利用時序InSAR技術(shù)監(jiān)測廣花盆地地面沉降

喻永平，林 鴻，王會強(qiáng)

(1．廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510060;2．中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院雷達(dá)遙感研究室，湖南 長沙410083)

一、引 言

近10多年來，廣州及其周邊地區(qū)頻繁發(fā)生地面沉降、塌陷和裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，特別是廣花盆地地區(qū)是廣州市地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生最為集中、最為嚴(yán)重的地區(qū)。根據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，截至2008年底，區(qū)內(nèi)發(fā)生地面塌陷313起，直接經(jīng)濟(jì)損失超過1．2億元，而且最近幾年廣花盆地地區(qū)金沙洲、大坦沙和白云花都交接的空港新城等發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)目仍在不斷快速攀升，需要長期監(jiān)測廣花盆地的地面沉降。

近些年InSAR憑借著其全天候、大范圍、高空間分辨率和高精度(厘米至毫米級)等優(yōu)勢，迅速在城市地面沉降方面得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮了巨大的應(yīng)用潛力和不可替代的價(jià)值［1］，促使廣州地區(qū)的地面沉降概查工作乃至地面沉降精細(xì)監(jiān)測得以有效進(jìn)行。

本文采用覆蓋相同區(qū)域的ENVISAT/ASAR影像和ALOS/PALSAR影像兩種數(shù)據(jù)，利用SBAS-DIn-SAR技術(shù)分別監(jiān)測廣花盆地的地面沉降情況。

二、研究方法

本文采用小基線集技術(shù)(small baseline subsets，SBAS)來反演廣花盆地地區(qū)的平均形變速率圖和形變時間序列圖。SBAS-DInSAR技術(shù)作為一種先進(jìn)的InSAR時間序列分析技術(shù)，通過設(shè)定時空基線閾值選取合適的干涉對來增加時間采樣率，在一定程度上減弱了時間失相干和空間失相干的影響，為In-SAR技術(shù)的拓展研究和應(yīng)用提供了廣闊的空間。SBAS的基本步驟如圖1所示。

三、研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

廣花盆地(即廣州-花都盆地)位于廣州市北部，東接白云山、帽峰山，西連佛山市三水區(qū)和南海區(qū)，南到珠江西航道附近，北靠廣州從化市和清遠(yuǎn)市清城區(qū)。

圖1

本研究采用17景ENVISAT/ASAR影像和21景ALOS/PALSAR影像，時間跨度分別為2006年10月30日至2009年8月10日和2007年1月8日至2011年1月19日。ASAR數(shù)據(jù)影像分辨率約為40 m×40 m，PALSAR數(shù)據(jù)影像分辨率約為24 m×24 m。去除干涉圖中的地形相位部分采用的外部DEM是美國宇航局(NASA)提供的SRTM數(shù)據(jù)，分辨率為30 m×30 m。

四、沉降監(jiān)測結(jié)果

試驗(yàn)采用覆蓋研究區(qū)域的ASAR和PALSAR兩種不同波段、不同分辨率的數(shù)據(jù)分別利用SBAS-DIn-SAR技術(shù)監(jiān)測其沉降情況，下面將廣花盆地分成A、B、C等重點(diǎn)沉降區(qū)域進(jìn)行具體分析。

A區(qū)，即金沙洲、大坦沙和石井鎮(zhèn)一帶，如圖2所示，沉降速率均大于6 mm/a。考慮到在影像覆蓋時間內(nèi)，地鐵5、6號地鐵線均處于在建施工階段，所以圖4(a)中局部區(qū)域在地鐵施工過程中都出現(xiàn)沉降，沉降速率大于12 mm/a。而圖4(b)中的石井河左側(cè)鴉崗南大道、華南快速鴉崗大道一段等同樣也存在小范圍的沉降，其中屬龍湖和鴉崗村附近沉降比較嚴(yán)重。

B區(qū)，即白云國際機(jī)場和龍歸鎮(zhèn)一帶，如圖3所示，沉降速率同樣都大于6 mm/a，圖5(a)中的機(jī)場南以東的人和鎮(zhèn)第三中學(xué)附近和圖5(b)中的北二環(huán)高速以南的卓烈公司一帶以及龍歸地鐵站等小區(qū)域沉降速率遠(yuǎn)大于12 mm/a。

圖2 A區(qū)平均形變速率圖

圖3 B區(qū)平均形變速率圖

C區(qū)，即花山鎮(zhèn)和芙蓉鎮(zhèn)一帶，如圖4所示。主要沉降區(qū)包括圖6(a)中的佳仕達(dá)工業(yè)園和圖6(b)中的沿風(fēng)神大道兩側(cè)等局部地區(qū)中沉降速率略大于12 mm/a。

圖4 C區(qū)平均形變速率圖

五、結(jié) 論

本文采用覆蓋相同區(qū)域的ENVISAT/ASAR影像和ALOS/PALSAR影像兩種數(shù)據(jù)，利用SBAS-DIn-SAR技術(shù)來分別監(jiān)測廣花盆地的地面沉降情況，ASAR數(shù)據(jù)和PALSAR數(shù)據(jù)獲取的結(jié)果在形變范圍和形變速率大小方面都存在高度一致性，兩種數(shù)據(jù)獲取的形變結(jié)果相互驗(yàn)證，準(zhǔn)確確定發(fā)生地面沉降的范圍和沉降速率大小情況，驗(yàn)證了InSAR技術(shù)監(jiān)測該地區(qū)地面沉降的可靠性。

廣花盆地地區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害是地面沉降塌陷，由于該地區(qū)是隱伏巖溶的主要分布區(qū)，因而巖溶地面塌陷也是該地區(qū)發(fā)生地面塌陷的主要類型，而地面塌陷的前兆就是地面沉降和地面裂縫，所以利用InSAR技術(shù)對其進(jìn)行長期的地面沉降監(jiān)測具有重要意義。

［1］ 李珊珊，李志偉，胡俊，等．SBAS-InSAR技術(shù)監(jiān)測青藏高原季節(jié)性凍土形變［J］．地球物理學(xué)報(bào)，2013，56(5):1476-1486．

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