宁波地面沉降的短基线集监测与分析

Original 2017-12-28 张磊，杨帆 测绘科学

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摘要

针对传统地面沉降监测手段精度高，但监测周期长、空间分辨率低、人力物力耗费大等问题，该文基于短基线集时序分析技术提取了宁波地区的地表形变信息。首先根据短基线集技术监测结果分析了宁波地区地面沉降分布特征，然后对宁波东部新城的沉降进行了精细化分析，并给出了其沉降原因。结果表明：宁波地区地面沉降整体呈现弱发育特征，部分地区存在轻微地面隆起现象，东部新城地面沉降呈现中度发育特征，并存在不均匀沉降现象，快速的城市化建设是东部新城地面沉降的主要原因。

引用格式

张磊，杨帆，李超飞，等.宁波地面沉降的短基线集监测与分析[J].测绘科学,2017,42(12):77-82．

正文

地面沉降是一种不可逆转的地质灾害，随着人类社会经济的提升、人口的膨胀、城市化建设的快速发展，发生地面沉降的现象越来越频繁，沉降面积也越来越大。地面沉降的持续发展导致防汛和抗洪能力下降，城市排污能力降低，市政基础设施破坏，城市建设和维护费用增加，更严重的甚至会引发地下管线断裂、道路塌陷断裂、建（构）筑物变形垮塌等，对社会安定、经济发展、民生建设产生较大的负面影响^[1]。我国地面沉降较严重的有上海、天津、苏州、西安、宁波、常州等50多个城市，地面沉降成为沿海城市主要的地质环境问题，长期威胁着城市的建设与发展。

传统的地面沉降测量技术如水准测量、全球定位系统（global positioning system,GPS）技术等，主要对独立的监测站点进行周期重复性测量，其观测周期长，空间分辨率低，在大面积实时监测方面有一定的难度。合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometric synthetic aperture radar，D-InSAR）技术是近几十年发展起来的空间大地测量技术，具有全天候、无接触、大面积、高空间分辨率、高精度等优势^[2]。针对D-InSAR技术中存在的不足，文献[3]提出了短基线集（small baseline subset，SBAS）技术，该技术是在D-InSAR技术的基础上发展起来的一种时序分析技术，能够克服时空失相干和大气效应的影响，监测长时间范围内地表形变，获得研究区域的沉降规律和演化特征。与永久散射体InSAR（PS-InSAR）技术相比，SBAS技术对影像数量的要求较低，可以提高影像的利用效率，在地表形变监测方面得到了广泛的应用。文献[4-9]分别用SBAS技术对太原矿区、北京地区、长治矿区、青藏高原地区、南京地区、黄河三角洲地区的地表形变进行了监测，并得到了较好的结果。

宁波市20世纪50年代末进入地下水开采期，1964年出现地面沉降^[10]。国内的许多学者对宁波的地面沉降进行了相关研究。文献[11]通过分析宁波市地下水位动态与地面沉降的发展趋势，得出结论：由地下水位下降引起的地面沉降已基本得到控制。文献[12]初步探讨了工程性地面沉降的特征规律。2016年，宁波市规划局发布《宁波市区地面沉降监测报告》，报告表明：市区沉降面积已达500 km²，快速发展建设中出现的大面积填土堆载和交通重力负荷已成为现阶段诱发市区地面沉降的主因。本文在前人研究的基础上，利用SBAS技术对宁波地区进行地面沉降监测，获取了宁波地区的地表形变信息。首先根据监测结果对宁波地区地面沉降分布特征作了宏观尺度的分析，其次对宁波东部新城的沉降及原因进行了分析。

宁波地处东南沿海，处在中国大陆海岸线中段，长江三角洲南侧，位于120°55'～122°16'E， 28°51'～30°33' N 之间。早在1964年，宁波市通过地下水监测，发现地面沉降现象。1986年宁波市实行地下水限采，到2008年实现全面禁止采集地下水。目前，宁波市区地面沉降面积约为500 km²，主要呈弱发育特征（具体划分范围见表1），空间上呈现为以三江口为中心的东北—西南方向的带状分布，具体表现为：以三江口为界分为两大沉降带（镇海—江北—鄞州古林沉降带、东部新城—南部商务区—明州工业园沉降带）和一个相对稳定区域（三江口中心区稳定区）。本文的实验区以宁波市区为中心，覆盖范围38 km × 64 km，包括整个宁波市中心及奉化区。

本次选取了2016年5月—2017年5月期间的13景Sentinel-1A干涉宽幅的SAR数据进行实验。该影像数据下载自欧空局数据分发网站（Copernicus Open Access Hub），影像分辨率为5 m×20 m，均为单视复数影像（single look complex，SLC），极化方式为VV。选取2016年10月18日的影像为公共主影像，利用13景影像生成的44个干涉对组合中，最大时间间隔为144 d和最长垂直基线为116.571 m，表2列出了所有影像的成像日期及相对于公共主影像的时间基线和垂直基线。此外，本文实验还使用了覆盖实验区域的ASTGTM2数据，分辨率为30 m×30 m，作为外部DEM数据去除干涉图的地形相位。

本文以宁波地区作为研究区，选取2016年5—2017年5月间的13景Sentinel-1A数据进行短基线集技术处理，得到该区域的年沉降速率，其监测精度满足短基线集技术用于地面沉降监测的要求。短基线集技术用于地面沉降的监测相比于传统测量手段，具有明显的优势。宁波地区东部新城沉降不均匀，最大速率达到―37.1 mm·a^-1，该区域存在多个沉降漏斗区，且有扩大连片的趋势，工程施工及高层建筑物的建设是该区沉降的主要因素。相关部门应该对该区域加强监测，掌握其形变动态，及时采取防治措施，保障城市的健康发展。

2017年（第42卷）第12期

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编辑：邓国臣 dc_217@126.com