地面沉降－回彈及地下水位波動(dòng)的InSAR長(zhǎng)時(shí)序監(jiān)測(cè)——以德州市為例

葛大慶，殷躍平，王 艷，張 玲，郭小方，王 毅

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083;2.中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083;3.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京 100081)

0 引言

長(zhǎng)期過(guò)量開(kāi)采地下水，特別是深層地下水，是目前我國(guó)一些平原和三角洲地區(qū)產(chǎn)生地面沉降的主要原因[1]。地下水位的持續(xù)下降改變了原有的補(bǔ)徑排特征，形成了區(qū)域性地下水位降落漏斗，地面沉降隨之產(chǎn)生并擴(kuò)大。我國(guó)已形成了以華北平原、長(zhǎng)江三角洲及汾渭斷陷盆地為主的三大地面沉降嚴(yán)重區(qū)，華北平原已出現(xiàn)近20個(gè)大型復(fù)合水位降落漏斗，地面沉降呈現(xiàn)出區(qū)域性且連片分布的特征[2－3]。

雷達(dá)干涉測(cè)量(InSAR)技術(shù)為區(qū)域性地面沉降的快速準(zhǔn)確和連續(xù)監(jiān)測(cè)提供了重要手段。以永久性散射體干涉測(cè)量(permanent scatterer InSAR，PSIn-SAR)[4]為代表的相干目標(biāo)(coherent target，CT)時(shí)間序列分析技術(shù)克服了差分InSAR技術(shù)所面臨的失相干和大氣相位延遲等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)相干目標(biāo)的差分干涉相位序列進(jìn)行時(shí)序分析，逐個(gè)估計(jì)和分離地形相位、形變相位、大氣相位和噪聲等信息，進(jìn)而解算相干目標(biāo)的形變速率和累積形變量。與之類似的還有短基線集(small baseline subset，SBAS)[5]以及干涉測(cè)量點(diǎn)目標(biāo)分析(interferometric point target analysis，IPTA)[6]等技術(shù)，這些技術(shù)已在地面沉降、滑坡、開(kāi)采沉陷、地震和冰川滑移等多尺度緩慢地表形變研究中得以發(fā)展和應(yīng)用[7－9]。

德州市位于山東省北部，是華北平原地面沉降和深層地下水位降落漏斗極為典型的地區(qū)之一。其地下水位降落漏斗在1978年前已經(jīng)形成，是目前華北平原水位降落深度最大的漏斗，與衡水、滄州等漏斗連成一片。該區(qū)的地面沉降在1989年以前就已經(jīng)出現(xiàn)，至2010年累積沉降量超過(guò)1 m。與地面沉降對(duì)應(yīng)的是，德州市地下水位呈現(xiàn)出多年連續(xù)下降和年內(nèi)季節(jié)性波動(dòng)的特征[10]。由于地面沉降與地下水位下降相關(guān)，因此在德州市深、淺層地下水位均呈現(xiàn)出季節(jié)性波動(dòng)的情況下，地面沉降場(chǎng)的時(shí)空演變特征值得研究，這包括:沉降場(chǎng)的空間變化特征，即沉降中心的移動(dòng)及其變化幅度;沉降場(chǎng)的時(shí)間變化特征，即季節(jié)性波動(dòng)，包括是否會(huì)出現(xiàn)地面回彈，回彈幅度多大，地面沉降與地下水位波動(dòng)是否同步等方面。針對(duì)上述問(wèn)題，本文以相干目標(biāo)InSAR時(shí)序分析方法為主，利用2004年1月—2010年10月近7 a的ENVISAT衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究分析德州地區(qū)地面沉降－回彈的動(dòng)態(tài)變化特征及其與地下水位波動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以揭示該地區(qū)地面沉降季節(jié)性變化的產(chǎn)生原因和誘發(fā)機(jī)制。

