基于SBAS-InSAR技术的安徽亳州市地面沉降时空分布特征与影响因素分析CSCD

近年来皖北平原地区地面沉降问题相对突出,区域地面沉降驱动力的量化研究尚且匮乏。为深入研究沉降灾害的发育特征,文章以亳州市为例,基于62景Sentinel-1数据,利用SBAS-InSAR技术获取2021年10月至2022年10月期间地面沉降的时空分布特征,并结合地理加权回归模型对亳州市地面沉降主要驱动力进行探讨。研究结果表明:(1)亳州市主体沉降速率为5~30 mm/a,平均沉降速率为5.7 mm/a。(2)最严重沉降区位于涡阳县公吉寺镇北侧,幅值为84.3 mm/a,沉降主要受煤矿开采所致;非采煤沉降区,最大沉降速率为25.8 mm/a,位于谯城区东北侧。(3)各驱动力因素对地面沉降的贡献度从大到小排序为深层水位变幅、中深层水位变幅、中深层地下水埋深、深层地下水埋深、单位面积GDP、松散层厚度、道路密度、人口密度。研究结果可为地质灾害防治提供基础数据支撑。     

北京东部地区地面沉降发育特征分析

结合区域地质背景条件,利用水准测量、分层标地层变形、地下水位动态等监测数据,对北京东部地区地面沉降的发育特征与发展变化规律进行了分析研究。该区域的地面沉降与地下水开采具有显著相关性,深部地层仍是沉降的主要贡献层位;沉降中心地下水具有明显的分层变化规律,深层承压水明显的水位降落漏斗,直接导致深部地层沉降压缩最为显著;地面沉降的区域分布、沉降速率变化与地下水降落漏斗具有一定的时空相关性;南水北调的稳定供水,有效缓解了北京地面沉降快速发展的趋势。     

应用短基线集技术监测河南北部平原区地面沉降

为研究河南北部平原区地面沉降特征和成因,应用短基线集技术获取地表形变数据,总结地面沉降空间分布特征,分析地面沉降与地质环境因素关系。结果显示:2014—2016年研究区均是沉降区,大部分属于地面沉降严重程度较低的地区,局部沉降较严重。最大沉降速率114.85 mm/a,划分出8个重点沉降区。研究区地面沉降最主要原因是地下水超量开采,地面沉降还受到区域构造活动、软弱土层分布、城镇化发展和矿业资源开发等因素影响。     

"一带一路"沿线国家农作物虚拟水贸易时空格局及驱动因素分析

"一带一路"沿线地区水资源短缺且空间分布不均衡,虚拟水贸易实现了对水资源的远距离空间调配.以2010-2018年"一带一路"沿线59个国家和37种农作物为研究对象核算各国农作物虚拟水贸易,利用标准差椭圆、Moran's I指数、LISA指数刻画农作物虚拟水贸易的时空格局特征,通过地理探测器和地理加权回归模型分析农作物虚拟水贸易的驱动因素及其空间异质性.研究发现:①沿线各国"低耗水-高出口型"作物占比4.013％,"高耗水-高出口型"作物占比1.926％.②沿线各国农作物虚拟水贸易的进口格局呈收缩趋势,出口格局呈扩张趋势,且其局部存在一定的集聚特征,进口的"高-高集聚"区域主要处于南亚地区,出口的"高-高集聚"区域主要分布在中东欧地区.③各显著驱动因素能较好地解释沿线各国农作物虚拟水净出口量,各因素中国内生产总值呈负相关驱动特征,耕地面积呈正相关驱动特征,而人口规模、森林面积和邻国接边数在各单元间呈正负两极的差异驱动特征.     

