frozen Yellow River bank soil: A synergetic application of the SBAS InSAR approach
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本文系统应用小基线集合成孔径雷达干涉测量（SBAS-InSAR）技术，对内蒙古段黄河季节性冻土岸坡变形开展长期监测，结合水文气象数据与河道迁移特征，揭示了冻融循环与水力侵蚀耦合作用下岸坡变形的时空分异规律，为复杂环境下水利工程安全评估与灾害预警提供了可靠的技术支撑。
研究背景与意义
内蒙古段黄河作为典型的季节性冻土河流，其岸坡长期受到冻融循环与水力侵蚀的双重作用，导致土体物理力学性质劣化，引发渐进式沉降甚至结构性破坏。传统地面监测手段受限于成本与覆盖范围，难以实现大范围高时空分辨率的岸坡变形监测。合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术凭借其全天候、大范围的观测优势，为河岸变形监测提供了新的解决方案。
研究方法与技术路线
本研究基于Sentinel-1A卫星升轨影像数据，采用SBAS-InSAR技术，通过设置时空基线阈值（时间基线<120天，空间基线<150米）生成499个干涉对，结合SRTM-DEM数字高程模型与GACOS大气校正产品，提取了2018–2024年间黄河内蒙古段岸坡的线视向（LOS）变形时序数据。同时，利用Sentinel-2光学影像计算改进归一化水体指数（MNDWI），提取河道边界迁移信息，并结合降水、水位与地下水数据开展多因子关联分析。
岸坡变形时空特征
监测结果显示，研究区岸坡整体稳定性较高，96.5%的监测点年均变形速率在±30毫米/年范围内。但不同河段变形特征差异显著：R2段（辫状河道）因农业灌溉活动出现3处沉降速率>55毫米/年的显著变形区；R4段（曲流河道）以整体抬升为主（30–90毫米/年），局部弯道顶部受冲刷作用出现沉降。典型区域中，什四分子地区年均变形速率为-20.1至24.8毫米/年，沉降集中于弯道顶部与耕地；温布壕地区变形速率为-18.7至19.5毫米/年，沉降主要分布在东岸侵蚀段。
河道迁移与变形响应
通过72个断面分析发现，河道迁移面积与岸坡变形指数呈弱相关性（R2=0.10），表明河道迁移并非岸坡变形的主控因素。但局部尺度上，R3段弯道区域迁移幅度与变形强度呈现非线性关联，暗示水力侵蚀对岸坡稳定性的局部影响。R4段因护岸工程完善，河道迁移微弱，更适合长期变形监测。
典型区域时序变形机理
时序分析表明，岸坡变形呈现明显的季节性波动：每年12月至次年3月冻胀作用主导抬升，3–4月融雪期与6–8月汛期则加速沉降。特征点累积变形曲线显示，极端降雨事件（如2020年7–9月）与沉降突增时段高度吻合。地下水与河水位的同步监测进一步揭示，水位波动通过改变土体含水率与孔隙水压力，驱动冻胀-融沉循环过程，距河道1.2公里的农田区（A4点）因灌溉活动加剧了变形波动。
精度验证与不确定性
通过布设的6个沉降传感器与InSAR结果对比，累积沉降差异均值为0.84毫米，标准差1.16毫米，线性回归确定系数（R2）达0.754。时序残差均方根误差（RMSE）空间分析表明，95%监测点RMSE<1.28毫米，验证了SBAS-InSAR在岸坡监测中的可靠性。植被覆盖分析显示，高NDVI值（>0.6）区域相干性仍保持在0.5以上，证明C波段数据对中等植被覆盖区具备良好适应性。
讨论与展望
本研究证实SBAS-InSAR技术能够有效捕捉季节性冻土区岸坡变形的时空细节，但仅采用升轨影像限制了三维变形场反演能力。未来可结合升降轨数据与高分辨率雷达影像，提升复杂地形下变形监测精度。此外，通过融合机器学习与多源遥感数据，有望实现人类活动干扰的定量化识别，为岸坡灾害预警提供更精准的科学依据。