1 相干目標(biāo)InSAR時(shí)序分析方法

InSAR時(shí)序分析主要有PSInSAR和SBAS兩類方法。根據(jù)干涉像對(duì)的組合模式，前者以單一主影像構(gòu)成差分干涉圖序列，后者則利用短基線原則以多個(gè)主影像構(gòu)成若干個(gè)干涉紋圖子集。單一主影像的干涉紋圖序列處理主要顧及大氣相位和非線性形變的統(tǒng)計(jì)模型，有利于對(duì)大氣相位的準(zhǔn)確估計(jì)，但對(duì)數(shù)據(jù)量要求過(guò)高，且受相干性影響而對(duì)大變形的監(jiān)測(cè)能力不足;多個(gè)主影像則降低了對(duì)數(shù)據(jù)量的要求，將時(shí)空基線小于一定閾值的干涉像對(duì)組合，生成干涉紋圖序列，增加對(duì)同一信號(hào)的采樣密度，有利于準(zhǔn)確求解形變速率，在數(shù)據(jù)量較小的情況下也可以實(shí)現(xiàn)。在選擇相干目標(biāo)的方式上，前者以點(diǎn)目標(biāo)為主，后者兼顧點(diǎn)目標(biāo)和分布式目標(biāo)[5]。本文集成了2種方法的優(yōu)點(diǎn)，以短基線為準(zhǔn)則構(gòu)成差分干涉相位圖，利用點(diǎn)目標(biāo)識(shí)別算法提取相干目標(biāo)。以Delanay三角網(wǎng)連接相鄰的相干像元，用二維周期圖估計(jì)點(diǎn)間形變速率和高程誤差改正。以此為基礎(chǔ)，根據(jù)大氣相位特征，利用奇異值分解算法解算空間濾波后的殘余相位，并對(duì)解算結(jié)果進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，以求解非線性形變，得到不同時(shí)刻的累積變形量，再利用線性回歸法求解每個(gè)相干目標(biāo)的變形速率。

1.1 干涉相位時(shí)序分析的基本模型

對(duì)于給定的M景雷達(dá)數(shù)據(jù)，在短基線條件下生成N個(gè)差分干涉圖(一般情況下，N＞M)，對(duì)于其中的任一差分干涉圖k(k=1，2，…，N)，其相位模型為

顯然，待求解量d與InSAR參數(shù)不直接相關(guān)，但受其他分量的影響。對(duì)于大氣分量，其本質(zhì)上是2次大氣延遲影響的疊加，在空間上具有一定的相關(guān)性[4]。大氣波動(dòng)在時(shí)間上的隨機(jī)特性決定了2次互差也為隨機(jī)量。需要重點(diǎn)區(qū)分的是大氣相位與軌道誤差，雖然二者都具有空間低頻的特性，但各自的影響范圍有所不同。基線誤差多是全局性的，而大氣影響半徑有限，對(duì)于大范圍處理，二者應(yīng)區(qū)別對(duì)待。高程誤差與垂直基線相關(guān)，垂直基線是變量。變形量與干涉圖的時(shí)間基線相關(guān)，時(shí)間間隔是變量，相對(duì)變形的速率與時(shí)間相關(guān)。

1.2 地表形變參數(shù)的提取算法

1.2.1 線性分量的估計(jì)

考慮到大氣的空間相關(guān)性，如果對(duì)相鄰2點(diǎn)(小于大氣相關(guān)距離)求差，則可削弱大氣影響。相鄰相干目標(biāo)i和j差分干涉相位的互差△為

由于相鄰目標(biāo)間的相對(duì)變形速率與時(shí)間間隔相關(guān)，干涉圖的時(shí)間基線為自變量，因而可將形變量d分解為線性形變速率和非線性形變量2部分。如此，時(shí)序分析過(guò)程則轉(zhuǎn)為參數(shù)估計(jì)，即

式中:CB為與垂直基線相關(guān)的系數(shù);T為時(shí)間基線;△ε為相對(duì)高程誤差;△υ為相對(duì)形變速率;μN(yùn)L為非線性形變量;α為大氣相位;n為噪聲。

對(duì)于纏繞相位，其周期數(shù)由相對(duì)高程誤差和線性形變速率共同決定，采用二維參數(shù)估計(jì)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)相位周期的估算。由此，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)

并將其從相位互差中減去，得到殘余相位，即

顯然，在準(zhǔn)確估計(jì)目標(biāo)函數(shù)的參數(shù)△ε和△υ時(shí)，殘余相位將最小化。

由于相鄰2點(diǎn)存在多個(gè)干涉圖，即存在N維B和T，因而，對(duì)△ε和△v的估計(jì)使模型相關(guān)系數(shù)最大化，即

在纏繞相位條件下，△ε和△v為周期函數(shù)的二維頻率，可利用二維周期圖估計(jì)使模型相關(guān)系數(shù)最大化;在解纏相位條件下，則轉(zhuǎn)換為二維線性函數(shù)，利用參數(shù)估計(jì)方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)△ε和△v的求解。

