结合InSAR和独立成分分析的衡水市地面沉降研究

针对地下水的过度开采容易导致地面沉降问题,为了更好地管理地下水开采,防控地面沉降,该文结合使用了InSAR时序数据和ICA方法,将衡水市部分地区2017—2020年地面沉降分解为3个模式,并结合地下水等数据对独立成分的时空特征进行分析。通过IC时间序列与地面沉降序列较高的相关系数(0.98、0.74和0.84以上),验证了独立成分时间序列与地面沉降的一致性;通过各分量的贡献占比,可知地面沉降的主导成分;IC3与地下水的相关系数(0.9以上)表明IC3受到地下水变化的控制。实验结果表明,研究区地面沉降有长期沉降、城市生活和工业用水引发的沉降以及季节性沉降3种沉降模式,其中长期沉降为地面沉降的主导成分,季节性沉降与冬小麦-夏玉米的耕作制度有关。     

利用GRACE数据进行京津冀地区地面沉降与地下水耦合分析

地下水的过量开采已导致京津冀地区出现严重的地面沉降,为了分析地下水与地面沉降之间的耦合关系,首先利用GRACE-FO数据与GLDAS数据反演出京津冀地区2016—2019年地下水变化时序;然后利用MCTSB-InSAR技术反演出该地区同时段的沉降变化时序。通过试验分别获取地下水与地面沉降的差分变化序列和变化趋势线,并引入非弹性存储系数分析地下水对地面沉降影响力的变化规律。结果表明:①当地下水迅速升高或降低时,地面沉降速率减小或增大;当地下水持续升高时,地面沉降接近停止。②沉降越严重的区域,地下水与地面沉降变化趋势的相关性越强。③由地下水变化引起沉降的能力,随沉降等级升高而变大,且该能力在不同沉降等级中随时间变化的趋势也不同。     

时序InSAR技术的潍北平原地面沉降分析

针对潍北平原地区较为严重的地面沉降灾害,该文通过长序列地面沉降监测资料全面掌握了该地区地面沉降现状,为该地区地面沉降的预防治理提供科学依据.该文利用SBAS-InSAR技术对潍北平原地区2017年8月-2019年10月期间的Sentinel-1A数据进行了处理.基于水准测量数据对监测结果进行验证,获取了该区域的地面沉降时空分布特征,对沉降典型特征点的时序形变特征进行了分析,研究了地面沉降与地下水之间的相关性.结果表明:2017-2019年间最大沉降速率超过50(mm·a-1)的区域主要包括寿光市羊口镇、营里镇、侯镇,寒亭区大家洼镇、央子镇以及昌邑市龙池镇;地面沉降受地下水超采的影响较为显著,地面沉降漏斗与深层地下水降落漏斗分布特征基本一致.     

地下水开采与地面沉降关系的短基线集分析

针对传统地面沉降监测手段阻碍了地下水的开采控制及其相关研究这一情况,该文基于短基线集时序分析方法提取了天津市平原地表形变信息。首先根据合成孔径雷达干涉结果分析了天津市地面沉降分布特征,然后定量研究了地面沉降漏斗分布特征,最后以北辰区为例将实测地下水降落漏斗与地面沉降中心进行耦合。结果表明:天津市地面沉降产生主导因素为超量开采造成的地下水位下降,两者直接相关;地下水超采区内的地面沉降中心与地下水漏斗中心大致吻合,并有整体稍向西北方向偏移的趋势,原因可能为地下水开采后,受岩土的厚度与性质控制,其软土层固结速滞后于地下水位的水头变化。     

天津地区Sentinel-1A雷达影像PSInSAR地面沉降监测

利用2015-05—2016-02获取的天津地区23景哨兵-1A(Sentinel-1A)卫星IW模式影像,进行基于地面散射特性保持稳定的高相干点永久散射体干涉测量处理(PSIn SAR),获取了地面沉降速率,分析了重点沉降区域时序形变特征和成因。实验结果表明,天津地区沉降严重区域主要集中在北辰区和大寺镇,结合北辰区沉降速率图和第2、3承压含水组水位降落漏斗等值线图,分析发现地面沉降中心和地下水位漏斗大致吻合,呈现整体向东北方向偏移的趋势,得出造成地面沉降的主导因素可能为超量开采地下水的结论。     

