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本文內容摘自《中國測繪》2020年第7期
近日，土耳其媒體曝光離奇畫面，展示了該國科尼亞省出現的數百個巨型「天坑」。據報導，由於地質因素和地下水減少，科尼亞地區地面沉降現象頻發，早在2018年，當地就曾出現過多個巨型天坑，引發民眾擔憂。
實際上，地面沉降是包括我國在內的世界範圍較為普遍的地質災害。地面沉降災害的發生，不僅給人們的生產生活帶來影響和經濟上的損失，還將直接影響災害區域的生態文明建設和可持續發展。
研發團隊與合作方在連雲港進行填海造地沉降調查
那麼，地面沉降可以快速準確監測到嗎？答案是肯定的。中國測繪科學研究院利用衛星合成孔徑雷達幹涉測量（InSAR）技術，自主研製了高性能的地表形變監測處理系統，能敏銳地捕獲到精度達3-5毫米/每年的地面形變信息，猶如醫生利用CT給病人體檢一樣，地表細微的下沉或抬升都逃不過InSAR的「法眼」,實現了從太空對地面沉降的高解析度、高精度監測。
地面沉降涉及21個省103個地級市
時間退回到2016年9月2日晚，江蘇徐州，一輛廂式貨車行至二環北路臨近鼓樓廣場的路段時，突然遇到地面沉降，地下一根供水主管道發生爆裂，湧出的大量清水將周邊數百平米道路淹成一片「汪洋」，多個小區供水受到不同程度影響。不僅是徐州，在全國許多城市，這樣的地面沉降事故經常見諸報端，地面沉降引發的災害事故嚴重影響著當地生產生活的正常秩序。
由於地下資源的不合理開發利用，我國許多城市都有地面沉降現象。目前全國共有21個省（自治區/直轄市）103個地級市發生過地面沉降。數據顯示，2016年以來，沉降速率超過50毫米/年的城市共有20個，集中分布於華北平原、汾渭盆地等地。
地面沉降是指地球表面，由於自然因素或人為因素引起的一定區域範圍內地面標高緩慢降低的地質現象，屬緩變型地質災害，具有形成時間長、影響範圍廣、防治難度大等特點。地面沉降影響的範圍非常廣泛，如城市排水系統變形失效，進而導致防汛能力下降；不均勻的沉降會使地表建築物的地基下沉，導致樓房傾斜、房屋開裂；地下建築如水井、油井的傾斜，導致拉裂毀壞；地面沉降還會破壞大型線狀工程如鐵路、輸水輸油管線、橋梁等。由於地面沉降多發生於經濟發達地區，災害發生後往往造成巨大的經濟損失。粗略統計，1949年以來，我國地面沉降和地裂縫造成的經濟損失高達4500～5000億元。
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中國測繪科學研究院研究員、攝影測量與遙感研究所副所長張永紅告訴記者，地下水資源超採是我國大範圍地面沉降產生的最主要因素。除此以外，地下礦產資源（煤、有色金屬、石油）開採，填海（湖）造陸及軟土基疊加地面載荷，工程施工（如地鐵開挖）等也會引起地面沉降。
為了應對全國地面沉降不斷加劇的嚴峻局面，國務院2012年發布了《全國地面沉降防治規劃（2011—2020年）》；2019年自然資源部牽頭組織編制了《京津冀平原地面沉降綜合防治總體規劃（2020～2035年）》。地面沉降的準確監測是進行地面沉降預防和治理的基礎，經過多年的科技攻關和發展，我國已建成了以衛星合成孔徑雷達幹涉測量（InSAR）技術為主，輔以水準測量、GNSS監測、分層標測量等地面手段的地面沉降高效監測技術體系。
京津冀地面沉降正在得到緩解
想必有人還能記得，2010年5月25日下午，北京京廣橋附近發生水管突然爆裂一事，當時水柱噴射到兩層樓高，導致路面變成一片「汪洋」；2013年12月15日晚11點，位於北京東四環外環輔路大郊亭橋東南側200米處，地下自來水管線破裂，路面塌陷。同時，受到自來水管道破裂影響，大郊亭橋下東側熱力管道也出現故障，橋下幾個熱力井同時湧出十幾米高的白煙……多年前，這樣的水管爆裂時常發生。