在相鄰2點(diǎn)解算時(shí)需對(duì)所有相干目標(biāo)建立連接關(guān)系，整體求解形變場(chǎng)的速率和高程誤差改正量。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)建立Delanay三角網(wǎng)的方法完成，也可以利用冗余網(wǎng)構(gòu)建更為復(fù)雜的連接關(guān)系，強(qiáng)化對(duì)待解算方程組的約束。利用鄰近法則將所有距離滿足大氣相關(guān)距離的相干目標(biāo)連接起來(lái)，在求解完成相鄰點(diǎn)間的互差后，通過(guò)最小二乘或加權(quán)平均的方法求解每個(gè)目標(biāo)相對(duì)于參考點(diǎn)的變形速率，即總體形變速率場(chǎng)。

1.2.2 非線性分量的估計(jì)

對(duì)于具有顯著非線性形變過(guò)程，仍需對(duì)殘余相位進(jìn)行更為復(fù)雜的處理，以提取非線性形變量。從差分相位中去除高程誤差估計(jì)值和線性速率后，殘余相位為

由于已解算出整周相位，因而殘余相位為相位主值，其大小

這里，首先要實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)差分干涉圖中殘余相位的濾波處理。由于大氣表現(xiàn)出空間低頻特性，而非線性變形的空間變化范圍較小，相對(duì)大氣而言表現(xiàn)為高通特性。因而，對(duì)殘余相位圖進(jìn)行空間低通濾波可以進(jìn)一步弱化大氣影響。在短基線集條件下求解的非線性形變量，不同于PSInSAR經(jīng)典處理策略，不直接對(duì)大氣進(jìn)行估計(jì)，而是通過(guò)濾波減弱大氣的影響。殘余相位經(jīng)空間高通濾波后，大氣分量已經(jīng)減弱。此時(shí)，進(jìn)一步的處理是求解與雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的不同時(shí)刻的非線性變形量，包含噪聲等影響。根據(jù)主輔影像的關(guān)系，可將解纏后的殘余相位分解為

式中:p和q分別表示生成第k(k=1，…，N)景差分干涉圖的主輔影像的獲取時(shí)間。由于采用短基線原則，在求解每個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的殘余相位時(shí)出現(xiàn)秩虧方程組，解決這一問(wèn)題的辦法就是奇異值分解法(singular value decomposition，SVD)[3]。在此基礎(chǔ)上，對(duì)M景雷達(dá)數(shù)據(jù)的殘余相位進(jìn)行時(shí)域低通濾波處理，以提取最終的非線性形變量，可表示為

在求解出非線性形變量后，每個(gè)相干目標(biāo)對(duì)應(yīng)的相變序列為

式中vest為線性形變速率。

1.2.3 平均形變速率的重新估計(jì)

對(duì)于顯著的非線性形變過(guò)程，利用前述二維線性模型估計(jì)出來(lái)的線性速率往往偏小。在恢復(fù)整個(gè)形變序列的基礎(chǔ)上，可根據(jù)對(duì)應(yīng)的每個(gè)目標(biāo)的形變序列，利用最小二乘法重新估計(jì)形變速率，即

式中d和T分別為相對(duì)起始時(shí)刻的形變量和時(shí)間間隔。

2 雷達(dá)數(shù)據(jù)及InSAR時(shí)序分析處理

研究中共獲取2004年1月—2010年10月近7 a的ENVISAT衛(wèi)星ASAR數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)覆蓋了德州地區(qū)主要沉降區(qū)，總數(shù)據(jù)量為46景(Track－447，F(xiàn)rame－2853)，其基線分布如圖1所示。

圖1 差分干涉圖序列的短基線關(guān)系Fig.1 Small baseline of the differential interferograms series

需要說(shuō)明的是，利用幅度離散指數(shù)[1]、相干系數(shù)[5]以及子視相關(guān)[6]均可以很好地識(shí)別出相干目標(biāo)候選點(diǎn)。對(duì)于候選點(diǎn)，只有在滿足模型相關(guān)函數(shù)最大化約束條件下才能稱為時(shí)序分析中的相干目標(biāo)。實(shí)際上，一些目標(biāo)后向散射特性穩(wěn)定，但非線性變化強(qiáng)烈，不滿足該條件。因而，可通過(guò)降低相關(guān)系數(shù)的閾值，將其納入到形變解算網(wǎng)絡(luò)中，以增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)的密度。

