基于InSAR的西安市地表形变对地下水变化响应研究

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KKILY2024年03月17日
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20世纪70年代以来,由于城市的快速发展和人口的大规模增长,西安市承压地下水遭受了长期超采,导致地下水头不断下降,从而引发了严重的地面沉降。不均匀的地面沉降不仅会影响西安市建筑物的稳定性和地铁、桥梁等交通设施的安全性,还会对地下管道、排水系统等基础设施造成损害。因此,开展西安市长时序地面沉降监测,厘清其时空演化特征,揭示承压地下水变化对地面沉降的影响机理,对西安市地面沉降灾害预防和治理具有重要的意义。小基线集(Small Baseline Subset,SBAS)技术不仅可以提供高分辨率、广覆盖范围的监测数据,而且能够克服时空失相干的问题,进行长时间稳定的地表形变监测,有利于研究地表形变的时空演化特征。因此,本文基于SBAS技术,对西安市地表形变进行监测,并分析其驱动因子;同时结合承压地下水分析地表形变对地下水变化的响应关系及估算其含水层参数。本文的主要研究成果如下:(1)基于SBAS技术获取了西安市2003-2005、2007-2010、2009-2010和2015-2022年四个时期的年均形变速率结果。结果表明,地面沉降主要分布在西安市西南部区域,呈现以鱼化寨、电子城、三爻村-凤栖原为中心的三个沉降漏斗。其整体沉降速率和范围呈现缓慢-加速-再变缓的变化趋势,且2015-2022年间西安大雁塔、电子城等部分区域出现了明显的抬升信号。(2)分析了地表形变对承压地下水变化的响应关系。由于弱透水层的垂直导水率较低,西安市地表形变时间存在滞后性,因此估算了西安市地表形变滞后时间,发现滞后时间均在半年以内。同时,将估算结果校正形变时间,发现西安市地表形变与承压地下水变化呈现较好的一致性,其主要由承压含水系统弹性压缩/膨胀引起。然后基于谐波函数提取了西安市南郊区域2009-2021年地表形变的季节性变化。结果表明,南郊区域季节性形变幅度为1mm~9mm,除鱼化寨季节性形变幅度呈现先增大后减小的趋势外,其余区域均呈现逐渐减小的趋势;其沉降中心的季节性形变峰值时间集中在1-3月份,稳定区域峰值时间集中在7-9月份。(3)利用合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)形变监测结果和水头观测资料估算了西安市38个承压监测井位的骨架释水系数。研究发现西安市弹性骨架释水系数主要介于0.005-0.01区间,且表现出较强的空间差异性,研究区西北区域的弹性骨架释水系数明显高于其他区域。另外,地裂缝两侧弹性骨架释水系数也存在明显差异。
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