基于时序InSAR的即墨市区地表形变监测

地面沉降是一种对地面及地下基础设施造成安全隐患,对经济可持续发展和环境保护产生破坏影响的地质灾害现象。本文使用2017年5月至2018年5月16景Sentinel-1A卫星SAR影像,根据D-InSAR的初步形变监测结果将即墨城区内沉降明显的区域作为研究区,基于PS和SBAS两种时序InSAR方法对该区域进行地面沉降监测,获得的沉降分布和形变时序结果吻合。地面沉降的分布与新建高层建筑区吻合,地面形变趋势与区域降水量和地下水水位变化有较高的相关性。研究结果有助于了解即墨城区的地表沉降状况以及原因,为地面沉降综合治理和地下水水资源开发利用提供参考依据。     

SBAS时序分析技术监测现代黄河三角洲地面沉降

本文将SBAS(small baseline subset)时序分析技术应用于现代黄河三角洲地面沉降监测。选取覆盖研究区的39景ERS1/2SAR数据,提取了1992至2000年现代黄河三角洲地面沉降速率,结果与水准观测数据基本保持一致,研究发现胜利油田中心开采区最大地面沉降速率可达-33.2mm/a。研究表明,黄河三角洲地面沉降主要由石油开采(采油和抽取浅层地下水用于回注)、地下水抽取、地表载荷增加、沉积物固结压实引发,沉积物固结压实和石油开采对现代黄河三角洲地面沉降的贡献显著。     

InSAR视角下准噶尔盆地农业灌溉区地表形变特征和演化规律

抽取地下水进行农业灌溉是导致地下水位快速下降的重要因素，而长期过度开采地下水往往会引发地面沉降灾害，这种现象在干旱和半干旱地区非常普遍。为了研究农业灌溉超采引发的地表形变特征和演化规律，本文以准噶尔盆地南缘、天山北麓地带为研究区域，利用SBAS-InSAR技术对2003年—2009年覆盖呼图壁县的ENVISAT/ASAR升、降轨数据进行处理，获取了该地区的地表形变场，并结合研究区的农业灌溉方式、水资源补给和季节变化等资料对地面沉降的时空变化特征进行分析，为水资源和农业可持续发展提供参考意义。实验表明，研究区内主要有两个沉降幅度较大的漏斗，且都位于农田区域。2007年以前，研究区地表没有显著形变，之后发生了较大量级的沉降。采用传统灌溉方式和时针式灌溉系统的农业区平均沉降速率最高分别可达50 mm/a和30 mm/a，前者在时间上呈线性变化，而后者具有显著的周期性变化特征。在冬季时，采用时针式灌溉系统的地区地面抬升量可达40 mm，远大于传统灌溉方式的农田区域，而夏季地面沉降速率可达200 mm/a。对研究区农业灌溉活动进行分析后发现，农业灌溉造成的地下水超采是该地区地面沉降的主要影响因素，其形变机制与季节变化具有较高的相关性，在灌溉活动休止期内地表形变取决于地下水的补给量。研究区内的形变特征和影响因素分析将为地下水资源的充分利用和农业的可持续发展提供有效的信息。     

基于InSAR技术的天津局部地表沉降特征分析

天津是我国地面沉降最严重的地区之一。本文基于融合分布式的DS-InSAR技术处理了2021年1月—2023年6月的58景Sentinel-1A数据,获取了天津南部地区最新地表形变特征;并结合土地覆盖和水文地质等信息,开展了天津市典型沉降成因分析。结果表明：(1)天津地面沉降分布差异性较大,不均匀沉降特征明显,西南部地区为沉降重灾区,最大沉降速率达85.2 mm/a;(2)天津地面沉降与地下水过度开采、地面载荷增加及地质构造密切相关。该研究可为天津市地质灾害防治提供数据支撑和决策依据。     