時(shí)空基線閾值的設(shè)置取決于SAR系統(tǒng)參數(shù)。空間基線主要考慮雷達(dá)系統(tǒng)臨界基線，而時(shí)間基線則應(yīng)根據(jù)變形幅度大小，短時(shí)間基線相當(dāng)于降低了形變場(chǎng)的梯度，便于相位解纏和變形參數(shù)估計(jì)。因而，本研究中設(shè)定的短基線條件為:時(shí)間基線＜450 d，空間基線＜300 m。

圍繞德州地區(qū)地面沉降和地下水位漏斗的基本分布特征，分別針對(duì)區(qū)域性大范圍沉降和重點(diǎn)沉降中心進(jìn)行了2類處理:利用2007—2010年4 a間的數(shù)據(jù)提取了德州地區(qū)100 km×100 km平均地面沉降速率;分析全區(qū)地面沉降和地下水位變化關(guān)系，并確定時(shí)序分析過(guò)程中穩(wěn)定的地面參考點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)德州城區(qū)內(nèi)20 km×20 km范圍的主要沉降中心的7 a數(shù)據(jù)進(jìn)行了時(shí)序分析處理，提取每個(gè)相干目標(biāo)的沉降率和累積沉降量序列，用以詳細(xì)分析多年和年度內(nèi)沉降中心的時(shí)空變化特征。

3 區(qū)域性地面沉降與地下水位變化

3.1 區(qū)域地面沉降分布

圖2示出德州地區(qū)約50 km×60 km范圍內(nèi)2007年初—2010年底4 a間平均地面沉降速率。

圖2 德州地區(qū)2007—2010年CTInSAR監(jiān)測(cè)平均地面沉降率Fig.2 Average subsidence velocity of Dezhou area from 2007 to 2010 derived by CTInSAR data

從區(qū)域分布上來(lái)看，德州市區(qū)沉降較為顯著，沉降區(qū)向西北方向延伸，與河北省景縣和故城相連，構(gòu)成連片沉降區(qū)。區(qū)內(nèi)景縣沉降向西北方向擴(kuò)展，是目前衡水—德州沉降區(qū)的重要組成部分，沉降速率均達(dá)到40～50 mm/a。德州沉降區(qū)向東南方向，分布著3個(gè)明顯的沉降中心，分別為陵縣、臨邑縣和平原縣，其中以陵縣最為突出，中心位于縣城西北菜園村，最大沉降速率達(dá)75 mm/a。臨邑縣沉降中心位于臨盤(pán)采油廠，中心處沉降速率達(dá)50～60 mm/a。

3.2 與深層地下水位漏斗的比較分析

InSAR監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確揭示了德州地區(qū)區(qū)域性沉降和單個(gè)漏斗的分布。連續(xù)多年的地下水位變化監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，德州市深層地下水位降落漏斗是目前魯北地區(qū)最大的漏斗，與周邊的小漏斗相連接，引起區(qū)域性地面沉降[8－9]。深層地下水開(kāi)采(第Ⅳ，Ⅴ含水層組)是該地區(qū)地面沉降的主要原因。以臨邑為例，該沉降中心深層地下水降落漏斗的－30 m等水壓線與德城區(qū)深層漏斗相連，已成為德州漏斗的一部分;－40 m等水壓線包圍臨邑縣城和臨盤(pán)鎮(zhèn)，圈閉面積達(dá)192 km2。漏斗中心在臨盤(pán)采油廠一帶，水位埋深超過(guò)59.70 m，水位標(biāo)高－41.82 m左右。圖2中的沉降中心準(zhǔn)確地反映了目前該漏斗的分布位置和影響范圍。由于本區(qū)地下水水位動(dòng)態(tài)屬于較穩(wěn)定的連續(xù)開(kāi)采消耗型，年水位變化趨勢(shì)與開(kāi)采量大小密切相關(guān)。臨邑深層地下水開(kāi)采量達(dá)3.56×104m3/a。其中，第Ⅳ和第Ⅴ含水層組地下水開(kāi)采量約占90%，地下水位多年平均降速2.0 m/a，從而使臨邑深層地下水降落漏斗迅速擴(kuò)展，成為較大的區(qū)域性降落漏斗。

