上海陆域地区地下水采灌与地面沉降的时空特征

上海市地面沉降防治已有显著成效,但在空间格局上地表变形的不均匀性较显著,地面沉降防治管理进入了分区管控的新时期.为配合分区管控,利用长时间序列的水位、地下水开采、分层标三类监测数据,结合区域地面沉降模型,探讨地下水采灌与地面沉降的时空特征.上海市经历了两次长时间大范围的地下水开采,每次旋回分别经历开采量从增加到逐渐减少(甚至回灌)两个阶段.第一旋回的时段是1860-1971年,地下水开采于1963年达到年度最大净抽水量,开采集中在核心区的浅部土层,导致了较严重地面沉降.第二旋回的时段是1972年至今,地下水开采于1998年达到年度最大净抽水量,开采层位集中在第四承压含水层.从1998年至2005年,此层逐渐减少地下水开采,未大量回灌,但地下水位抬升显著,说明此层地下水补给条件良好. 2006-2011年间,各土层的压缩已经大幅减小,宝山、嘉定和核心区的深部土层均有回弹,浅部土层虽然没有抬升,但压缩速率较小,最大沉降速率处于浦东区,为2.61 mm·a~(-1).     

地面沉降对地下水时空响应及其非工程控沉

针对潍北平原地面沉降问题,建立地面沉降流固耦合三维数值模型,从宏观的角度探讨潍北平原在未来一段时间内区域性地面沉降的发展规律,考虑到地下水开采与地面沉降的相互关系,量化地下水开采对其的负面影响.研究结果表明:潍北平原地区沉降漏斗中心主要分布在寿光市营里镇东部和广陵乡北部;保持2019年地下水开采量,潍北平原未来10年内的沉降仍呈继续发展和增加态势,2029年最大累积地面沉降量将高达565.42 mm,年均增长率为38.97 mm/a,沉降中心未发生转移;随着地下水开采量的减少,地面沉降发育程度明显得到缓解,随之持续减小,地面沉降的减缓趋势则会逐渐趋于平缓;当减采量控制在10%与30%之间时,地面沉降灾害的减缓效果较佳.     

北京东部区域地面沉降现状及其发展趋势预测

东部沉降区是北京地面沉降比较严重的沉降区之一.该区域是北京市未来发展的重点地区之一,包括了CBD及其东扩区,通州新城.通过对该区域内大量地面沉降历史观测数据、地下水位历史观测数据以及近几年的监测成果进行整理,分析总结了该区域内地面沉降发生、发展的特点及规律,并建立了适用于不同地层在多层地下水动态变化条件下的地面沉降计算方法,编制了计算程序.分析与计算结果表明:1)研究区的地面沉降总体上呈现自西向东,自北向南发展的趋势,由一个沉降中心逐渐出现多个沉降中心.2)近几年研究区的地面沉降呈现出沉降面积迅速扩大、沉降速率加快的发展趋势.3)未来5年内研究区西部地区地面沉降比较稳定,地面沉降继续向东部与南部移动.     

基于SBAS技术的兰州新区地面沉降监测研究

利用小基线集合成孔径雷达干涉测量的方法和试验相结合的手段,获取兰州新区2015-2016年的地面沉降范围和速率情况,结合地质环境背景和人类工程活动,分析了地面沉降的发生规律.结果表明,地面沉降主要分布在新区南部、中东部和西北部,最大沉降速率达到55.0 mm/a.地面沉降与地层岩性和断层分布有密切联系,与地下水位变化呈弱相关关系,填方、建筑荷载、道路建设和农业灌溉加剧地面沉降发生;填土相对原生黄土具有更大的孔隙比和压缩系数,在水的作用下更易发生淋滤和溶蚀,发生湿陷并进一步导致不均匀沉降.建议在城市规划时要对高层建筑的施工建设(特别是填土区)进行控制,减少地面荷载和增加地面的承载力,从预防的角度减少地面沉降现象及其危害.     

