基于SBAS-InSAR的典型平原地区地面沉降监测分析——以南京、阜阳为例

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地面沉降是我国长江三角洲平原和华北平原主要的区域性环境地质灾害。南京市作为长江三角洲平原第二大城市,城区内已发现地裂缝等严重的地质灾害。此外,阜阳作为华北平原南北交通的要道、东部发达地区产业转移过渡带,具有承东接西、呼南应北的独特区位优势,城内已发现采空塌和地下水过量开采等现象。同时,随着经济的迅猛发展、人口的快速增长、地下水开采量的急剧增加以及城市工程建设扩张等现象,使得南京和阜阳的地面沉降问题日益严重,开展形变监测具有重要的现实意义和经济价值。传统地面沉降监测手段由于成本高、范围小,无法进行大范围的沉降监测。而差分干涉测量(Differential InSAR,D-InSAR)演变过来的小基线集技术(Small Baseline Subset InSAR,SBAS-InSAR)则能够有效地弥补传统测量方式的不足和克服D-InSAR中时空去相关和大气效应问题,被广泛用于平原地区沉降监测。因此,为研究平原地区典型地貌的地面沉降原因,本文基于SBAS-InSAR技术,分别对两个研究区进行监测与预测,主要研究内容如下:(1)针对南京地区的建筑物开裂、公路变形和地裂缝狭长等问题,本文基于SBAS-InSAR技术对南京市进行地面沉降监测,并结合南京地铁建设、降水量和断层数据等数据分析影响地面沉降的原因。监测结果表明:南京市的地面沉降呈现出不均匀沉降现象。其沉降主要集中于南京市建邺区东北部和鼓楼区南部,该范围的地面沉降由南向北发展,南京市城区地面沉降与地铁建设、降水量变化和地震断层具有相关性。(2)针对阜阳地区的复杂地层构造、采空塌陷频发和地下水过量开采等问题,本文基于SBAS-InSAR技术对阜阳市进行地面沉降监测,并根据监测结果为阜阳市划分地面沉降危险区。监测结果表明:阜阳市整体呈现不均匀沉降现象,其沉降主要分布于五个区域。且阜阳市地面沉降主要受地层岩性、新构造运动、工程建设和地面上部载荷等因素的综合影响。(3)针对地面沉降序列具有非线性、非稳定性的特征,通过结合GM-BP神经网络组合模型、ARIMA模型对南京和阜阳地区的沉降监测结果进行了预测分析,比较了GM-BP神经网络组合模型和ARIMA模型的适用性,并根据南京和阜阳的特征点建立不同的预测模型,以揭示两市未来地面沉降的发展趋势。
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