地下水開採與地面沉降關係的短基線集分析

地下水開採與地面沉降關係的短基線集分析

摘要：

針對傳統地面沉降監測手段阻礙了地下水的開採控制及其相關研究這一情況，該文基於短基線集時序分析方法提取了天津市平原地表形變信息。首先根據合成孔徑雷達干涉結果分析了天津市地面沉降分布特徵，然後定量研究了地面沉降漏斗分布特徵，最後以北辰區為例將實測地下水降落漏斗與地面沉降中心進行耦合。結果表明：天津市地面沉降產生主導因素為超量開採造成的地下水位下降，兩者直接相關；地下水超採區內的地面沉降中心與地下水漏斗中心大致吻合，並有整體稍向西北方向偏移的趨勢，原因可能為地下水開採後，受岩土的厚度與性質控制，其軟土層固結速滯後於地下水位的水頭變化。

近幾年，華北平原地區由於地下水的過量開採，造成了嚴重的地面沉降災害， 為國民經濟的發展帶來了極大的不便。為了有效地開展地下水開採的控制，分析地下水開採造成地面沉降的機制，最終建立可持續的地下水開採模型來抑制不可恢復的地面沉降， 地面沉降的監測是其中非常重要的一部分。由於傳統地面沉降監測手段難以進行大尺度範圍的形變監測以及定義地表的時序性形變特徵，對地下水的開採控制及其相關研究造成了極大的阻礙。隨著合成孔徑雷達干涉技術的不斷發展，相比以往的監測手段，ＩｎＳＡＲ 監測技術具有實時動態、大尺度範圍、高精度等優勢，從而為研究地下水開採導致的地面沉降機理提供了更有說服力的數據依據。為實現長時間和高精度地監測地表形變， 許多學者提出了相應的方法來解決去相干問題。文獻［１］ 提出了永久散射體的時間序列處理方法，掀起了ＩｎＳＡＲ 技術研究的熱潮；文獻［２-４］提出的短基線集（ｓｍａｌｌｂａｓｅｌｉｎｅｓｕｂｓｅｔ，ＳＢＡＳ）方法，即ＳＢＡＳＩｎＳＡＲ 時序分析方法，對於研究低解析度廣域範圍的形變， 其在監測精度上具有顯著的優勢。隨著地下水地面沉降機理研究的不斷發展， 國內外許多學者都在基於ＩｎＳＡＲ 時序分析方法分析地下水地面沉降機理方面做出了貢獻。文獻［５］ 利用雷達干涉測量方法對美國加利福尼亞州地區進行了地表沉降監測，並基於ＩｎＳＡＲ 時序分析方法建立了加州地區地下水地面沉降模型； 文獻［６］ 基於ＩｎＳＡＲ 技術並結合水文地質資料研究了墨西哥某地區地下水開採量估算模型；文獻［７］採用不同的ＩｎＳＡＲ 時序分析方法獲取了天津地面沉降速率並對天津市地面沉降的分布特徵進行了分析；文獻［８］基於ＩｎＳＡＲ 時序分析方法對華北地區地面沉降的變化及驅動力進行了一定的分析與研究；文獻［９］ 利用多時相ＩｎＳＡＲ 技術研究了廊坊地區地下水體積的變化。

與永久散射體干涉技術相比，ＳＢＡＳＩｎＳＡＲ 方法具有降低幾何與時間去相干效應的優點。本文基於前人的研究，利用ＳＢＡＳＩｎＳＡＲ 時序方法進行了天津市地面沉降監測， 獲取天津平原地區地表形變信息。首先根據ＩｎＳＡＲ 結果對天津市地面沉降分布特徵做了宏觀尺度的分析， 其次定量研究了地面沉降漏斗分布特徵， 最後以北辰區為例將實測地下水降落漏斗與地面沉降中心耦合進行了分析。

本文通過結合水文地質監測數據、ＩｎＳＡＲ 地面沉降監測數據結合進行定量分析， 得到以下結論：

１）天津市地面沉降產生主導因素為超量開採地下水造成的地下水位下降，兩者直接相關。因此，可以認為天津地面沉降的漏斗產生的機理主要是地下水位下降導致的地面沉降， 兩者具有一致性和相關性。根據此機理， 可以進一步研究構建基於沉降漏斗的沉降地下水模型，開展預測分析，為天津市區地面沉降監控與實用研究提供技術依據。

２）地下水超採區內的地面沉降中心相對於地下水漏斗中心大致吻合， 但顯示了整體微微向西北方向偏移的趨勢， 造成此現象的原因可能為開採後的軟土層固結速度滯後於地下水水頭變化。

３）今後的地面沉降災害治理重點依然應放在地下水開採管控上， 條件具備時應該採用回灌措施，抑制不可恢復的沉降。

引用格式：張子文，楊帆，吳文豪，等．地下水開採與地面沉降關係的短基線集分析［Ｊ］．測繪科學，２０１６，４１（６）：６４-６９，１３４．

請您繼續閱讀更多來自 測繪科學 的精彩文章:

TAG:測繪科學 |

※大氣所揭示全球地下水開採利用的水文氣候效應
※地震和開採石油真的有關？
※詳細調查、強行開採：日本對東北水泥資源的開發
※國內綠松石產地開採和銷售現狀
※歐洲計劃探索火星水資源：開採第一桶火星水
※開採現場：挖地三尺，只為尋找這種「黑玉石」
※唯一完全環繞地球卻未被大陸分割的大洋，石油資源豐富但開採困難
※地球人終於開採到《變形金剛》里的「能量塊」
※比特幣現金開採難度下降，能否挑戰比特幣地位？
※中國公布了建小行星基地計劃：開採礦石 方便未來星際航行
※地球最大礦坑：開採為中國獨有，礦坑四周仍有大量未被挖掘資源
※中國第一！實現在海域可燃冰試開採中連續穩定產氣
※這顆星球三分之一是鑽石，一旦開採將顛覆世界經濟，離地球很近！
※揭露無節制的開採金礦，導致新幾內亞島等地的環境嚴重被破壞
※天然的除胃火、治牙疼的中藥，是從地下開採出來的「石頭」
※原石開採，綠松石礦，遍地珍寶
※國外鋁土礦開採權爭奪仍處於白熱化階段
※美國開採石油，污染海域，竟誤讓美軍以為地心人出現，自亂陣腳
※日本宣布在沖繩附近成功開採深海熱液噴口礦藏