“十五五”水网建设提速：InSAR如何真正进入堤防安全监测体系

2026年是“十五五”开局之年。随着现代化水网和数字孪生水利建设加快推进，完善“天空地水工”一体化监测感知体系、提升水利安全管理“四预”能力，正在成为水利工程建设与运行管理的重要方向。

对于数十公里乃至上百公里连续分布的堤防，GNSS、水准、测斜、渗压和裂缝监测等传统手段精度高、连续性强，是重点部位安全监测的基础。但受监测点数量和空间分布限制，仅靠定点监测，难以完整掌握长距离堤线的整体形变状态，也不容易及时发现监测点以外的新异常。

卫星InSAR提供了另一种观测尺度：利用SAR卫星周期性重复观测，对堤防及周边区域开展广域、连续、可回溯的地表形变分析，从长距离堤线中筛选值得重点关注的异常区段。

需要明确的是，InSAR不是传统监测手段的替代品。它的核心价值在于：扩大空间覆盖范围，发现潜在形变异常，为地面复核、现场巡查和风险研判提供线索。

一、从点式监测拓展到面状筛查

传统监测设备通常布设在险工险段、穿堤建筑物及其他重点部位，可以获得连续、精细的监测数据，但无法覆盖整条堤线。

如果缓慢沉降发生在既有点位之外，或者异常范围跨越多个监测区段，仅靠有限点位可能难以及时发现。软土地基固结、地下水变化、长期荷载和岸坡蠕动等过程，还可能形成较大范围的缓慢形变。

InSAR可利用多期卫星影像构建区域历史形变背景场，将堤防监测由“重点点位观测”拓展为“广域面状筛查＋重点区段核查”，帮助管理人员更有针对性地安排现场巡查和地面监测。

堤防“点-面协同”监测示意图

二、InSAR能做什么，不能做什么

InSAR通过分析多期SAR影像的雷达相位变化，获取地表沿雷达视线方向的形变信息。应用于堤防工程时，应重点把握三项技术边界。

1. InSAR直接获取的是视线向形变

InSAR反演结果通常是地表位移在雷达视线方向上的投影，即LOS形变，并不天然等同于垂直沉降量。当地表以垂向运动为主时，可以在一定假设下估算垂向位移；如果存在明显水平位移，则需要结合升降轨数据、GNSS或水准成果综合分析。

2. InSAR更适合识别缓慢、持续和具有累计特征的形变

软基固结、堤基差异沉降、穿堤建筑物与邻近堤身不均匀变形等过程，往往持续数月甚至数年。时序InSAR可以形成平均形变速率、累计形变量、时序曲线和异常范围等成果，重点回答异常在哪里、是否持续、趋势是否加快以及范围是否扩展。

3. InSAR不能直接监测渗漏、渗压和管涌

InSAR主要监测地表或具有稳定雷达散射特征的工程结构形变，不能直接测量渗流量、孔隙水压力和浸润线，也不能直接识别堤身内部缺陷、水下病害或管涌通道，更不能替代地面设备承担小时级突发险情预警。较为合理的技术体系是：InSAR广域筛查＋地面连续监测＋现场巡查核实＋多源数据综合研判。

InSAR堤防监测“能做什么、不能做什么”

三、工程应用需要具备哪些条件

InSAR能否在堤防工程中取得可靠成果，主要取决于以下条件：

1. 时间采样。InSAR属于周期性观测技术，适合分析长期缓慢形变，不能替代地面设备的实时连续监测。

2. 地表相干性。混凝土结构、闸室和硬化堤顶通常具有较稳定的雷达散射特征；农田、茂密植被、水面及频繁施工区容易出现失相干，导致有效监测点减少。

3. 观测几何。山地河谷、高陡岸坡和复杂地形可能产生雷达阴影或叠掩。卫星影像覆盖并不意味着全部区域都能获得有效形变结果。

4. 误差控制。大气延迟、轨道残差、DEM误差和季节性地表变化均可能影响结果。重要异常应结合GNSS、水准、现场调查及其他监测资料复核，避免将单期波动直接判定为工程风险。

四、4类值得优先应用的场景

1. 长距离堤防广域形变普查。对堤防及周边区域开展面状筛查，识别长期稳定区、持续形变区和新增异常区段，为巡查和专项检测圈定重点范围。

2. 软土地基长期沉降监测。利用历史SAR数据回溯沉降过程，分析沉降中心、影响范围、形变梯度及演化趋势，为判断差异沉降提供参考。

3. 穿堤建筑物差异变形分析。在相干条件较好时，分析涵闸、泵站、倒虹吸等建筑物与邻近堤身的形变差异。需要注意，形变异常与工程结构在空间上重合，只能作为进一步核查的线索，不能直接证明异常成因。

