《测绘学报》
构建与学术的桥梁 拉近与权威的距离
基于多源SAR数据的苏锡常地区地面沉降监测与影响因素分析
陆燕燕1,2
1. 南京审计大学自然资源与环境审计研究院, 江苏 南京 211815;
2. 南京大学地理与海洋科学学院, 江苏 南京 210023
收稿日期：2018-07-16
基金项目：国家自然科学基金（41601497）
第一作者简介：陆燕燕(1987-), 女, 2018年6月毕业于南京大学, 获理学博士学位(指导教师:柯长青教授), 研究方向为资源环境遥感方向。
E-mail：cdlyy52@163.com
Land subsidence monitoring and analysis of influencing factors in Su-Xi-Chang area based on multi-source SAR data
LU Yanyan1,2
1. Nanjing Audit University, Nanjing 211815, China;
2. Nanjing University, Nanjing 210023, China
First author: LU Yanyan(1987—), female, received his doctoral degree from Nanjing University on June 2018, majors in resources and environment remote sensing.
E-mail: cdlyy52@163.com.
苏锡常地区位于长江三角洲城市群的中间地带，沉降灾害频发。随着长江三角洲城市化进程的加快，出于城市经济发展的需求，对深层地下水的开采，造成了严重的沉降灾害。2000年开始，苏锡常地区正式颁布了禁采地下水的政策。随着相关措施的实施，苏锡常地区地下水位出现了不同程度地上升，区域地面沉降得到有效的控制，沉降趋缓。但是，该区域地面沉降并未完全停止，对城市发展造成的威胁仍然存在。因此，在苏锡常地区地下水禁采的背景下，开展大范围沉降监测，分析沉降影响因素，可为相关部门制定的沉降灾害防范决策提供科学依据，对于促进城市和社会经济的可持续发展也具有重大意义。
本文基于多源SAR数据，结合小基线集的合成孔径雷达干涉测量(SBAS-InSAR)方法对苏锡常地区地面沉降进行了监测。同时利用地下水位变化数据、地质资料和建筑物相关信息探究了该区域沉降的因素。主要研究结果如下：
(1) 分别基于相同时间，相同区域的ENVISAT ASAR和ALOS PALSAR数据测算地面沉降速率，并进行交叉验证。试验结果表明，两种数据监测结果总体差异较小，低于15 mm/a，相关性为0.89，均方根误差为5.71 mm/a。InSAR监测结果与外部水准监测结果的相关系数为0.97，中误差为7.11 mm/a。由此可以验证，基于多源SAR数据进行苏锡常地区地面沉降监测，具有可行性与可靠性。
(2) 采用ENVISAT ASAR、ALOS PALSAR、COSMO-SkyMED和Sentinel-1A数据，对苏锡常地区2003—2017年的地面沉降进行了监测。研究表明，苏锡常地区的沉降主要集中于苏州吴江区、无锡江阴市、常州武进区。其中，苏州吴江区的年沉降速率值达-90 mm/a。无锡江阴市沉降速率最大为-56 mm/a。常州武进区出现多个沉降漏斗，形成大面积的沉降带，最大沉降速率达-60 mm/a。
(3) 采用地下水位观测数据与InSAR观测数据，研究了地下水位变化对地面形变的影响。试验结果表明，在大部分区域，随着地下水位的上升，地面上升趋势明显，最大上升量可达340 mm。采用区域地面形变和地下水位数据，依据太沙基-伽克柏理论，地面上升区域的释水系数为1.05×10-3~9.30×10-5，说明该区域形变以弹性形变为主；地面沉降区域的释水系数为1.23×10-2~2.50×10-1，说明该区域形变以塑性形变为主。
(4) 基于苏锡常地区钻孔点处的InSAR监测值、第Ⅱ承压含水层上覆黏土层厚度、第Ⅱ承压含水层隔水层顶板黏土层厚度的分析表明，随着这两种黏土层厚度的增加，地面沉降值增大，最大沉降点(-17 mm/a)处这两类黏土层厚度分别为136 m、25 m；最大上升点(4 mm/a)处两类黏土层厚度为26 m、21 m。处于活动断层分布区域的InSAR监测值显示，该区域有轻微沉降，年沉降速率为(-6~4) mm/a。
(5) 利用光学影像提取了2004—2007年建筑用地面积和NDBI指数，分析了建筑用地对地面沉降的影响。苏锡常地区2004—2017年建筑用地面积增长较快的区域分别为苏州吴江区、无锡江阴市及常州武进区，监测结果显示这3个地区的地面沉降也较为严重。选取了常州武进区为试验区域，结果表明荷载密度对高沉降区域的影响要大于低沉降区域，道路上车流带来的动荷载也对沉降有所贡献，受动静荷载共同作用区域的地面沉降相对较为严重。
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