北京平原区地面沉降分布特征及影响因素

地面沉降是北京平原区主要地质灾害之一。文中采用永久散射体差分干涉测量(PS-InSAR)技术获取平原区地面沉降空间分布特征,基于GIS空间分析平台,将多种地面沉降影响因素分别与PS-InSAR获取的地面沉降场形变信息进行耦合研究,查明地面沉降与多种影响因素之间的响应关系。研究发现:(1)北京市地面沉降发育较为严重的地区主要出现在平原区东部、北部以及南部等地,存在多个沉降中心,最大沉降速率达到152mm/a,区域不均匀沉降现象明显,并且有连成一片的趋势。(2)地面沉降分布具有明显的构造控制特性,沉降区多位于几大活动断裂交接部位的沉积凹陷地区,与第四纪沉积凹陷十分吻合。地面沉降的发展趋势与活动断裂的走向具有明显的对应关系,在有活动断裂通过的区域,地面沉降剖面线上表现出明显的转折或突变,断裂两侧区域不均匀沉降十分明显。(3)地面沉降分层沉降量与对应层位上黏性土占比呈正比例关系,其空间分布特征及变化趋势与平原区的地层结构及可压缩黏性土层厚度具有很好的一致性,沉降范围整体由北西向的单一结构区向南东方向的多层结构区扩张。沉降速率大于50 mm/a的沉降区大多分布在黏性土层厚度大于100 m的地区,几大沉降中心与黏性土层厚度较大地区吻合较好。(4)第二承压含水层(顶底板埋深100~180 m)地下水开采对地面沉降影响最大,沉降中心与该层位地下水位降落漏斗区高度吻合,是地面沉降的主要贡献层位。     

基于PSInSAR技术的唐山南部沿海地区地面沉降研究

唐山南部沿海地区是唐山市地面沉降灾害较严重的地区,地面沉降的快速发展对唐山世界级重化工业基地的功能发挥构成严重威胁,全面了解唐山南部沿海地区地面沉降的分布演化态势及其发育主导因素至关重要。基于中高分辨率雷达数据,采用PSInSAR技术获取唐山南部沿海地区地面沉降场的分布及演化信息,可以发现这一地区的区域地面沉降漏斗与地下水位下降漏斗具有良好的对应关系,且沉降区范围沿区内基底断裂带一侧展布。但在曹妃甸工业区,地面沉降特征与过量开采地下水引起的地面沉降特征有所不同,地面沉降区呈点状、斑状分布,沉降区范围较小,沉降中心的沉降梯度大。据调查,特殊的地质环境是该区地面沉降发育的基础条件,地下水超采、大规模工程扰动是诱发和加剧地面沉降的外在动力。     

广州南沙区地面沉降分布特征及成因

广州南沙区地面沉降已经影响到城市发展和人民生命财产安全,为了制定科学有效的措施防止地面沉降进一步发展,文中基于InSAR监测数据和水准监测数据,总结分析了地面沉降分布特征,地表形变多为小范围的、局部地区的剧烈沉降。在此基础上,针对6个沉降严重区域,采用机理模型定量估算了各因素引起的地面沉降量及所占比重,得可压缩土层引起的沉降量为34.43～96.97 mm/a,所占比重在37.07%～75.67%,地下水水位和地面荷载的最大影响比重分别为26.28%和52.40%。并且通过研究分析地面沉降主要因素及影响程度,为科学防治该地区地面沉降提供科学依据。     

复杂因素影响下的福州市地面沉降时空演化分析

地面沉降是福州市的主要地质灾害之一,自20世纪中期以来就有监测资料显示福州市存在地面沉降问题。本文基于永久散射体雷达干涉测量技术（IPTA）,处理了福州市2008~2014年间多时相、高分辨率TerraSAR-X数据,对福州市6年时间的地面沉降进行监测分析,根据研究区地面沉降历史、建设发展现状及沉降异常区分布,着重分析了复杂因素影响下福州市地面沉降的时空变化规律。结果表明:福州市总体年均沉降率-15 mm ·a-1左右,存在多个明显的快速沉降区;与1960~1990年的监测资料对比发现,沉降中心由地热温泉区向工程密集建设区转移;较大沉降区以快速线性沉降为主;地面沉降特征的变化受到多种复杂因素叠加影响,导致地面沉降空间扩张、速率加剧。该研究成果可为福州市或其他沿海城市地面沉降风险评估、地面沉降防控等提供一定的科学依据和参考。     

