上海浦東國際機(jī)場多源形變時(shí)間序列聯(lián)合分析

禹雷

摘? ?要：上海市浦東國際機(jī)場位于填海成陸區(qū)域，容易產(chǎn)生大規(guī)模不均勻地表形變現(xiàn)象。單一衛(wèi)星平臺的形變監(jiān)測結(jié)果受到衛(wèi)星壽命的影響，不能夠反映地表形變過程的長期變化趨勢?；?007—2010年的ENV數(shù)據(jù)集和2015—2017年的S1A數(shù)據(jù)集，采用上海市沖填土自重固結(jié)沉降模型對兩個(gè)數(shù)據(jù)集SBAS形變時(shí)間序列進(jìn)行了聯(lián)合分析，最終得到了機(jī)場近10年的形變監(jiān)測結(jié)果。結(jié)果表明，機(jī)場東部區(qū)域發(fā)生了明顯的地面沉降現(xiàn)象，第四跑道北部區(qū)域尤為明顯，近10年的最大沉降累計(jì)量超過了-200mm，年平均沉降速率超過了-30mm/year。

關(guān)鍵詞：時(shí)序干涉測量? 浦東國際機(jī)場? 地表形變? 聯(lián)合分析

中圖分類號：P237? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0035-02

1? 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

上海浦東國際機(jī)場位于長江三角洲南部的濱海平原區(qū)，面積約40km2，其中大部分土地是通過填海成陸方式形成。目前，該機(jī)場共有2個(gè)航站樓和5個(gè)平行跑道。其中，2個(gè)航站樓位于機(jī)場中心區(qū)域，第一、三跑道位于航站樓的西部區(qū)域，第二、四跑道位于航站樓的東部區(qū)域，第五跑道位于機(jī)場最東部，地處浦東機(jī)場圍海造地工程和浦東機(jī)場外側(cè)促淤圈圍工程的交界處。

受填海工程和地質(zhì)條件的影響，機(jī)場地質(zhì)環(huán)境不穩(wěn)定，在填海工程施工期間以及工程竣工后容易產(chǎn)生地表形變問題。此外，不同跑道和基礎(chǔ)設(shè)施修建在不同填海時(shí)間、不同吹填土類型的地基之上，沖填土固結(jié)壓縮過程不同，容易引發(fā)不均勻地表形變現(xiàn)象。

2? 多源形變時(shí)間序列聯(lián)合分析

2.1 上海市沖填土自重固結(jié)沉降模型

上海市沖填土自重固結(jié)沉降模型是楊坪等人以上海市南匯新城區(qū)域內(nèi)采集的沖填土為材料，利用實(shí)驗(yàn)室離心模型實(shí)驗(yàn)?zāi)M沖填土10年的自重固結(jié)沉降過程得到的結(jié)果。已有的研究表明，該模型適用于上海市新成陸區(qū)地表形變過程擬合，并能夠得到較高精度的擬合結(jié)果。該模型的公式可表示為：

式中，t為固結(jié)時(shí)間;為t時(shí)刻的沉降累積量;是當(dāng)t無限大時(shí)對應(yīng)的形變累積量;k和λ為模型曲率參數(shù)，即決定模型的彎曲程度;δ為時(shí)間延遲系數(shù)。

2.2 多源形變時(shí)間序列聯(lián)合分析結(jié)果

根據(jù)上述模型，本文采用列文伯格-馬夸爾特算法（Levenberg-Marquardt，LM）進(jìn)行了模型擬合，并得到最優(yōu)模型擬合結(jié)果，即時(shí)間跨度為2007年2月26日—2017年4月4日的ENV/S1A形變時(shí)間序列，包括最優(yōu)模型擬合得到的時(shí)間序列以及根據(jù)最優(yōu)模型參數(shù)得到的SBAS形變時(shí)間序列。

聯(lián)合分析結(jié)果表明，研究區(qū)共有5105個(gè)高相干點(diǎn)，對應(yīng)的兩個(gè)時(shí)間序列之間的RMSE均值為-5.5mm，說明模型擬合效果較好。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，研究區(qū)近10年的形變累計(jì)量均值為-32.2mm，年平均形變速率均為值為-2.9 mm/year。其中，形變現(xiàn)象明顯區(qū)域主要集中在機(jī)場東部新成陸區(qū)，尤其是第四跑道中北部，近10年的最大沉降累計(jì)量超過了-200mm。

本文在機(jī)場范圍內(nèi)選擇了4個(gè)采樣點(diǎn)，對應(yīng)的空間分布和形變時(shí)間序列如圖1所示?？梢钥闯?，這4個(gè)采樣點(diǎn)的模型擬合效果都相對較好，RMSE值分布在4～8mm之間。點(diǎn)a位于第四跑道（2015年建成）的北部區(qū)域，地處新成陸區(qū)范圍內(nèi)，形變速率較大且逐漸減小，形變累積量和年平均形變速率分別為-120mm和-10.8mm/year;點(diǎn)b位于第三跑道（2008年建成），處于非填海區(qū)域，形變趨勢相對緩和，形變累積量和年平均形變速率分別為-8mm和-0.7mm/year;點(diǎn)c位于第二航站樓（2008年建成），地處新成陸區(qū)邊緣地帶，形變現(xiàn)象較為明顯，形變累積量和年平均形變速率分別為-52mm和-4.4mm/year;點(diǎn)d位于第一航站樓（1999年建成），且同時(shí)處于非填海區(qū)域，形變累積量和年平均形變速率最小，分別為-4mm和-0.1mm/year。

3? 結(jié)語

根據(jù)2007—2010年的ENV數(shù)據(jù)集和2015—2017年的S1A數(shù)據(jù)集監(jiān)測了上海浦東國際機(jī)場的地表形變過程，結(jié)果表明機(jī)場在兩個(gè)時(shí)間段都發(fā)生了明顯形變現(xiàn)象，且以地面沉降為主，形變明顯區(qū)域主要集中在機(jī)場第四跑道北部區(qū)域以及第五跑道附近區(qū)域，最大形變速率超過了-30mm/year。兩個(gè)時(shí)間段的對比結(jié)果表明，機(jī)場的地表形變現(xiàn)象隨著時(shí)間逐漸區(qū)域穩(wěn)定。

多源形變時(shí)間序列的聯(lián)合分析結(jié)果表明，機(jī)場東部新成陸區(qū)在2007—2010年發(fā)生了明顯的形變現(xiàn)象，尤其是第四跑道附近區(qū)域和北部區(qū)域，近10年的最大沉降累計(jì)量超過了-200mm。采樣點(diǎn)的形變監(jiān)測結(jié)果表明，不同航站樓/跑道對應(yīng)的形變現(xiàn)象表現(xiàn)出明顯的差異，主要是受到填海工程、航站樓/跑道建成時(shí)間以及人類活動(dòng)等因素的影響。

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