城市地面沉降InSAR监测

一、概况

近年来城镇化进程快速推进，城区及周边基础设施建设如火如荼。然而，随着城市规模的扩张和地下空间的开发利用，地面形变隐患逐渐显现。

为了摸清城市地面沉降的“家底”，我们采用卫星雷达影像，基于高相干目标时序InSAR分析方法对城市监测区（图1）展开地表形变监测，给城市做一次高精度的“地面体检”。

图1 监测范围

二、监测成果与分析

监测区地貌类型为冲积平原，广泛分布海陆交互相软土（淤泥及淤泥质土），具有高压缩性、低强度、分布不均匀的特点。监测结果显示（图2），监测区地表形变呈现“整体稳定、局部差异”的空间格局。约90%的区域年形变速率在-5mm至+5mm之间，处于自然稳定状态。本次监测共识别出6个主要沉降漏斗（图3）。

图2 监测区累计形变量分布图

图3 检测区形变速率图

图4 沉降漏斗分布图

沉降漏斗分析：

在图3中，沉降漏斗“1”（影像位置如图5），该区域存在明显的残余沉降，最大沉降量为28.5mm，沉降范围1.2平方公里，时间曲线显示（图6），该漏斗自2016年以来沉降明显，尤其在2020年8月至2021年3月有一段急速沉降时间段，之后该区域沉降呈衰减趋势，可能受之前的道路施工扰动。经实地核查，该区域部分硬化地面存在明显的裂缝（图7）。

图5 漏斗“1”影像

图6 漏斗“1”时间序列累计形变图

图7 漏斗1实地核查地面裂缝

在图3中，沉降漏斗“2”为新建的道路及其附近（图8），沉降面积约0.05平方千米，最大沉降量为-37mm（图9），该漏斗自2019年12月之后出现一个加速沉降趋势。经实地核查，该区域道路路面形变明显（图10）。

图8 漏斗“2”影像

图9 漏斗“2”时间序列累计形变图

图10 路面形变

沉降漏斗“3”为江边某村（图11），时间曲线显示（图12），该漏斗自2016年以来一直存在沉降。截至2022年5月21日该区域累计沉降量为-84mm。经实地核查，该处多处居民房墙体存在明显倾斜（图13）、地面沉降明显（图14）。

图11 漏斗“3”影像

图12 漏斗“3”时间序列累计形变图

  图13 居民房墙体倾斜         图14 地面沉降引起墙体开裂

沉降漏斗“4”为新建小区及其附近（图15），时间曲线显示（图16），该漏斗自2016年以来，地面都处于一个沉降的趋势。截至2022年5月21日该区域累计沉降量为-48mm。经实地核查，该区域存在明显的地面沉降现象（图17）。

图15 漏斗“4”影像

图16 漏斗“4”时间序列累计形变图

图17 实地核查照片

沉降漏斗“5”为新楼房（图18），该漏斗自2016年10月以来，地面都处于一个沉降的趋势，进入2021年之后，沉降速率减缓（图19）。经实地核查，该小区存在明显的地面沉降现象（图10）。

图18 漏斗“5”影像

图19 漏斗“5”时间序列累计形变图

图20 实地核查照片

沉降漏斗“6”处于道路沿线（图21），监测发现该路段部分区域段存在轻微沉降。时间曲线显示（图22），发现该漏斗自2016年5月以来，地面都处于缓慢沉降的趋势，最大沉降量为-36mm。经实地核查，该路段附近多处建筑物存在明显开裂现象（图23）。

图21 漏斗“6”影像

图22 漏斗“6”时间序列累计形变图

图23 沉降引起的墙体开裂

三、总结

本次基于时序InSAR技术获得监测区高精度的地面形变场，并进行了实地核查。监测区主要的沉降成因有建筑物荷载、软土次固结、道路动荷载扰动、雨水渗透等。

本地面沉降InSAR监测案例表明，结合SAR数据与区域地质条件分析，能够有效识别监测区地面沉降的时空演化规律。