苏锡常地区Ⅱ承压水开采与地面沉降控制研究

论文通过苏锡常地区获取了孔隙水Ⅱ承压水开采水位衰变与地面沉降同步监测资料、含水层结构特征研究,论述了Ⅱ承压水压力成为含水层中所夹粘性土层由高压转卸荷膨胀的机理;天然状态水、土应力平衡面在不同顶板压力水头高度内。地面沉降的发生、发展系开采水位超过天然状态的水、土应力平衡面所致[1,2]。尚未超采区则消耗了天然状态高压强水压力。而超采区才是水、土应力失衡互动的结果。两者水力性质不同。给尚未发生地面沉降区由禁采转入按天然状态水、土应力平衡面控制开采措施和地面沉降发生、发展区的形成条件找到了理论依据。提出了超采严重区禁采后,在远离高压强补给源地水位下降期增加在Ⅱ承压含水层上的附加应力荷载仍存在,潜在地面沉降量较大,需采取人工辅助的高压强回灌水来快速提高Ⅱ承压含水层水压强,扼制其沉降速率的治理措施。这不仅对该地区孔隙水Ⅱ承压水开采与地面沉降的关系认识有重要意义,而且对不同埋深孔隙水承压含水层水的开采利用、查明水文地质条件和评价允许开采资源方面将起导向作用。     

基于SBAS-InSAR技术的盘锦地区地面沉降监测

近几年,盘锦地区的地面沉降问题开始受到人们的关注。为了掌握盘锦地区地面沉降现状,包括沉降中心位置、沉降区面积、沉降量、沉降速率等,选取2013-2016年覆盖研究区的19景C波段Radarsat-2 SAR数据,采用SBAS-InSAR技术提取了盘锦地区地面沉降速率和累积沉降量。结果表明,研究区内存在两个沉降区:曙四联沉降区,面积约为43.6 km2,最大沉降速率为-151.49 mm·a-1;龙王村沉降区,面积约为33.28 km2,最大沉降速率为-119.55 mm·a-1。通过地表形变量时序分析,发现两个沉降区的范围随着时间不断扩大,累积沉降量不断增大。与水准监测数据进行对比后发现,两种监测方法得到的沉降区范围和沉降量大体一致,但两者间仍有差别。对研究区内油田井场分布和地下水水位降落漏斗特征与沉降区分布进行了对比分析,研究表明地面沉降与地下水开采、油气资源开采、新构造运动等多种因素具有密切关系。研究结果将为地质环境的管理、地面沉降灾害的防治及资源开发利用规划提供基础依据。     

上海市承压含水层系统应力-应变特征及地面沉降防治对策

1990年以来，上海市地下水开采与人工回灌格局发生了较大的变化。承压含水层地下水位变化与压缩变形均表现为新的特点与发展趋势。通过对上海中心城区含水层系统的应力一应变特点分析，总结了承压含水层随地下水位下降所表现出的弹性一弹塑性一塑性变形的演化规律。上海中心城区第Ⅱ、Ⅲ承压含水层总体上处于地下水开采与人工回灌的平衡状态，表现为弹性变形；而第Ⅳ、Ⅴ承压含水层由于地下水位目前已严重低于其“临界水位”，表现为持续压缩的塑性变形。目前，第Ⅳ承压含水层对中心城区地面沉降贡献率已达到了49．3％，西部华漕地区第Ⅴ承压含水层变形的贡献率为46．7％。针对各承压含水层不同的变形特点，提出了地下水资源管理与地面沉降防治对策。     

Land subsidence and earth fissures due to groundwater withdrawal in the Southern Yangtse Delta,China

Excessive extraction of groundwater has caused severe land subsidence and earth fissures in the Southern Yangtse Delta, China. Based on field data, the temporal and spatial distribution of land subsidence is investigated and the causes for earth fissures are analyzed. The areal distribution of the land subsidence is closely related to the cones of depression in the main exploited aquifers. The compaction of a hydrostratigraphic unit depends on its mechanical behavior, thickness, compressibility, and the piezometric level changing. The primary subsidence layers in Shanghai have been the first aquitard before 1990 and the third confined aquifer since then. But the second aquitard unit was the primary subsidence layer in Changzhou. Earth fissures, trending in several directions, occurred in the Husu tectonic zone. They were mainly caused by differential subsidence and horizontal displacement that resulted from tensile stress and shear stress in units. The majority of fissures in the study area are tensile.     

