使用时序InSAR技术与数值模拟研究中国新疆叶城幸福大院滑坡的降雨效应

雨、山与村庄安全

在中国南疆的山区，夏季的降雨滋润农作物，但也能悄然削弱由风成黄土构成的近旁坡体。本研究聚焦村庄幸福大院上方的一处坡面，提出一个务实的问题：从小阵雨到强暴雨，降雨究竟如何将一个本来稳定的山坡推向不安全的临界状态？对于就居其下的居民，危险何时最为严重？

从太空观测坡体位移

研究者首先利用卫星在2022至2024年间跟踪了坡体的微小运动。通过将大量雷达影像与所谓的时序InSAR方法结合，他们构建了地表随时间变化的“影像”。结果显示该滑坡仍在活动，但位移并不均匀。坡体中下部，特别是团队命名为HP3的区域，以每年约一到一点五厘米的速率向下蠕动，总位移已超过五厘米；相比之下，上部位移较小。这一分布与现场观测一致：开裂、阶状小崖和土体隆起主要集中在中下部，正好靠近道路与民居，存在明显危险。

冰冻、解冻与强降雨的季节节律

卫星测量与当地的降雨和气温记录进行了对比。多数降水集中在5月至9月，而冬季气温足以使地表冻结。寒冷月份内坡体运动减缓。随气温回升和解冻反复，黄土被逐步破坏，旧裂缝被扩展并为水流打开通道。强烈的夏季暴雨到来时，雨水迅速渗入这些被削弱的带，使下坡蠕动加速。团队将这一演变概括为三个阶段：长期的冻融阶段悄然损伤土体；裂缝扩展阶段使裂隙变深变宽；以及最终的失稳阶段，表层被削弱的土体在下方较硬岩层上发生滑动。

模拟水分在坡体内的渗流

为了解不可见的坡体内部过程，研究者建立了一个数值模型，追踪降雨渗入、土体孔隙水压力的上升及由此导致的土壤强度削弱。他们在模型中测试了常见与极端的降雨情形，改变降雨强度与持续时间。在弱而持续的降雨下，仅表层几米土体增湿，坡体相对稳定。遇到强烈或长时的降雨，水可渗透至约八米深，抬高孔隙水压并消减维持颗粒间吸力的负孔压。模型预测的最薄弱层出现在松散黄土与下伏较硬岩层的接触面，这与野外迹象和卫星资料推断的浅层滑动带相吻合。

暴雨过后的隐性滞后

一项关键发现是：坡体的最高风险往往不是在降雨最强时刻出现。因水在降雨停止后仍沿土体向下迁移，内部孔隙水压常在12至24小时后达到峰值。模拟显示，坡体整体稳定性在降雨停止后数小时内仍持续下降，在一例极端降雨下，坡体就在此滞后期由近乎稳定转为不稳定。对于等量降雨而言，长时间的缓和降雨比短时暴雨更危险，因为缓慢的降水有更多时间渗入而非迅速径流。这种长期浸润使近表层土体保持潮湿更久，增加浅层滑动的可能性。

对山下居民的意义

对幸福大院坡脚的村民而言，结论十分明确。该滑坡当前仍在活动，靠近民居与道路的地带位移最强。研究表明，降雨的强度与持续时间连同冻融破坏，共同决定坡体何时以及如何运动。研究还指出风险可能在最后一滴雨落下若干小时后达到高峰，而非在暴雨期间。通过将卫星监测与物理模型结合，地方当局可以更好地把握预警时机，聚焦最活跃的坡段，并设计符合这些浅层、受降雨控制的黄土滑坡特性的防护措施。

引用: Tian, Z., Song, K., Yan, X. et al. Exploring rainfall effects on the Xingfu Dayuan Landslide in Yecheng, Xinjiang, China using time-series InSAR technology and numerical simulation. Sci Rep 16, 14876 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45241-6

关键词: 降雨 滑坡, 黄土坡, InSAR 监测, 边坡稳定性, 降雨渗透