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近日，土耳其媒体曝光离奇画面，展示了该国肯尼亚省出现的数百个巨型“天坑”。据报道，由于地质因素和地下水减少，科尼亚地区地面沉降现象频发，早在2018年，当地就曾出现过多个巨型天坑，引发民众担忧。  实际上，地面沉降是包括我国在内的世界范围较为普遍的地质灾害。地面沉降灾害的发生，不仅给人们的生产生活带来影响和经济上的损失，还将直接影响灾害区域的生态文明建设和可持续发展。 那么，地面沉降可以快速准确监测到吗？答案是肯定的。中国测绘科学研究院利用卫星合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术，自主研制了高性能的地表形变监测处理系统，能敏锐地捕获到精度达3-5毫米/每年的地面形变信息，犹如医生利用CT给病人体检一样，地表细微的下沉或抬升都逃不过InSAR的“法眼”,实现了从太空对地面沉降的高分辨率、高精度监测。 地面沉降涉及21个省103个地级市 时间退回到2016年9月2日晚，江苏徐州，一辆厢式货车行至二环北路临近鼓楼广场的路段时，突然遇到地面沉降，地下一根供水主管道发生爆裂，涌出的大量清水将周边数百平米道路淹成一片“汪洋”，多个小区供水受到不同程度影响。不仅是徐州，在全国许多城市，这样的地面沉降事故经常见诸报端，地面沉降引发的灾害事故严重影响着当地生产生活的正常秩序。 由于地下资源的不合理开发利用，我国许多城市都有地面沉降现象。目前全国共有21个省（自治区/直辖市）103个地级市发生过地面沉降。数据显示，2016年以来，沉降速率超过50毫米/年的城市共有20个，集中分布于华北平原、汾渭盆地等地。 地面沉降是指地球表面，由于自然因素或人为因素引起的一定区域范围内陆面标高缓慢降低的地质现象，属缓变型地质灾害，具有形成时间长、影响范围广、防治难度大等特点。地面沉降影响的范围非常广泛，如城市排水系统变形失效，进而导致防汛能力下降；不均匀的沉降会使地表建筑物的地基下沉，导致楼房倾斜、房屋开裂；地下建筑如水井、油井的倾斜，导致拉裂毁坏；地面沉降还会破坏大型线状工程如铁路、输水输油管线、桥梁等。由于地面沉降多发生于经济发达地区，灾害发生后往往造成巨大的经济损失。粗略统计，1949年以来，我国地面沉降和地裂缝造成的经济损失高达4500～5000亿元。 中国测绘科学研究院研究员、摄影测量与遥感研究所副所长张永红告诉记者，地下水资源超采是我国大范围地面沉降产生的最主要因素。除此以外，地下矿产资源（煤、有色金属、石油）开采，填海（湖）造陆及软土基叠加地面载荷，工程施工（如地铁开挖）等也会引起地面沉降。 为了应对全国地面沉降不断加剧的严峻局面，国务院2012年发布了《全国地面沉降防治规划（2011—2020年）》；2019年自然资源部牵头组织编制了《京津冀平原地面沉降综合防治总体规划（2020～2035年）》。地面沉降的准确监测是进行地面沉降预防和治理的基础，经过多年的科技攻关和发展，我国已建成了以卫星合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术为主，辅以水准测量、GNSS监测、分层标测量等地面手段的地面沉降高效监测技术体系。 京津冀地面沉降正在得到缓解 想必有人还能记得，2010年5月25日下午，北京京广桥附近发生水管突然爆裂一事，当时水柱喷射到两层楼高，导致路面变成一片“汪洋”；2013年12月15日晚11点，位于北京东四环外环辅路大郊亭桥东南侧200米处，地下自来水管线破裂，路面塌陷。同时，受到自来水管道破裂影响，大郊亭桥下东侧热力管道也出现故障，桥下几个热力井同时涌出十几米高的白烟……多年前，这样的水管爆裂时常发生。 “当年北京东部部分地区频繁发生地下管线爆裂事件，可能与地面沉降有很大关联。”张永红指出，地面沉降尤其会对大型线状基础设施构成危害。地下管线通常铺设较长，如果部分管线通过的地区发生严重沉降，在沉降区的边缘就会形成不均匀沉降，不均匀沉降构成一个剪切的作用力在地下管线上，就会造成管线断裂。高铁路基同样是线状结构，因此，地面沉降会使高铁路基的平整度降低，对于高铁安全运营构成直接威胁。 上世纪90年代至2015年左右，京津冀地区地面沉降迅速发展，最大沉降速率达到180毫米/年。京津冀地区成为我国地面沉降发展速度最快、发生范围最广、直接影响最严重的地区。张永红团队的最新研究成果显示，随着南水北调和地下水控采措施的实施，2016年以后，北京市和天津市地面沉降状况持续大幅减缓，表现为主要沉降中心的沉降速率不断降低，同时，沉降区特别是严重沉降区的范围不断缩小。 卫星InSAR地面沉降监测成果丰硕 地面沉降监测成果不仅能为地面沉降防治提供依据，而且对空间规划的编制也有重要影响。张永红介绍说，“2016年以前，北京城市总体规划是，两轴：长安街及延长（东西轴）、中轴线（南北轴）；两带：东部发展带、西部发展带，如果将这个规划与2012-2016年北京市地面沉降分区图叠加在一起，就会发现东部发展带与沉降严重区有较多重合，这是不合理的，在发生了严重沉降的地区，已经不适宜再搞高强度、高密度建设了。后来，在做下一版规划时，就把地面沉降因素考虑进去，2017年新颁布的《北京市城市规划（2016—2035年）》做了很大调整，形成一核、一主、一副、两轴多点一区的城市空间结构，改变过去单中心集聚的发展模式。“北京新的城市发展格局，已将绝大部分地面沉降严重地区划定为限制建设区了。” 地面沉降高精度、高效率的监测对于我国这样一个地面沉降灾害较严重的国家而言，具有非常重要的意义。常规方法主要依靠精密水准测量、GPS测量、分层标测量等手段，虽然能够取得较高的监测精度，但是成本较大，不能满足大区域监测的要求。诞生于上世纪80年代末的卫星合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术以及2000年左右出现的以永久散射体干涉测量技术(PS-InSAR)为代表的时间序列InSAR技术，是国际上公认的开展地面沉降监测的最有效、最先进手段之一。然而，这些技术在实际应用中仍有欠缺，存在着监测结果不稳定、运行效率低、需要大量人工干预及专家级知识判断等不足。 针对这些难点，张永红带领研究团队，开展了持续多年的技术攻关，发展了一序列核心技术，大幅提高了形变监测的稳定性、智能化和自动化。他还带领团队研制了整体性能超过国际同类、具有自主知识产权的InSAR地表形变监测系统。这些技术和软件在国家级和省级地理国情和灾害防治中得到大规模应用，并荣获2017年度测绘科技进步一等奖。由张永红牵头编制的《时间序列InSAR地表形变监测数据处理规范》于2018年4月正式实施。他的研究成果彻底解决了大范围InSAR精准处理的技术难题，贯通了“InSAR技术突破—软件研发—监测推广应用”的科技创新全流程，为测绘高新技术服务社会经济发展开创了新模式。  “我们一直都在做技术攻关，只有坚持在核心技术上下功夫，不断突破，才能更好地服务于国家、部门和社会需求。”张永红说。 |
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