Excessive groundwater withdrawal and resultant land subsidence in the Su-Xi-Chang area,China

Excessive groundwater withdrawal has caused severe land subsidence in the Su-Xi-Chang (SXC) area, China. The restriction and prohibition on groundwater pumping have been carried out since the late 1990s. Based on the latest updated field data, the changing pattern of groundwater level and the distribution of land subsidence are analyzed. The distribution of land subsidence in SXC is closely related to that of the cone of depression in the second confined aquifer in time and space. But land subsidence is not in synchronization with the changing groundwater level. Both aquitards and aquifers compacted continuously in the early period of groundwater level rising and behaved as creep materials. A series of laboratory tests were conducted on aquifer sands, which indicated that the creep deformation under virgin compression is much greater than that under recompression and unloading, and that the creep of sands decreases rapidly with the cycles of repeating load. The test results reveal the mechanism of sand creep under the condition of long-term groundwater pumpage. As a consequence of the restriction and prohibition on groundwater pumping, groundwater level has obviously recovered in the vast majority of the SXC area, and land subsidence has slowed down and even a little rebound has occurred in some sites in Suzhou and Changzhou. If the pumpage is strictly limited continuously, the groundwater level will not decline below the historical lowest value but fluctuate within a certain range. In such a case, land subsidence in SXC will no longer develop obviously.     

上海市地下水位大幅抬升条件下土层变形特征分析

过去对地下水位持续下降条件的地面沉降研究较多,但对水位大幅持续抬升过程中的地面沉降研究较少。本文根据 上海大量地面沉降、水位观测和钻孔资料,系统分析上海市90年代末以来地下水位大幅抬升条件下各土层的变形特征。自 1998年以来,上海市通过大幅压缩开采量、回灌地下水等措施使第二、三、四和五承压含水层水位分别平均抬升2.1 m, 3.6 m, 12.4 m, 12.7 m。水位的抬升使上海市地面沉降平均速率由1998年的12.2 mm/a减小到2011年的1.83 mm/a,减少85%。 通过对27组分层标数据分析发现：现阶段主要压缩层位在第一、二软土层,年沉降速率为2~4 mm/a;而第二含水层以下土 层已经有少量回弹。在水位持续大幅抬升过程中,本文总结了两种变形特征：1） 变形和水位变化基本同步,残余变形量非 常小,变形可概化为线弹性变形,这种变形主要发生在第一、二、三和五承压含水层、第五和六弱透水层;2） 压缩速率逐 渐减小,无明显持续回弹趋势,有较大残余压缩量且存在变形滞后现象,变形可概化为弹塑性变形,这种变形主要发生在 地第二、三和四弱透水层。第四承压含水层变形较复杂,两种变形特征都有。其中较大残余变形量主要由塑性贮水率比弹 性贮水率大2个数量级引起;变形滞后主要由弱透水层中超孔隙水压力消散较慢引起。本文研究成果对于掌握水位抬升过 程中土层变形方式、发生发展机理、预测未来地面沉降及地下水科学管理和资源评价具有重要意义。     

Regional land subsidence simulation in Su-Xi-Chang area and Shanghai City, China

Su-Xi-Chang area and Shanghai City, located in the south of Yangtze Delta, China, has subsided due to groundwater overpumping. Because of the regional scale of the groundwater exploitation, cone of depression and land subsidence at present, Su-Xi-Chang area and Shanghai City are treated as a single area for land subsidence study to avoid the uncertainty of boundary condition due to the regionalism. The characteristics of aquifer system compaction are complex because of the difference in the types, compositions and structures of the soils that the hydrostratigraphic units are composed of, and in the histories of groundwater level change the hydrostratigraphic units have experienced. Considering the fact that different hydrostratigraphic units have different kinds of deformation and that an identical unit may also present different deformation characteristics, such as elasticity, elasto-plasticity, and visco-elasto-plasticity, at different sites of the cone of depression or in different periods, corresponding constitutive laws have been adopted. This avoids the shortcomings of the previous research that the same constitutive law was adopted in all the hydrostratigraphic units during the entire time period. A coupled flow and subsidence model, which includes a three-dimensional flow model with variable coefficients and a one-dimensional (vertical) subsidence model, is built according to the complicated hydrological condition in the region. The simulation model is calibrated using observed data, which include compression of individual strata from groups of extensometers and groundwater levels from observation wells from 1995 to 2002. The model reproduced that the primary subsidence layer in Shanghai shifts from the shallow aquitard to the fourth confined aquifer because of the groundwater yield variations and the change of exploitation aquifers. However the third aquitard was the primary subsidence layer in Su-Xi-Chang area and the compaction deformation of the sandy aquifers was remarkable. The simulation results could provide some reasonable advice about groundwater exploitation in the future.     