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「當年北京東部部分地區頻繁發生地下管線爆裂事件，可能與地面沉降有很大關聯。」張永紅指出，地面沉降尤其會對大型線狀基礎設施構成危害。地下管線通常鋪設較長，如果部分管線通過的地區發生嚴重沉降，在沉降區的邊緣就會形成不均勻沉降，不均勻沉降構成一個剪切的作用力在地下管線上，就會造成管線斷裂。高鐵路基同樣是線狀結構，因此，地面沉降會使高鐵路基的平整度降低，對於高鐵安全運營構成直接威脅。
上世紀90年代至2015年左右，京津冀地區地面沉降迅速發展，最大沉降速率達到180毫米/年。京津冀地區成為我國地面沉降發展速度最快、發生範圍最廣、直接影響最嚴重的地區。張永紅團隊的最新研究成果顯示，隨著南水北調和地下水控採措施的實施，2016年以後，北京市和天津市地面沉降狀況持續大幅減緩，表現為主要沉降中心的沉降速率不斷降低，同時，沉降區特別是嚴重沉降區的範圍不斷縮小。
衛星InSAR地面沉降監測成果豐碩
地面沉降監測成果不僅能為地面沉降防治提供依據，而且對空間規劃的編制也有重要影響。張永紅介紹說，「2016年以前，北京城市總體規劃是，兩軸：長安街及延長（東西軸）、中軸線（南北軸）；兩帶：東部發展帶、西部發展帶，如果將這個規劃與2012-2016年北京市地面沉降分區圖疊加在一起，就會發現東部發展帶與沉降嚴重區有較多重合，這是不合理的，在發生了嚴重沉降的地區，已經不適宜再搞高強度、高密度建設了。後來，在做下一版規劃時，就把地面沉降因素考慮進去，2017年新頒布的《北京市城市規劃（2016—2035年）》做了很大調整，形成一核、一主、一副、兩軸多點一區的城市空間結構，改變過去單中心集聚的發展模式。「北京新的城市發展格局，已將絕大部分地面沉降嚴重地區劃定為限制建設區了。」
地面沉降高精度、高效率的監測對於我國這樣一個地面沉降災害較嚴重的國家而言，具有非常重要的意義。常規方法主要依靠精密水準測量、GPS測量、分層標測量等手段，雖然能夠取得較高的監測精度，但是成本較大，不能滿足大區域監測的要求。誕生於上世紀80年代末的衛星合成孔徑雷達幹涉測量（InSAR）技術以及2000年左右出現的以永久散射體幹涉測量技術(PS-InSAR)為代表的時間序列InSAR技術，是國際上公認的開展地面沉降監測的最有效、最先進手段之一。然而，這些技術在實際應用中仍有欠缺，存在著監測結果不穩定、運行效率低、需要大量人工幹預及專家級知識判斷等不足。
針對這些難點，張永紅帶領研究團隊，開展了持續多年的技術攻關，發展了一序列核心技術，大幅提高了形變監測的穩定性、智能化和自動化。他還帶領團隊研製了整體性能超過國際同類、具有自主智慧財產權的InSAR地表形變監測系統。這些技術和軟體在國家級和省級地理國情和災害防治中得到大規模應用，並榮獲2017年度測繪科技進步一等獎。由張永紅牽頭編制的《時間序列InSAR地表形變監測數據處理規範》於2018年4月正式實施。他的研究成果徹底解決了大範圍InSAR精準處理的技術難題，貫通了「InSAR技術突破—軟體研發—監測推廣應用」的科技創新全流程，為測繪高新技術服務社會經濟發展開創了新模式。
「我們一直都在做技術攻關，只有堅持在核心技術上下功夫，不斷突破，才能更好地服務於國家、部門和社會需求。」張永紅說。
文 / 本刊特邀記者 徐紅（綜合中國軍網、光明網、環球網等）
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原標題：《地⾯沉降逃不過測繪新技術「法眼」》
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