[发明专利]结合动态形变和静态指数的冻土融沉风险评估方法及装置

说明书

本发明提供了一种结合动态形变和静态指数的冻土融沉风险评估方法及装置，该方法在传统的静态风险评估指数模拟结果上，提出了一种结合地表动态变形信息和静态模拟信息的风险评价指标。冻土地表形变信息由干涉SAR(InSAR)反演得到，静态指数模拟结果通过融沉指数、风险区划指数和容许承载力指数得到，并通过层次分析法将静态指数与动态形变结合，得到一种考虑冻土冻融变化状态的多因子指数。本发明尝试利用现有指数的评估结果和研究区的冻土地表形变数据对多因子指数进行验证，对冻土地区基础设施沿线的多年冻土融化沉降灾害评估工作有一定的参考意义。

技术领域

本发明涉及冻土融沉风险评估技术领域，尤其涉及一种结合动态形变和静态指数的冻土融沉风险评估方法及装置。

背景技术

随着全球气候变暖，气温升高会加速多年冻土的退化，造成融沉、滑塌、湖泊扩张等地质灾害，这对当地水文和生态过程、多年冻土工程稳定性以及全球碳平衡都产生了重大影响。传统大地测量手段可以在点尺度上对冻土进行监测，但在大尺度上却受人力、物力和财力的限制。风险制图是与特定危险相关的风险的空间表示，用于确定区域的当前和未来风险，可用于评估大规模范围的冻土融沉风险。

最早Nelson等(2001)提出了考虑冻土含冰量和活动层厚度相对变化的融沉指数；Daanen等(2012)考虑了四种不同的因素并提出了风险区划指数；Xu 和Wu(2019)考虑到不同土壤类型的承载力不同，结合年平均地温于土壤类型，提出了容许承载力指数。然而，这些指数都存在一些不足之处，如融沉指数和容许承载力指数都没有综合考虑影响融沉灾害的因素，而风险区划指数的判断流程在当前缺乏处理沉积物中分离冰的能力，因此在判断冰含量时可能会有错误。除此之外，上述的这些传统指数由于各自考虑的因素不同，其结果也具有较大的差异，且这些指数大多是静态的，没有考虑冻融过程的动态变化。

发明内容

如何解决上述方法的不足，是本发明主要解决的问题。

本发明采取的技术方案是：提出了一种结合动态形变和静态指数的冻土融沉风险评估方法及装置，该方法利用InSAR技术得到冻土地表形变，并通过层次分析法结合传统的风险评估指数和冻土地表形变得到多因子指数，考虑多种冻土融沉灾害因素与冻土冻融循环动态变化，提高风险区划的准确性。

根据本发明的一个方面，一种结合动态形变和静态指数的冻土融沉风险评估方法，包括以下步骤：

获取冻土融沉风险评估的三种静态指数，包括：融沉指数、风险区划指数和容许承载力指数；

利用InSAR技术获取冻土地表形变；

分别计算所述冻土地表形变与三种静态指数之间的相关系数；

根据各所述相关系数，通过层次分析法列出判断矩阵，得到冻土地表形变与三种静态指数的权重，根据权重叠加得到用于冻土融沉风险评估的多因子指数。

优选地，获取所述融沉指数的步骤，包括：

获取年平均地温、坡度、归一化植被指数和土壤类型数据，通过层次分析法得到不同数据的权重，叠加得到体积含冰量；

收集土壤类型的参数数据以及当地融化指数，由Stefan公式得到活动层厚度，计算公式如下：

其中，Z为活动层厚度；λ为土的导热系数；DDT为融化指数；L为冰融化潜热；γ为土的干容重；W为融化时土的总含水量；Wu为冻土中的未冻水含量；

根据所述活动层厚度和所述冻土体积含冰量，通过融沉公式计算得到融沉指数，计算公式如下：

I_s＝V_ice×ΔALT

其中，I_s为融沉指数，V_ice为冻土体积含冰量，ΔALT为活动层厚度的相对变化率；