书名 ： 北京平原区地面沉降多影响因素量化研究

ISBN ： 9787511159489

作者 ： 周超凡，陈蓓蓓，宫辉力

单价 ： 80.00

版次 ： 2024年8月第1版

印次 ： 2024年8月第1次印刷

   　地面沉降是处于平衡状态的含水系统中地下水被抽出后，孔隙水压力减小导致土和水的平衡状态被破坏，有效应力发生变化导致地下土体发生变形的地表现象。地面沉降在区域水循环变化主控作用下，受人为因素和自然因素的共同作用，目前已发展成为全球性、综合性以及多学科交叉的复杂系统问题。北京平原区自20世纪60年代发现地面沉降以来，已有半个多世纪的历史。长期超量开采地下水，工程活动建设的增强，使得北京地面沉降持续发展。地面沉降尤其是不均匀地面沉降对城市基础设施、高速铁路等重大工程产生了重大的威胁，成为制约区域可持续发展的重大问题，引起了国家和有关部门的高度重视。地面沉降演化机理研究是其调控和治理的科学基础。在京津冀一体化以及南水进京背景下，定量识别北京平原区地面沉降影响因素，系统研究北京平原区地面沉降演化机理，对地面沉降调控，保障区域经济社会可持续发展具有特殊意义。
　　本书通过对国内外地面沉降监测方法和成因机理研究进行学习及总结，针对地面沉降监测信息获取、空间分布特征及其影响因素量化研究问题，以北京平原区为研究区，选取SBAS-InSAR和Quasi-PSInSAR干涉测量技术，获取平原区地面沉降监测信息。从地面沉降空间格局特征入手，识别地面沉降模式，并在不同土地利用类型区域背景下，分析地面沉降演化特征。引入数据场模型，获取平原区动载荷信息；基于遥感指数，获取平原区静载荷信息；结合机器学习手段，选取随机森林和梯度提升决策树模型，定量分析地下水水位变化、可压缩层厚度、动载荷及静载荷对地面沉降的贡献，定量揭示地面沉降多元场成因机理。本书主要内容和结论包括以下几点：
　　1.多平台、多源数据地面沉降监测信息获取
　　针对大区域长时序地面沉降监测信息获取问题，基于SBAS-InSAR和Quasi-PSInSAR干涉测量技术，选取Doris/StaMPS算法和SARPROZ软件，以2003-2010年47景ENVISAT ASAR和2010-2015年48景RADARSAT-2数据为数据源，获取北京平原区长时序地面沉降场监测信息。结果发现，北京平原区地面沉降空间分布具有差异性，地面沉降严重区主要集中在朝阳区东部、通州区西北部、昌平区南部、顺义区西北部和大兴区南部，研究区内形成了多个沉降漏斗。截至2015年，北京平原区最大累积沉降量达到1357mm，累积沉降量大于500mm的区域面积达到463.3km2，占研究区总面积比例的7%。其中，2003-2010年，最大年均沉降速率为134mm/a；2011-2015年，最大年均沉降速率为141mm/a。对监测结果进行验证发现，2003-2010年InSAR监测结果和水准监测结果的相关系数达到0.88，2011-2013年InSAR监测结果和水准监测结果的相关系数达到0.98，研究表明，InSAR监测结果可靠。
　　2.北京平原区地面沉降场演化过程分析
　　针对大区域地面沉降演化特征定量分析问题，从地面沉降空间格局特征入手，选取莫兰指数和局部莫兰指数，识别北京平原区地面沉降空间分布模式；提出地面沉降演化特征分析新视角，在不同土地利用类型区域，探讨地面沉降演化特征。结果发现，北京平原区中38个乡镇属于地面沉降高值集聚模式区，主要分布在北京平原区的西北部和东部；60个乡镇或街道属于地面沉降低值集聚模式区，主要分布在北京平原区中部。地面沉降量范围在800-1327mm的区域与浅表层空间利用为建设用地区域对应关系最强，地面沉降量范围集中在600-800mm的区域与未利用土地区域对应关系最强，表明研究区内建设用地和未利用土地区域地面沉降问题不容小觑，需重点关注。
　　3.北京平原区地面沉降影响因素量化分析
　　针对区域地面沉降影响因素定量研究问题，从地面沉降多元场耦合研究入手，引入数据场模型，获取动载荷信息场；将地下水降落漏斗与地面沉降空间分布进行叠加分析，探讨不同土地利用类型区域内，不同层位地下水水位变化与地面沉降响应特征；选取IBI建设用地指数，获取静载荷信息场；从大数据角度出发，选取机器学习技术中的随机森林和梯度提升决策树模型，将地下水水位变化、可压缩层厚度、动载荷信息和静载荷信息作为地面沉降的典型影响因子，定量分析各影响因子对地面沉降的贡献率，揭示地面沉降多元场成因机理。结果发现，可压缩层厚度对地面沉降的贡献最大，可达到35%左右；其次为地下水水位变化，贡献率为30%左右；对地面沉降影响最小的是静载荷，贡献率为10%左右。

第1章 绪论
1.1 背景
1.2 国内外研究现状
1.3 研究目标与研究内容
1.4 创新点
1.5 小结

第2章 研究区概况
2.1 地理位置及地貌特征
2.2 气候与降水情况
2.3 区域地质概况
2.4 小结

第3章 研究方法与数据处理
3.1 研究方法
3.2 SAR数据选取和数据处理过程
3.3 数据结果验证
3.4 小结

第4章 北京平原区地面沉降演化特征分析
4.1 北京平原区地面沉降分布特征分析
4.2 北京平原区地面沉降演化趋势分析
4.3 北京平原区地面沉降空间格局特征分析
4.4 小结

第5章 北京平原区不同土地利用类型的地面沉降特征分析
5.1 基于面向对象的高分遥感影像分类
5.2 不同土地利用类型的地面沉降特征分析
5.3 小结

第6章 北京平原区地面沉降成因机理研究
6.1 地下水流场与地面沉降场响应特征分析
6.2 基于数据场的动载荷与地面沉降的响应关系分析
6.3 基于遥感建设用地指数的静载荷与地面沉降的响应关系分析
6.4 基于机器学习的北京平原区地面沉降影响因子权重研究
6.5 小结

第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望

参考文献
缩写词索引
名词解释
公式释义