北京应急水源地含水层系统释水系数估算研究

PS-InSAR (Permanent Scatterers Interferometry Synthetic Aperture Radar)technology is used to analyze the process of land subsidence and to calculate the elastic storage coefficient of the aquifer system and the inelastic inelastic skeletal storage coefficientof compressible strata, which is important for study the mechanism of land subsidence in the regional scale.. Huairou emergence water resource region in Beijing is taken as the study site. Firstly, PS-InSAR techonlogy is used to obtain the vertical deformations with high accuracy . Combined the monitored deformation fields with the groundwater flow fields, the deformation process of land subsidence induced by water level change is studied by using spatial analysis technology. The elastic deformation or inelastic deformation, cycle character and general tendency of deformation are determined. Secondly, based on the fuction of groundwater level and deformation,and the numerical model of land subsidence restrainted by the deformation fields obtained by PS-InSAR, the elastic storage coefficient and inelastic skeletal storage coefficient are calculated respectively. This research can help to learn the mechanism of land subsidence in Beijing.

利用PS-InSAR(永久散射体合成孔径雷达干涉测量)技术，分析区域地面沉降过程，估算含水层系统弹性释水系数和可压缩层的非弹性释水系数，是正确揭示区域地面沉降机理的迫切需要。本项目选择北京怀柔应急水源地区为研究区，利用PS-InSAR技术获取高精度区域地面沉降垂向形变量，结合地下水监测网，利用空间分析技术，系统研究地下水位变化下的地面沉降形变过程（弹性/非弹性形变、周期性和趋势性特征）。在此基础上，结合应力场和应变场的时空函数关系、PS-InSAR约束的地面沉降数值模型等，估算含水层系统的弹性释水系数和可压缩层的非弹性释水系数，为探索区域尺度上地面沉降的发生机理提供理论依据和技术方法。

针对北京怀柔应急水源地区长期过量开采地下水引发的区域地面沉降问题，本项目主要开展了以下工作：① 收集了37景ASAR数据，利用IPTA技术提取2003-2010年的地面沉降信息，分析地面沉降的演化过程，揭示地面沉降与各驱动力间的关系； ② 提出多分区模式下的转移概率模型对地层岩性的空间非均质性进行刻画；③ 建立三维地下水流模型-土体形变模型，利用IPTA监测的形变信息约束地面沉降数值模型，反演得到释水系数的空间分布。结果表明：① 该研究区内存在两个沉降中心：后沙峪一带以及杨镇。沉降最大沉降速率为-53mm/a，最大累计沉降量为342mm。北部应急水源地区的地面沉降量相对较小，截至到2010年1月沉降量大约60mm。通过地面沉降与各驱动力的关系研究，发现天竺地区水位下降与沉降量有很好的对应关系，而在其他地区大的水位降不一定造成严重的地面沉降，沉积地层的岩性特征同样控制着地面沉降量，地面沉降量较大的区域与可压缩地层较厚的地区有一定重叠性，西南部地区可压缩地层的累计厚度大，最大累计厚度能够达到390米，这种地质环境利于地面沉降的发生，可压缩地层厚度的不同也造成了差异性沉降。此外，尽管建筑物面积的增加改变了作用在地质实体上的总应力，对地面沉降速率有一定影响，但是这个作用在本研究区内并不显著。② 利用改进的梯度算法和求解敏感性方程Jacobian矩阵优化转移概率模型参数，基于优化后的转移概率模型采用指示模拟算法对地层岩性进行了三维模拟，提高了地层岩性的三维建模精度，建立的模型真实反映了冲洪积扇地区地层岩性的沉积特征。③引入分区赋值的思想，利用遥感监测的地表形变信息，利用SUB模块确定第二、三、四含水层组的释水系数分区范围及其数值，提高了地面沉降模型的精准性。.