上海浦東國際機場多源形變時間序列聯合分析

禹雷

摘? ?要：上海市浦東國際機場位于填海成陸區域，容易產生大規模不均勻地表形變現象。單一衛星平臺的形變監測結果受到衛星壽命的影響，不能夠反映地表形變過程的長期變化趨勢?；?007—2010年的ENV數據集和2015—2017年的S1A數據集，采用上海市沖填土自重固結沉降模型對兩個數據集SBAS形變時間序列進行了聯合分析，最終得到了機場近10年的形變監測結果。結果表明，機場東部區域發生了明顯的地面沉降現象，第四跑道北部區域尤為明顯，近10年的最大沉降累計量超過了-200mm，年平均沉降速率超過了-30mm/year。

關鍵詞：時序干涉測量? 浦東國際機場? 地表形變? 聯合分析

中圖分類號：P237? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0035-02

1? 研究區與數據

上海浦東國際機場位于長江三角洲南部的濱海平原區，面積約40km2，其中大部分土地是通過填海成陸方式形成。目前，該機場共有2個航站樓和5個平行跑道。其中，2個航站樓位于機場中心區域，第一、三跑道位于航站樓的西部區域，第二、四跑道位于航站樓的東部區域，第五跑道位于機場最東部，地處浦東機場圍海造地工程和浦東機場外側促淤圈圍工程的交界處。

受填海工程和地質條件的影響，機場地質環境不穩定，在填海工程施工期間以及工程竣工后容易產生地表形變問題。此外，不同跑道和基礎設施修建在不同填海時間、不同吹填土類型的地基之上，沖填土固結壓縮過程不同，容易引發不均勻地表形變現象。

2? 多源形變時間序列聯合分析

2.1 上海市沖填土自重固結沉降模型

上海市沖填土自重固結沉降模型是楊坪等人以上海市南匯新城區域內采集的沖填土為材料，利用實驗室離心模型實驗模擬沖填土10年的自重固結沉降過程得到的結果。已有的研究表明，該模型適用于上海市新成陸區地表形變過程擬合，并能夠得到較高精度的擬合結果。該模型的公式可表示為：

式中，t為固結時間;為t時刻的沉降累積量;是當t無限大時對應的形變累積量;k和λ為模型曲率參數，即決定模型的彎曲程度;δ為時間延遲系數。

2.2 多源形變時間序列聯合分析結果

根據上述模型，本文采用列文伯格-馬夸爾特算法（Levenberg-Marquardt，LM）進行了模型擬合，并得到最優模型擬合結果，即時間跨度為2007年2月26日—2017年4月4日的ENV/S1A形變時間序列，包括最優模型擬合得到的時間序列以及根據最優模型參數得到的SBAS形變時間序列。

聯合分析結果表明，研究區共有5105個高相干點，對應的兩個時間序列之間的RMSE均值為-5.5mm，說明模型擬合效果較好。統計分析結果表明，研究區近10年的形變累計量均值為-32.2mm，年平均形變速率均為值為-2.9 mm/year。其中，形變現象明顯區域主要集中在機場東部新成陸區，尤其是第四跑道中北部，近10年的最大沉降累計量超過了-200mm。

本文在機場范圍內選擇了4個采樣點，對應的空間分布和形變時間序列如圖1所示。可以看出，這4個采樣點的模型擬合效果都相對較好，RMSE值分布在4～8mm之間。點a位于第四跑道（2015年建成）的北部區域，地處新成陸區范圍內，形變速率較大且逐漸減小，形變累積量和年平均形變速率分別為-120mm和-10.8mm/year;點b位于第三跑道（2008年建成），處于非填海區域，形變趨勢相對緩和，形變累積量和年平均形變速率分別為-8mm和-0.7mm/year;點c位于第二航站樓（2008年建成），地處新成陸區邊緣地帶，形變現象較為明顯，形變累積量和年平均形變速率分別為-52mm和-4.4mm/year;點d位于第一航站樓（1999年建成），且同時處于非填海區域，形變累積量和年平均形變速率最小，分別為-4mm和-0.1mm/year。

3? 結語

根據2007—2010年的ENV數據集和2015—2017年的S1A數據集監測了上海浦東國際機場的地表形變過程，結果表明機場在兩個時間段都發生了明顯形變現象，且以地面沉降為主，形變明顯區域主要集中在機場第四跑道北部區域以及第五跑道附近區域，最大形變速率超過了-30mm/year。兩個時間段的對比結果表明，機場的地表形變現象隨著時間逐漸區域穩定。

多源形變時間序列的聯合分析結果表明，機場東部新成陸區在2007—2010年發生了明顯的形變現象，尤其是第四跑道附近區域和北部區域，近10年的最大沉降累計量超過了-200mm。采樣點的形變監測結果表明，不同航站樓/跑道對應的形變現象表現出明顯的差異，主要是受到填海工程、航站樓/跑道建成時間以及人類活動等因素的影響。

參考文獻

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