4 德城區(qū)沉降中心的沉降與回彈

4.1 德城區(qū)主要沉降中心

2010年之前連續(xù)7 a的InSAR時(shí)序分析結(jié)果(圖3)表明，德城區(qū)有3個(gè)典型沉降中心，分別位于德城區(qū)陳莊(德棉一廠)、長(zhǎng)莊(華源紡織廠)和肖何莊。其中陳莊沉降中心呈南北向分布，長(zhǎng)約2.2 km，寬1.5 km，中心最大沉降速率達(dá)到55 mm/a;長(zhǎng)莊沉降中心呈北東向，長(zhǎng)為2 km，寬為1.5 km，中心最大速率也超過(guò)50 mm/a。連片分布沉降出現(xiàn)在德城區(qū)東部的付莊和宋官屯鎮(zhèn)，這一地區(qū)為近年來(lái)快速發(fā)展的新區(qū)。根據(jù)1991—2010年水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果[11]，德城區(qū)沉降中心累計(jì)沉降量為－1 186.9～－636.9 mm，位于德棉一廠(即陳莊漏斗)位置，中心多年平均速率為59.35 mm/a。

圖3 德城區(qū)2004—2010年CTInSAR監(jiān)測(cè)平均地面沉降率Fig.3 Average subsidence velocity of Decheng district from 2004 to 2010 derived by CTInSAR data

其中，2005—2006年沉降量為－56 mm;2006—2007年沉降量為－89.0 mm;2007—2010年總沉降量為93.2 mm，年平均沉降量為31.1 mm，與 InSAR監(jiān)測(cè)反映的德城區(qū)陳莊沉降中心的變化完全一致。

4.2 地面沉降與回彈的時(shí)間效應(yīng)

由2004—2010年InSAR監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn):德城區(qū)多個(gè)沉降中心年內(nèi)均表現(xiàn)出季節(jié)性沉降與回彈特征(圖4)。陳莊、長(zhǎng)莊、肖何莊以及德棉二廠4個(gè)典型沉降中心均出現(xiàn)回彈，回彈最顯著的位于陳莊、長(zhǎng)莊和德棉二廠沉降中心。其中陳莊的沉降和回彈幅度均為最大，對(duì)應(yīng)的年份為2007年，2—8月間沉降幅度超過(guò)80 mm，至翌年2月回彈15～20 mm。除德棉二廠外，其他3個(gè)中心2008年沉降幅度均有所減緩，范圍縮小，2009年繼續(xù)減緩，而市區(qū)東部在8月份之后沉降加快，2010年繼續(xù)增加。

圖4 德城區(qū)典型沉降中心的季節(jié)性沉降與回彈Fig.4 Seasonal subsidence and rebound of the major center in Decheng district

圖4 所示5個(gè)年度的變化特征表明，以陳莊為代表的沉降中心具有明顯的季節(jié)性變化特征，表現(xiàn)為每年的2—3月開(kāi)始快速沉降，至8—9月達(dá)到最大，此后逐步回彈，至翌年2—3月重新開(kāi)始沉降，沉降與回彈之比約為4∶1。

5 地面沉降及回彈與地下水位變化的關(guān)系

5.1 持續(xù)沉降與深層地下水位的關(guān)系

德州地區(qū)地下水系統(tǒng)分為4個(gè)孔隙含水巖組:第Ⅰ含水巖組潛水層，是主要開(kāi)采層;第Ⅱ含水巖組屬于咸水層，基本不開(kāi)采;第Ⅲ含水巖組，底板埋深450～500 m;第Ⅳ含水巖組，底板埋深800～950 m。第Ⅲ，Ⅳ含水巖組屬于承壓含水層，水頭埋深70～100 m，水質(zhì)普遍較好，是城鎮(zhèn)居民生活和工業(yè)用水的主要開(kāi)采層，德州地下水位降落漏斗屬于該層位，其中心水位(位于陳莊國(guó)棉一廠)埋深超過(guò)120 m[10]。根據(jù)德州深層地下開(kāi)采引發(fā)地面沉降變化閾值的研究[11]:持續(xù)開(kāi)采深層地下水是地面沉降的主要原因，地面沉降與深層水位降落呈現(xiàn)出顯著的線性關(guān)系，深層地下水位每下降1 m，產(chǎn)生的地面沉降約為17.5 mm。該經(jīng)驗(yàn)值與近4 a來(lái)地面測(cè)量結(jié)果一致，速率為30～40 mm/a。

圖5所示為德城區(qū)202長(zhǎng)觀孔(位于陳莊漏斗區(qū))1996—2010年的深層水位變化情況，表現(xiàn)出持續(xù)下降和年內(nèi)波動(dòng)的特點(diǎn)。德城區(qū)淺層地下水位變化曲線如圖6所示。