基于PSInSAR技术的地面沉降监测研究——以北京怀柔区为例

怀柔应急水源地是北京第一个建成的特大型应急备用水源地,经过数年的开采后,应急水源地水位大幅度下降,地下水漏斗面积不断扩大。PSInSAR技术在监测地面沉降方面具有很大的优势,本文利用PSInSAR技术和2003年—2009年间28幅Enviast卫星的ASAR影像监测怀柔应急水源地地区地面沉降情况,试验结果表明该地区平均沉降量为8mm/a。通过该地区地面沉降状况和地下水漏斗发展趋势之间的对比,发现地面沉降范围和地下水漏斗有较大的空间一致性,平面分布趋势整体上由南西—北东向北西—南东转变。     

利用时序InSAR技术分析北京及河北廊坊地面沉降

利用带大气估计模型的时序InSAR方法对24幅覆盖北京及河北廊坊的Envisat-ASAR影像数据进行了时序分析,获取了该地区2007年4月—2010年9月的地面沉降速率及均方差。发现了以北京朝阳区和通州区交界处为中心和以河北廊坊城区为中心的两个沉降区域,中心区平均沉降速率分别为35mm/a与22mm/a。研究区域形变速率均方差1.5mm/a。研究结果表明:利用时序InSAR技术进行城市地表沉降监测具有较好的精度及稳定性;产生该沉降的可能原因为地下水的开采、城市基础建设的发展及工业用地量、人为活动的增加。     

融合卫星与地面数据研究京津冀地区弹性骨架储水系数

地下水的过量开采已经对京津冀平原地区的土层结构造成严重的破坏。本文旨在了解京津冀地区目前土层结构的健康状况，并对地下水的适宜取水位置提出建议。首先，利用GRACE-FO数据与MCTSB-InSAR技术，分别提取了2017—2019年的京津冀地区的地下水变化时序和沉降变化时序。然后，利用邻域平均方法，使得二者数据空间分辨率一致，并首次获得了京津冀地区2017、2018和2019年的弹性骨架储水系数图。最后，结合京津冀地区的地形地貌、土壤类型及各年内降雨和温度情况，对弹性骨架储水系数图进行了时空维度对比分析。研究发现，京津冀地区土层结构的平均情况正在逐渐变好，但是该地区东南方向土层结构还在继续恶化；京津冀西北地区的土层结构相对于东南地区更适合开采地下水。     

GRACE时变重力场与GPS速度场地表沉降研究

针对地表沉降与地下水储量变化相关性这一问题。该文选取华北地区这一地表沉降典型区域,①利用2003—2009年GRACE月重力场模型和全球陆地数据同化系统GLDAS-Noah模型求得华北地区地下水储量平均变化速率为-16±2 mm/a;②利用1999-2009年275个GPS站点垂直方向速度求得华北地区地表沉降平均速率为-30 mm/a;③结合2003—2009年中国地面2 472台站降水资料和WGHM全球水文模型进行分析。结果表明,华北地区地下水储量变化与年降水量的关系并不明显,地面沉降与降水量的相关性也不明显,但与地下水储量有着显著的关联,地表沉降严重地区的地下水储量下降趋势较大,华北地区地下水储量变化与地表沉降变化整体呈现下降趋势。     

基于PS-InSAR的2003—009年北京平原区沉降控制因素分析

对融合PS与小基线InSAR技术提取的北京市583129个观测点2003-2009年28个时序的实际数据分析,结合北京市的第四系沉积物岩性与厚度分布情况,北京市地下水抽采地点与取水量等实际数据,分析了北京市平原地区2003-2009年的地面沉降的控制因素。得出了第四系沉积物岩性与厚度是控制地面沉降的地质内因,而人工抽采地下水是导致地面沉降的主要的人为外因。     

利用TPCA分析北京平原区地面沉降的时空演化特征

时间主成分分析（temporal principal component analysis,TPCA）可用于地学领域中提取时空数据的时序特征和空间分布特征,北京平原区的地面沉降具有典型的时序和空间特征。在利用永久散射体干涉测量技术获取的北京平原区2003—2010年地面沉降数据的基础上,采用TPCA方法分析了北京平原区地面沉降时空演化特征。经分析发现:（1）TPCA分析得到的第一主成分反映了地面沉降在该长时序阶段的空间分布特征。（2）第二主成分得分为正的空间点与可压缩层厚度在130 m以上的区域在空间分布上有一致性和相关性。（3）在空间上,第一主成分为负值与第二主成分为正值的永久散射体点分布在年均沉降速率30 mm/a以上的严重沉降区域。严重沉降区具有明显的南北沉降分类现象和季节性差异,具体表现为:北部沉降区在春夏季节的沉降量大于秋冬季节;南部沉降区则与之相反。总之,基于时间主成分分析方法可分析得到研究区的地面沉降时空演化规律,为城市安全监测提供数据支撑。     

