地面沉降与地下水监测

我们利用卫星 InSAR 绘制整个区域的地面沉降——从农田和城市下方的含水层枯竭到自然地面固结。我们的工作揭示地面在何处下沉、下沉多快，以及格局多年来如何变化，覆盖范围远超地面测量所能及。

及早发现风险在沉降损坏水井、地基和基础设施之前加以识别。
大范围监测在一个项目中绘制整个流域、含水层和市镇。
支持更好的决策以客观数据支持地下水管理、规划和合规报告。
情形卫星 InSAR 能提供什么
抽水引起的沉降探测整个流域范围的下沉
地下水的季节性变化分离出可恢复的弹性响应
含水层的长期损失识别永久性、非弹性压缩
岩溶地带的塌陷坑风险探测缓慢的前兆变形

当抽取地下水的速度超过其补给速度时，含水层之间的细粒沉积物发生压缩，地表随之下沉——往往延伸数十乃至数百公里，且常发生在常规测量稀少的农田和植被地带。地下水开采是全球范围内最大的单一地面沉降原因，其中大部分是永久性的：随着孔隙空间坍塌，含水层丧失的储水能力即使在水位恢复后也无法恢复。独立的全国范围 InSAR 研究已经表明，这种永久性、非弹性的枯竭已变得何等普遍。卫星 InSAR 特别适合此类大范围区域沉降：它测量下沉盆地的完整轮廓，将下沉最快的区域与稳定地面区分开，并多年跟踪该格局对干旱、抽水和恢复的响应。

该记录还能区分两种对管理至关重要的行为。随着含水层充水和放水而发生的季节性升降，在很大程度上是弹性且可恢复的；持续的长期下降趋势则预示非弹性压缩和永久性储水能力损失。能够在同一时间序列中同时观察到两者，使 InSAR 成为地下水管理、人工回补含水层验证以及在区域尺度上记录沉降灾害的实用工具。我们已发表的工作包括对加拿大西部沉积盆地中自然资源和地下水活动引起的地面变形的 InSAR 分析，以及墨西哥塞罗普列托盆地的三维地表速度场制图。

并非所有沉降都由抽水引起。地面还会因泥炭等软质或有机土壤的自然压缩与氧化，因松散沉积物首次浸水时发生的水力压缩，以及因可溶岩石溶解在岩溶地带形成塌陷坑而下沉。这些运动可能缓慢且不易察觉，直至影响建筑物、道路或市政管线——或者在岩溶的情形下突然发生。卫星 InSAR 为自然地面固结提供大范围筛查，显示运动集中之处，并在岩溶地区显示可能先于塌陷发生的缓慢前兆下陷之处。由于无需任何仪器，它可在没有地面观测网络的地区支持灾害制图。

沉降也由资源开采和地下作业引起。我们在专门页面中讨论这些主题：采矿引起的地表固结见矿山地面变形监测，与油气藏和生产相关的沉降见油气地面变形监测。它们都以相同的卫星测量为基础——差别在于所处环境和所提出的问题。

沉降监测项目提供覆盖整个关注区域的流域尺度速度图，展示各处的固结速率；每个测量点的位移时间序列，以便在具体的水井、城镇或构筑物处读取运动；季节性信号与长期信号的分离；以及在具备两种视角几何或 GNSS 之处分解为垂直与水平运动。成果以 GIS 图层形式提供，供地下水和规划工作流使用，并可随新雷达采集数据的到来更新。C 波段卫星提供大范围覆盖，L 波段则改善在植被茂密地面上的可靠性，而历史存档将图景延伸至过去数十年。

地面沉降是大范围问题，而卫星 InSAR 正是为大面积而生。它无需地面仪器，可一次覆盖整个流域和市镇，并依托多年存档展示沉降的演变，而不仅是一张快照。它在地面观测网稀疏的乡村和植被地带表现良好。由于我们的小基线处理只要求相邻采集之间保持相干，它能够在仅依赖永久散射体的服务留下空白的植被和乡村地面上恢复沉降；它也不依赖密集的永久 GNSS 观测网进行标定，因此即使在大地测量基础设施稀疏之处也能工作。我们的方法以发表于国际遥感期刊的同行评审研究为基础。可应要求提供与 GNSS 的集成以恢复最宽、最长波长的信号，以及独立验证和监管报告。地面沉降是我们四项核心监测服务之一，另外三项为采矿、滑坡和油气监测。

InSAR 能测量的地面沉降由什么引起？

最常见的是地下水开采和含水层枯竭，以及软质或有机土壤的自然固结、水力压缩和岩溶地带的塌陷坑。采矿及油气作业引起的沉降在我们的专门页面中讨论。

可以监测多大面积？

整个流域、含水层和市镇。卫星 InSAR 专为区域覆盖而设计，这是其在沉降监测中相对于基于点的地面测量的主要优势。

地下水沉降可逆吗？

往往只有部分可逆。地表的季节性升降在很大程度上可恢复，但持续超采会使含水层永久压缩并降低其储水能力。InSAR 时间序列显示运动中哪一部分是季节性的，哪一部分是永久性的长期趋势。

它在农田和植被地面上有效吗？

有效。分布式散射体与小基线处理，以及波长更长的 L 波段雷达，正是为在测量点稀少的乡村和植被地带保持测量可靠而选用的。

你们能展示沉降随时间的变化吗？

可以。多年的卫星存档使我们能够重建过去的运动，并跟踪沉降对干旱、抽水和恢复的响应，而不仅是测量当前速率。