圖5 德城區(qū)202長(zhǎng)觀孔深層地下水位變化曲線Fig.5 Dynamic curve of deep groundwater level of No.202 hole in Decheng district

圖6 德城區(qū)淺層地下水位變化曲線Fig.6 Dynamic curve of shallow groundwaterlevel in Decheng district

5.2 季節(jié)性沉降－回彈與地下水位波動(dòng)的關(guān)系

以陳莊漏斗為例，其動(dòng)態(tài)變化(圖3和圖4)與深、淺層地下水位的季節(jié)性波動(dòng)密切相關(guān)。每年1—5月降水少，農(nóng)業(yè)用水量大，淺層地下水位急劇下降;7—8月雨量增多、河道水量補(bǔ)給和開(kāi)采量相對(duì)減少，地下水埋深逐漸回升，至年底達(dá)到次年最高點(diǎn)。深層承壓水位變化主要取決于開(kāi)采量，年水位變化與開(kāi)采量關(guān)系密切。每年3—7月，深層地下水連續(xù)大量開(kāi)采，漏斗內(nèi)壓力水頭急劇下降;8月—翌年2月由于開(kāi)采量減小，加之大量引入黃河水，水位有所回升，回升幅度一般小于2.0 m。

開(kāi)采量決定了地面沉降的范圍和強(qiáng)度。目前，在深層水位降落漏斗中心區(qū)(陳莊)，開(kāi)采井密度為334眼/km2。2007年以前，由于深層地下水開(kāi)采量大，漏斗內(nèi)壓力水逐年下降，年下降幅度較大，一般2～4 m;2008年以后，由于采取封井措施，深層地下水開(kāi)采量減少，水位呈現(xiàn)回升趨勢(shì)[11]。

陳莊、長(zhǎng)莊等中心的沉降與回彈的波動(dòng)與上述變化十分吻合。圖7分別給出了陳莊(國(guó)棉一廠)、長(zhǎng)莊(華源紡織廠)、國(guó)棉二廠、肖何莊和宋官屯5個(gè)沉降中心連續(xù)7 a的沉降過(guò)程(監(jiān)測(cè)日期為每年的1月30日)，均表現(xiàn)出季節(jié)性的非線性波動(dòng)(紅色線表示初次估計(jì)沉降速率)。以陳莊為例，其年度內(nèi)沉降與回彈與近年深層水位波動(dòng)相對(duì)應(yīng)，沉降速率在2008年后出現(xiàn)回落，小于2007年之前。

圖7 德城區(qū)典型沉降中心2004—2010年地面沉降及深層水位變化序列Fig.7 Subsidence history of coherent target in the typical subsidence center of Decheng district

從地下水天然補(bǔ)給而言，春旱夏澇的氣候特征決定了德州地區(qū)春季地下水補(bǔ)給量的不足[11]，而同時(shí)用水量又進(jìn)一步增大，特別是陳莊、長(zhǎng)莊和國(guó)棉二廠3個(gè)沉降中心，均為棉紡、化工等耗水企業(yè)，需要大量采水，而汛期澇季時(shí)，地表徑流補(bǔ)給及時(shí)，地下水開(kāi)采總量減小，水位出現(xiàn)回升，地面沉降也隨之減緩，并在部分時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)回彈的現(xiàn)象。

6 結(jié)論

1)2004—2010年間的連續(xù)InSAR監(jiān)測(cè)有效揭示了德州地區(qū)區(qū)域性地面沉降和典型漏斗季節(jié)性地面沉降－回彈的發(fā)展與變化特征。德州市及其周邊主要地下水降落漏斗與地面沉降中心相互一致，證明了深層地下水開(kāi)采是本地區(qū)地面沉降的主要原因。

2)德城區(qū)陳莊、長(zhǎng)莊等典型漏斗的季節(jié)性沉降－回彈與該地區(qū)深淺層地下水位波動(dòng)相關(guān)，地面沉降與地下水位變化表現(xiàn)出良好的相關(guān)關(guān)系，變化時(shí)間基本同步，滯后期約1個(gè)月。地面沉降漏斗呈現(xiàn)出3—8月快速沉降，沉降幅度達(dá)50～80 mm，8月—翌年2月地面回彈，回彈幅度達(dá)10～20 mm的變化特點(diǎn)。

志謝:感謝山東省魯北工程地質(zhì)勘察院鄒祖光、陳松、楊亞賓以及河北水文地質(zhì)工程地質(zhì)四隊(duì)杜興明、田小偉等專家的指導(dǎo)和深入討論。

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