南水进京背景下地面沉降演化机理

South to North Water Transfer Project (SNWTP) will change the regional water cycle in Beijing and then strongly influence the spatiotemporal evolution of land subsidence. To solve this problem, time-series InSAR technology which has multi-scale, multi-resolution and multi-cycle, and Groundwater Numerical Simulation are integrated and optimized. In this way, the deformation of the time-series land subsidence deformation field, groundwater seepage field and local target field (aquifer system recharged by SNWTP, storage system of underground reservoir, system of restraining groundwater exploitation and seepage field in their influence area) in Beijing plain area are obtained. Geographic Information System spatial analysis and spatial data mining methods are adopted to explain the interaction and overlay effect between local target field and regional background field and then acquired the contribution of local target field on differential evolution of regional land subsidence. Finally, response process, overlay effect and interaction mechanism between evolution of regional groundwater funnel and land subsidence are quantitatively researched to reveal the evolution mechanism of Beijing regional land subsidence in the background of SNWTP.

针对南水进京改变区域水循环，强烈影响地面沉降时空演化问题，以北京平原区为研究区，系统集成、优化多尺度、多周期、多分辨率InSAR技术与地下水数值模拟技术，获取区域时序沉降形变场-地下水渗流场、局部目标场（南水回灌含水层系统、地下水库储蓄系统、地下水压采系统及其影响区域渗流场）形变信息，结合GIS空间分析、空间数据挖掘方法，阐明局部目标场与区域背景场叠加和相互作用，揭示其对区域地面沉降差异性演化的贡献率；量化分析区域地下水漏斗空间演化的地面沉降响应过程、叠加效应与作用机理，揭示南水进京背景下区域地面沉降的演化机理。

地面沉降是一种不可补偿的永久性环境和资源损失，是地质环境系统破坏所导致的区域地质灾害，并可以诱发一系列其它环境灾害，形成灾害链。区域地下水长期超采是地面沉降发展、演化的主要直接诱因，2014年南水进京，北京平原区地下水位呈现上升趋势，南水进京强烈改变了区域水循环过程，区域地面沉降将进入新的动平衡阶段、呈现新的演化规律。因此，开展南水北调背景下地面沉降演化机理研究，对于预防、控制和减缓地面沉降的发生、演化，理论与现实意义重大。.本课题选取北京平原区为研究区，针对南水进京改变区域水循环，强烈影响地面沉降时空演化问题，优化集成多源InSAR、GIS空间分析、空间数据挖掘和Geo-AI机器学习等技术，开展南水北调背景下地面沉降时序演化特征研究，阐释地下水渗流场动态变化与地面沉降形变场响应特征，揭示区域水循环改变背景下北京平原地面沉降成因机理。具体内容如下：.（1）优化集成多源InSAR技术，联合多时序SAR数据，基于WB-SBAS方法获取北京平原地面沉降信息，构建基于拟合曲线梯度差最小和自适应MT-InSAR时序数据融合模型，获取京津高铁和北京地铁网络地面沉降时序信息，识别南水北调背景下多尺度地面沉降时序演化特征。.（2）集成连续小波变化、GIS空间分析和Geo-AI方法，结合地下水动态监测网数据，分析南水进京前后地面沉降漏斗及地下水降落漏斗时空演化特征，识别北京平原地面沉降多时间尺度周期演化特征，系统分析南水北调前后地下水动态演化下地面沉降响应特征。.（3）综合多源遥感反演、空间数据挖掘和机器学习等技术，分析地下水位变化与地面沉降关系的分段点，定量分析南水北调前后地下水漏斗与地面沉降区叠加效应、极值效应；构建地面沉降主控因素识别模型和融入物理机制的地面沉降时空循环神经网络预测模型，模拟区域地面沉降复杂过程，量化分析南水北调前后不同影响因素对地面沉降的贡献，揭示区域地面沉降演化机理。