地下水流场稳定区动静载荷差异模式下地面沉降响应机理

The regional land subsidence in Beijing is caused by long-term excessive exploitation of groundwater, high-density urban buildings(static load)、underground-surface transportation network(dynamic load). At the present stage, in relatively stable groundwater seepage field area, the dynamic and static load increased dramatically in the process of rapid development of the city becomes the most active induced factor for regional land subsidence. .Aiming at this problem, we choose a typical study area in Beijing which the groundwater seepage field is relatively stable, researching land subsidence evolution characteristics and mechanism induced by difference mode of static and dynamic load quantitatively and systematically. By merging PS and small baselines InSAR technology to acquire land deformation field information and using spatial data mining to evaluate uncertainty of InSAR measurement. Then, we apply multisource remote sensing technique, GIS spatial analysis technique, considering regional hydrogeological conditions and difference information of static and dynamic load.At last, land subsidence mechanism induced by different mode of static and dynamic load are revealed. It provides the theoretic basis and technology for controlling of land subsidence under urban complex system.

北京区域地面沉降主要是地下水长期超量开采、高密度城市建筑等静载荷、地下-地表立体交通网络形成的动载荷，共同作用的结果。现阶段，在地下水流场相对稳定区域，城市快速发展过程中急剧增加的动静载荷，是区域地面沉降最为活跃的诱发因素。.针对此问题，选取北京地下水流场相对稳定区域为研究区，分解、量化研究动静载荷差异模式下地面沉降演化特征及其响应机理。融合PS和小基线InSAR技术获取地面形变场时序信息，采用空间数据挖掘方法评价InSAR测量结果的不确定性；综合遥感、GIS空间分析技术，结合区域水文地质条件和不同尺度动静载荷时空差异信息，揭示动静载荷时空差异模式下地面沉降响应机理，为大都市复杂系统下的地面沉降调控提供科学依据与技术方法。

选取北京平原典型沉降区为研究区，针对北京长期超量开采地下水、城市近地表空间开发利用、动静载荷逐年迅速增加等引发的区域地面沉降问题，采用融合PS与小基线的InSAR干涉测量技术提取其形变信息。研究结果表明北京地区地面沉降速率差异性很大，最大年沉降速率约为136mm/a，主要分布在朝阳东部、顺义西部、昌平东南部、通州西北地区，沉降漏斗连成一片。基于InSAR技术获取的地面沉降监测信息，选取典型地面沉降区域，采用GIS空间分析方法，研究时间序列的不均匀沉降的演化规律，表明浅地表空间利用的复杂情况在一定程度上影响着区域的不均匀沉降态势，空间利用情况越简单，沉降的梯度相对越小，不均匀沉降趋势越小。结合InSAR地面沉降监测信息与IBI遥感建筑指数，表明了载荷的密度与沉降的不均匀性存在正相关关系，尤其在高沉降速率地区显示的较为明显。高密度建筑群使得局部地面荷载增加，各单体建筑的附加沉降互相叠加，对区域性地面沉降的贡献仍旧是不容忽视的问题。综合地下水开采情况，在地下水水位下降相对稳定期内，针对同一区域水文地质体，分解、量化研究动静载荷差异模式下的地面沉降响应机理，查明城市扩张与大规模轨道交通网络建设对地面沉降的贡献，研究成果为城市发展和功能区划提供科学依据。