华北平原地下水位驱动下的地面沉降现状与研究展望

华北平原年地面沉降量大于50 mm的严重区面积超过全国总量的80%,防治形势严峻,需要开展有针对性的研究,为有效防控地面沉降提供科学依据。华北平原建立了较完善的地面沉降监测网络,基本掌握了地面沉降现状及演化规律,但受华北平原含水层系统影响因素复杂与时空变化大等因素制约,对地下水位变化驱动下的土层变形特征及其机制研究迄今仍比较薄弱,限制了对地面沉降发展趋势的科学研判和预测预警。在总结国内外地面沉降研究进展、基于高时空分辨率监测数据分析华北平原地面沉降现状和发展趋势的基础上,提出了地下水位变化影响下的地面沉降研究方向。目前,华北平原地面沉降出现减缓态势,天津、沧州、衡水等重点城市主城区地面沉降得到有效控制,但华北平原尤其是河北平原地面沉降总体上仍然处于较快发展阶段,主要原因是农业灌区地下水开采得不到有效控制。未来华北平原地面沉降研究应聚焦地面沉降机理和预测预警、地下水位回升驱动下的土层变形规律及其对环境的影响、地面沉降区地下水资源属性及地热开发与地面沉降关系等方面。     

天津市地下水流-地面沉降耦合模型

天津市平原区地面沉降主要由地下水大量开采引起,影响范围广、危害大,已成为天津市主要的环境地质问题。分析了研究区的水文地质条件,结合地下水开发利用状况,将研究区概化为6个含水层组,地下水流考虑三维非稳定流,地面沉降选用一维固结压缩模型,运用地下水流模型Modflow 2005和地面沉降模拟模块 Sub,建立了天津市平原区地下水流-地面沉降数值耦合模型,模型面积为1.1×10⁴ km²,利用1998-2008年地下水位等值线、过程线、地面沉降过程线等资料对模型进行了识别。模拟期的地下水均衡分析表明,在多年开采条件下,越流补给、压缩释水、侧向边界流入分别占深层含水层补给量的41.84％、32.15％和24.17％。将调试后的模型应用于南水北调实施后地下水控采条件下的地面沉降趋势预测,显示出停采或减少地下水的开采,有利于减缓地面沉降下降速度,且表现出开采层位越往下,地面沉降恢复难度越大的变化趋势。     

地下水位变化模式下含水砂层变形特征及上海地面沉降特征分析

土体变形特征与其经历的应力状态有关。由于抽灌水位置和水量的变化,同一土层中不同时期的地下水位可以呈现不同的变化模式,土层表现出不同的变形特征。论文根据上海1400多个水位孔近40a的水位观测资料和各土层的变形资料,从土层变形角度将地下水位的变化方式划分为5种模式。分析了每种地下水位变化模式下土层的变形特征,并进一步分析了上海地面沉降在时间和空间上的特征。分析结果表明:地下水位的变化模式对上海土层的变形有显著影响。同一土层在不同的水位变化模式下可表现为弹性、弹塑性或粘弹塑性的变形特征;地面沉降与地下水开采量、地下水开采层次与主要沉降层具有密切的关系,开采地下水是上海地面沉降的主要原因;与现阶段含水层的水位变化模式相联系,第四承压含水层是上海最近几年来地面沉降的主要沉降层。     

基于SBAS-InSAR的西安市鱼化寨地区地面沉降与地裂缝时空演变特征研究

自20世纪50年代末以来,西安市遭受了严重的地面沉降和地裂缝灾害,严重制约了西安市城市建设发展规划.本文以西安市典型地面沉降区之一的鱼化寨为研究区,基于短基线集合成孔径雷达干涉测量技术,采用覆盖研究区的ERS(1992～1993年)、Envisat(2003～2010年)、Sentinel-1A(2015～2020年)...