两湖平原地下水微动态影响因素相关性分析

针对地下水微动态影响因素的相关模型建立的研究较缺乏这一问题,该文以两湖平原地区的3个地下水监测站数据为基础,结合该地区气象站点2009—2013年的气压、降水量数据,采用反距离权重插值法内插地下水站点的气压与降水量数据,分别建立地下水与气压等效水高、降水量的皮尔逊相关模型,计算了地下水与气压等效水高、降水量的相关系数,分析该地区地下水的动态变化及其与气压、降水量的相关性。分析结果表明,两湖平原地区地下水对气压的响应呈负相关性,不同区域的相关性不同;降水量对地下水位的影响比较复杂,直接影响并不明显。     

浙江省杭嘉湖平原地面沉降分析

详细介绍杭嘉湖地区地质情况,分析近十多年来该地区的经济发展状况,利用多年的水准校测成果分析该地区地面沉降的总体沉降量和发展趋势,对比地下水资源的利用情况,分析该地区地面沉降的主要成因,同时提出控制地面沉降的基本措施。     

宁波地面沉降的短基线集监测与分析

针对传统地面沉降监测手段精度高,但监测周期长、空间分辨率低、人力物力耗费大等问题,该文基于短基线集时序分析技术提取了宁波地区的地表形变信息。首先根据短基线集技术监测结果分析了宁波地区地面沉降分布特征,然后对宁波东部新城的沉降进行了精细化分析,并给出了其沉降原因。结果表明:宁波地区地面沉降整体呈现弱发育特征,部分地区存在轻微地面隆起现象,东部新城地面沉降呈现中度发育特征,并存在不均匀沉降现象,快速的城市化建设是东部新城地面沉降的主要原因。     

联合重力卫星和水井资料监测华北平原地下水储量变化

华北平原作为人口最多的平原地区,其地下水资源开采十分严重,常态对该地区地下水储量（ground water storage,GWS）变化的精确监测具有重要的生态意义。利用重力卫星数据反演了华北平原的GWS变化,并与水文模型、降水资料、南水北调调水量和地下水井资料进行对比分析,提出融合浅层GWS变化和深层地下水变化方法,得到总地下水的贡献。研究结果表明,重力卫星与全球陆地数据同化系统模型估计的水储量变化均表现出明显的季节性特征;重力卫星反演的GWS变化与浅层地下水井资料估计结果一致性较好;考虑深层地下水的贡献,融合浅层和深层地下水井资料估计结果和重力卫星反演结果吻合更好,相较于仅使用浅层地下水估计结果吻合度更高,并表明浅层地下水为GWS变化的主要变化量;2003—2017年,华北平原地下水处于长期亏损趋势（-1.3±0.6 cm/a）;2018—2020年,重力卫星反演结果与同时段内顾及深层地下水井资料的总GWS亏损速率几乎一致;2021年,重力卫星和地下水井资料与前期观测结果形成鲜明的U型反转,GWS均呈增长趋势;降雨和南水北调对华北平原的水储量变化具有直接影响,对缓解GWS亏损和地下...     

京津城际铁路沿线不均匀地面沉降演化特征

北京-天津（京津）城际铁路经过地面沉降漏斗边缘,其安全运营随着不均匀沉降的增加而威胁增加。采用时序干涉测量技术监测铁路沿线地表形变,结合剖面分析与时序分析方法探讨其与影响因素之间的响应特征,揭示铁路沿线不均匀地面沉降空间分布与演化特征。结果表明,梯度可以很好地体现区域地面沉降不均匀性,研究区可压缩层厚度、地下水开发利用情况、铁路运行等均与地面沉降呈现正相关关系。可压缩层的存在为沉降发生的基础条件,地下水开发利用与铁路运营为沉降产生的主导条件,二者的时空分布情况共同决定不均匀地面沉降的发展演化。