4. 历史险工险段及治理区域跟踪。对治理前后的形变趋势进行对比，辅助分析治理区域及周边稳定性变化。治理效果仍需结合地面监测、现场检查和工程资料综合评价。

堤防InSAR四类典型应用场景

五、从卫星成果走向工程管理

InSAR要真正服务堤防安全管理，不能止步于生成形变图，而应建立完整的工程化应用流程。

首先，根据堤线长度、地表覆盖、地形条件、历史影像和监测目标开展适配性评估，确定数据源与处理策略。其次，利用历史SAR数据构建形变背景场，识别长期稳定区和既有形变区，为判断新增异常提供参照。再次，通过多时相处理形成平均形变速率、累计形变量、时序曲线和异常区分布等成果。风险研判不能依赖单期异常或单一数值，持续形变、速率增大、范围扩展和明显差异变形更值得关注。

随后，将形变成果与堤防桩号、工程等级、险工险段、穿堤建筑物、地质条件及既有监测点位关联，把遥感坐标转化为工程管理语言。例如：XX桩号附近堤段存在持续性沉降，近期形变速率有所增大，建议列入重点核查范围。对于筛选出的异常区段，应结合裂缝、沉陷、错台、渗水和坡面变形等现场现象，以及水位、降雨、渗压、GNSS和巡查记录开展综合核验。核查、研判和处置结果还应回填数据库，形成动态更新。

最终建立：卫星周期观测-时序形变分析-异常区段识别-工程信息关联-现场核查-综合研判-处置跟踪-动态更新。

堤防InSAR广域风险筛查与闭环管理流程图

六、风险判断不能只看一个阈值

堤防形变风险不宜脱离工程条件，仅依据5毫米、20毫米等单一数值作出判断。相同形变量发生在一般软基沉降区和重要穿堤建筑物附近，工程意义可能完全不同；累计形变量不大但持续加速的异常，也可能具有更高的核查优先级。风险研判应综合考虑：

• 形变速率、累计量和差异变形；

• 持续性、加速性及突变特征；

• 异常范围、形变梯度和扩展趋势；

• 堤防等级、险工险段及重要构筑物；

• 地面监测、现场病害、水位、降雨和运行工况。

通过长期积累本地形变数据、工程资料和历史险情案例，才能逐步形成适用于具体区域和工程的异常判识规则。

七、“十五五”更需要常态化应用机制

InSAR的价值不在于建设一套孤立的遥感系统，而在于作为天基感知手段融入“天空地水工”一体化监测体系。一方面，应由一次性监测向周期性观测拓展，为重点堤段建立长期形变档案和异常数据库；另一方面，应将InSAR成果与水位、降雨、渗流渗压、GNSS、视频监控和人工巡查等信息进行时空关联。

卫星发现的异常还应真正进入任务派发、现场核查、综合研判、处置跟踪和归档更新流程，避免形成“有成果、无应用”的信息孤岛。在数据源选择上，也不宜单纯追求高分辨率或堆叠卫星参数。Sentinel-1适合广域普查和历史回溯；陆地探测一号在一定植被条件下具有相干保持潜力；高分三号系列可根据数据连续性和相干条件用于重点区域观测。具体方案应根据地表覆盖、观测几何、数据可获得性和监测目标确定。

需要特别说明的是：高空间分辨率不等于高形变监测精度，形变结果还受到相位质量、时间序列长度、误差处理和参考基准等多种因素影响。

结语

InSAR不是传统堤防监测手段的替代品，而是弥补点式监测空间覆盖不足的重要天基感知手段。它能够将堤防监测由重点点位精细观测，拓展至广域形变筛查、长期趋势分析和异常早期识别。

其真正价值不在于处理多少景影像、生成多少张形变图，而在于能否回答3个问题：能否更早发现值得关注的异常？能否将有限的巡查力量投向更需要核查的区段？能否让异常真正进入复核、研判、处置和动态更新流程？

只有建立“卫星广域普查＋地面连续监测＋现场核查验证＋多源综合研判＋平台闭环管理”的协同机制，InSAR才能真正融入堤防常态化安全管理体系，为现代化水网和数字孪生水利建设提供有效支撑。

技术边界说明：InSAR主要用于地表及具备有效雷达散射条件的工程结构形变监测，可开展广域普查、长期趋势分析和异常筛查，但不能替代渗流渗压监测、GNSS、水准监测、人工巡查、水下检测及其他专业安全监测手段。具体数据源、观测周期、有效覆盖范围和成果可靠性，应结合工程条件、SAR数据质量及现场验证结果综合确定。