时序高分辨率SAR影像辅助下的地下水开采-地面沉降耦合模型构建研究

At present,more than 50 cities in China are faced with the problem of land subsidence. However, most of these cities run short of monitoring, prediction and alert methods for such hazard. To solve this problem, modified Permanent Scatter InSAR(PSI) method is proposed,in which the model of Permanent Scatters is modified and the number increased.Therefore,the PSI application is extended. Meanwhile, coupled with the data of ground water extraction,hydrogeology and geology,the dynamic changes roles of groundwater table and land subsidence are analysed with the auxiliary of information inferred from PSI to generalize the hydrogeology condition and land subsidence mechnism,and further to construct the coupling model between groundwater extraction and land subsidence.Based on this coupling model,the developement trend of land subsidence is simulated and predicted,to mark out the pattern of groundwater exploitation,and even to prevent subsidence happening to the most extend.

目前，我国50多个城市面临着地面沉降灾害问题。然而，大部分城市又缺少对此灾害的监测和预测预警。针对这一问题，本课题提出以改进的永久散射体干涉测量（Permanent Scatter InSAR，PSInSAR）方法进行沉降信息提取。在此方法中，点目标（Permanent Scatters）识别模型得到了改善，点目标数量得到了提高，PSInSAR在低相干区域中的应用得到了扩展。同时，以PSInSAR获取的地面沉降信息为辅助，结合地下水开采、水文、地质等资料，分析地下水位与地面沉降的动态变化规律，概化水文地质条件和地面沉降发生机理，构建地下水开采-地面沉降耦合模型。并以此耦合模型为基础，模拟预测城市地下水开采引起的地面沉降发展趋势，以规划地下水的开采格局，以最大程度控制地面沉降的发生。

地下水开采是郑州市区域地面沉降发生的一个重要原因，为了掌握该地区地下水活动与地面沉降的内在联系，课题基于2006.06-2010.10的35景Envisat ASAR影像和2012.09- 2013.03的9景TerraSAR-X高分辨率影像，提出了基于干涉图子集的PS点选择算法，优化了PS-InSAR和SBAS-InSAR处理流程，精确分离出了大气延迟相位、线性和非线性形变等参数。结果显示2006.06-2010.10郑州市存在北部、东部、南部等五个地面沉降漏斗区，最大沉降速率-100mm/a，2012.09-2013.03年沉降向郊区扩展，最大沉降量-110mm/a，在空间上呈现出不均匀性。水准测量成果与InSAR成果对比显示，两者差值大多数在-10mm/a-10mm/a之间，保持了较高的一致性，中误差为±6.0mm/a，平均误差为±6.1mm/a。为了定量分析地下水变化和地面沉降关系，引入了一维垂向固结渗流耦合模型，根据郑州2005.01- 2015.12共30口观测井地下水位数据，模拟了郑州2#、8#、9#井的地面沉降速率，结果显示2007.09-2010.10年的沉降速率为1.0mm/a、-8.0mm/a和-5.2mm/a。同时，基于水头降深、含水层厚度和PS-InSAR求得的地面沉降值，对综合储水因子进行了估计，优化了地下水-地面沉降耦合模型。本课题研究成果有助于精确判断城市地面沉降的发生发育过程、发展趋势和范围，为城市管理部门建立地面沉降监测体系提供了大地测量空间信息服务，对制定地下水合理利用、禁采、限采政策提供了可靠的技术依据。