基于InSAR的北京市平原区地下水动态监测

北京市平原地区由于长期的地下水开采,导致该地出现地表沉降的地质问题,为实现将InSAR技术应用于地下水的动态监测,采用北京市2007～2010年16景ENVISAT-ASAR数据,利用小基线集技术(small baseline subset,SBAS),得到北京市2007～2010年地表沉降信息,并结合地下水水位埋深数据构建了地下水监测的线性回归方程.得到以下结论:(1)2007～2010年期间,北京市平原区的沉降开始于朝阳区,向四周扩散,且一直在持续;(2)地下水开采与地面沉降正相关;(3)根据地下水与沉降信息构建的三次线性方程,相关性系数最高可到达0. 797;(4)沉降量与GRACE监测的地下水变化具有极高的相关性,因此可以根据GRACE反映的地下水的变化与累积沉降量的相关关系进行空间的降尺度,以提高GRACE数据反映地下水的空间分辨率。     

廊坊城区地面沉降与地下水漏斗响应关系

通过收集廊坊城区水文地质条件、地面沉降监测等资料,分析地下水漏斗变化和地面沉降发展情况,研究廊坊城区地面沉降与地下水漏斗响应关系。首先,深层地下水是廊坊城区的主要水源,2001—2015年供水量呈整体上升趋势,其中生产用水和家庭用水占主要部分,长期开采深层地下水形成地下水漏斗,漏斗断面呈"V"字形。其次,基于合成孔径雷达干涉(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术,廊坊市城区大部沉降速率60 mm/a,局部达80 mm/a。再者,地下水漏斗变化和地面沉降响应关系显示,地下水漏斗与地面沉降中心基本吻合,地下水位开采量增加,造成深层水位下降,导致地面沉降速率不断变大,影响范围亦增大,地下水位下降成为该区地面层沉降主要影响因素,同时建筑群荷载增加对地面沉降亦产生不利影响。因此,开展地面沉降与地下水漏斗响应关系研究可为地面沉降灾害防治提供理论依据。     

廊坊北三县地区地面沉降时空分布特征与成因分析

精确、高效的垂向形变监测与分析对地面沉降灾害防控与地球动力学研究均具重要意义。采用永久散射体干涉测量(PS-In SAR)技术获取廊坊北三县地区2007~2010年地面沉降时间序列信息,并结合地层岩性、活动构造、城镇化水平与地下水开采等形变影响因素,分析研究区沉降时空分布特征与成因。结果表明:研究区地面沉降非均匀性显著,且表现出季节性变动特征;厚度较大的冲积、湖积地层沉降较发育,沉降分布受构造控制明显,断层两侧形变速率差异大,局部区域人为诱因占主导;一般、严重沉降区分布与0IBI差值0.4区域具一定空间响应,且在典型区内与中、深层承压水位漏斗空间展布吻合较好,但沉降中心偏西北。     

上海市控制地面沉降灾害的成本-效益分析

从 2 0世纪 6 0年代开始 ,上海市就积极开展地面沉降动态监测与研究 ,采取地下水人工回灌、限制地下水开采等有效措施 ,最大限度控制地面沉降 ,已取得显著成效 .控制沉降后 (196 5— 2 0 0 0年 )的年均沉降量从控制沉降前 (192 1— 196 4年 )的 37.93mm锐减至 6 .19mm .运用成本 -效益分析方法 ,对上海市控制地面沉降灾害的费用效益进行了探讨 .结果表明 ,上海市控制地面沉降灾害的投入为 16 .75亿元 ,取得的控制沉降经济效益高达 6 15 9.4 2亿元 ,年均控制沉降效益为 171.10亿元 ,控制 1mm地面沉降的经济效益为 5 .37亿元     

利用SAR相干点目标分析技术监测常州地面沉降

由于地下水开采和大量工程建设的影响,不少城市地面沉降问题突出.利用2011年至2013年间获取的41景TerraSAR-X高分辨率SAR数据,采用相干点目标分析技术对常州地表形变进行监测,获得了地面沉降速率图,并与水准测量结果进行了对比验证,达到了毫米级精度.研究结果显示,常州市武进地区存在几处明显的沉降,在2011-2013年间最大沉降速率达到28.7 mm/a,体现了IPTA技术在城市地面沉降监测中有很好的应用前景.     

通州区城市扩张对地面沉降的影响

地面沉降是一种不可补偿的永久性环境和资源损失.在北京"市府东移"的战略背景下,通州城区快速扩张、基础设施加速建设、人口急剧增多,都会对通州沉降漏斗的演变造成新的压力.本文基于ENVISAT ASAR(2003—2010年)和RADASAT-2(2010—2016年)两个时段的时间序列SAR影像,利用最新的永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-In SAR)技术提取高精度的沉降数据,并结合地下水水位数据、土地利用数据,采用GIS空间分析方法,分析通州区地面沉降的时空演化特征及其成因.结果表明:1)2003—2010年,漏斗中心的最大年沉降速率为88.55 mm/a,2010—2016年的最大年均沉降速率达到127.58 mm/a,其沉降呈不断加重的趋势,这两个阶段的区域最大累积沉降量达到1 219.45 mm.2)2016年建设用地面积较2003年净增202.38 km2,达到433.85 km2,建设用地的主要转入来源为绿地.建成区的持续扩张、大量的生态用地被侵占,致使通州城区地面沉降加速演变.3)城市人口增多带来用水量的增加,导致地下水开采量的增加.四个水位监测点上的水位标高的均出现不同程度的下降且与沉降的趋势有很高的相关性.     

基于DFOS的通州湾地区地面沉降监测与变形分析

以江苏省通州湾地区YD002钻孔为研究对象,建立了地面沉降DFOS(distributed fiber optic sensing)系统,对该地区第四纪沉积层的变形及地面沉降进行长期监测,并依据监测数据对该地区地面沉降的现状和趋势进行分析。结果表明：该地区目前的主要变形来源为抽水层上部承压含水层组垂向释水造成的土层压缩变形,地层整体呈压缩趋势,且各压缩层变形与地下水水位变化规律密切相关;相较于传统分层标,DFOS技术能够更加精细化地测量土层垂向的压缩-回弹变形。     

基于小基线集干涉测量的天津地区地表沉降时空分析

基于覆盖天津地区2017—2019年的30景Sentinel-1A影像数据,采用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)方法对研究区域进行地表沉降监测,获取了天津地区的年平均沉降速率和累积沉降,并与水准数据进行比对,最后分析了该地区的沉降时空特征。结果表明:2017—2019年大部分区域地表形变速率为-15.8～4.1 mm/a,最大沉降速率超过-130 mm/a,最大沉降中心位于天津市西青区王庆坨镇;基于SBAS-InSAR获取的沉降结果与水准测量结果比对,其精度达到2.96 mm;地表沉降受地下水开采、城市基础建设的发展以及工业用地量、人为活动等方面因素影响明显。     

Taiyuan City subsidence observed with Persistent Scatterer InSAR

C- and X-bands Synthetic Aperture Radar（SAR） images acquired from February 2009 to September 2010 were processed with Persistent Scatterer Interferometry（PS-InSAR） algorithm to investigate spatial and temporal variations in deformation over Taiyuan City, China. The spatial pattern of subsidence and the magnitude of subsidence rate are similar in the velocity field maps achieved by the algorithm from these two data sets. It shows that there are four primary subsidence centers in Taiyuan City：Xiayuan, Wujiabao, Xiaodian, Sunjiazhai, which are near the groundwater extraction wells. The maximum subsidence rate is up to 70 mm/year at Sunjiazhai. The locus of maximum subsidence has shifted from its historical location in the north to the south. In view of the severe shortage of water resources and presented features of subsidence over Taiyuan City, we inferred that excessive pumping of groundwater was the dominant reason of land subsidence.     

基于SBAS技术的天津市地面形变特征分析

地面沉降是一种普遍存在的地质灾害,天津是我国地面沉降较为严重的城市之一,对地面形变特征的研究,有助于了解地面沉降分布,合理进行城市规划。基于覆盖天津地区的Sentinel-1升轨和降轨数据,使用改进的小基线时序干涉测量方法获取卫星视线向（line of sight,LOS）向形变速率场,针对沿海地区大气影响严重等问题,引用InSAR通用大气校正在线服务（Generic Atmospheric Correction Online Service for InSAR , GACOS）模型去除大气误差影响。从获取的天津地区形变速度场可以看出,天津市区内形变量相对较小,市区周边的静海区、西青区存在一定的形变漏斗,最大LOS向形变量约-40mm/a;武清区和北辰区形变量最大,有一个范围和形变量级都较大的形变漏斗,形变漏斗中心为武清区王庆坨镇,其最大LOS向形变量在升轨和降轨结果中分别为80mm/a和99.2mm/a,结合该区域土地利用情况,发现主要是由于产业园密集建设,导致工业和生活用水过度导致地下水超采。从形变结果可以看出,后续需要对存在形变漏斗的区域进行科学用水管理和合理城市规划,从而有效改善区域形变的影响。     

上海地面沉降地下水渗流场与地层应力场分析

为有效控制上海地面沉降发展,利用地下水位与地层变形的实测资料,分析了地下水渗流场与应力场的变化特征及其制约机制。结果表明:地面沉降与地下水渗流场、第四纪地层的应力场关系密切;开发利用地下水资源以及工程建设活动,是渗流场与应力场发生变化的重要影响因素;地层空间分布的不均一也使渗流场和应力场发生突变并呈现非线性;深部含水层集中开采导致的地下水位持续下降以及浅部含水层的工程降水和建筑荷载,是上海地面沉降防治面临的新问题。该研究有助于上海地面沉降系统调控对策的制定与防治技术措施的实施。     

天津沿海地区地面沉降及其影响因素

利用GIS空间分析方法, 以1980?2005年大地水准点测量数据为基础, 对天津沿海地区地面沉降的时空分布进行研究, 结果表明整体沉降速率逐渐降低, 并由海向陆递增。影响天津沿海地区地面沉降的主要人为因素是地下水超采, 主要自然因素是软土层次固结。严格限制开采地下水仍是未来一段时期控制地面沉降的有效措施。     

基于小基线集时序干涉雷达分析武汉中心城区地表沉降时空特征

利用2015—2016年期间获取的15景Sentinel-1A TOPS SAR影像,采用小基线集时序干涉雷达(interferometric syn-thetic aperture radar,InSAR)分析方法,研究了武汉中心城区的地表沉降特征,分析并建立了该地区地表沉降与城市建设、降雨量和长江水位变化等因素的关系.采用32个水准点数据验证了基于Sentinel-1A反演的地表沉降结果,精度为5.82 mm/a.研究区域内不均沉降明显,其地表沉降速率范围为-81.5～18.2 mm/a,且探测到的最大沉降速率位于后湖地区;地表沉降时间序列呈伴随有明显季节变化的非线性沉降.地表沉降与影响因子的对比分析表明,沉降漏斗与工程建设施工区位置分布具有较高的空间相关性;地表沉降中的季节性变化与水位变化和降雨量有关;研究区域地表沉降主要由人为活动、土层压缩性以及地下水过度开采等造成.研究结果给出了武汉中心城区地表沉降时空特征和地表沉降与其影响因子之间的相互关系.     

上海浅层土的沉降分析

本文根据上海市区浅层土在近二十年来抽、灌水作用下的变形规律,采用优化方法分析了上海浅层土的变形模型并确定其计算参数;利用已有的上海地面沉降问题的弹性解答.采用推广的李氏比拟法,结合选定的横型,推导出了土体为粘弹性假设下的土层变形量的解答;把各年的流变参数作为一组随机变量,得到流变参数的统计规律,进而采用蒙特卡罗方法得出劳动公园及汽车二场两个标点浅层土变形量的统计规律;并将该统计规律应用于沉降预测,通过计算分析提出了减小地面沉降的措施.