上海浦东国际机场多源形变时间序列联合分析

禹雷

摘   要：上海市浦东国际机场位于填海成陆区域，容易产生大规模不均匀地表形变现象。单一卫星平台的形变监测结果受到卫星寿命的影响，不能够反映地表形变过程的长期变化趋势。基于2007—2010年的ENV数据集和2015—2017年的S1A数据集，采用上海市冲填土自重固结沉降模型对两个数据集SBAS形变时间序列进行了联合分析，最终得到了机场近10年的形变监测结果。结果表明，机场东部区域发生了明显的地面沉降现象，第四跑道北部区域尤为明显，近10年的最大沉降累计量超过了-200mm，年平均沉降速率超过了-30mm/year。

关键词：时序干涉测量  浦东国际机场  地表形变  联合分析

中图分类号：P237                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）12（a）-0035-02

1  研究区与数据

上海浦东国际机场位于长江三角洲南部的滨海平原区，面积约40km2，其中大部分土地是通过填海成陆方式形成。目前，该机场共有2个航站楼和5个平行跑道。其中，2个航站樓位于机场中心区域，第一、三跑道位于航站楼的西部区域，第二、四跑道位于航站楼的东部区域，第五跑道位于机场最东部，地处浦东机场围海造地工程和浦东机场外侧促淤圈围工程的交界处。

受填海工程和地质条件的影响，机场地质环境不稳定，在填海工程施工期间以及工程竣工后容易产生地表形变问题。此外，不同跑道和基础设施修建在不同填海时间、不同吹填土类型的地基之上，冲填土固结压缩过程不同，容易引发不均匀地表形变现象。

2  多源形变时间序列联合分析

2.1 上海市冲填土自重固结沉降模型

上海市冲填土自重固结沉降模型是杨坪等人以上海市南汇新城区域内采集的冲填土为材料，利用实验室离心模型实验模拟冲填土10年的自重固结沉降过程得到的结果。已有的研究表明，该模型适用于上海市新成陆区地表形变过程拟合，并能够得到较高精度的拟合结果。该模型的公式可表示为：

式中，t为固结时间;为t时刻的沉降累积量;是当t无限大时对应的形变累积量;k和λ为模型曲率参数，即决定模型的弯曲程度;δ为时间延迟系数。

2.2 多源形变时间序列联合分析结果

根据上述模型，本文采用列文伯格-马夸尔特算法（Levenberg-Marquardt，LM）进行了模型拟合，并得到最优模型拟合结果，即时间跨度为2007年2月26日—2017年4月4日的ENV/S1A形变时间序列，包括最优模型拟合得到的时间序列以及根据最优模型参数得到的SBAS形变时间序列。

联合分析结果表明，研究区共有5105个高相干点，对应的两个时间序列之间的RMSE均值为-5.5mm，说明模型拟合效果较好。统计分析结果表明，研究区近10年的形变累计量均值为-32.2mm，年平均形变速率均为值为-2.9 mm/year。其中，形变现象明显区域主要集中在机场东部新成陆区，尤其是第四跑道中北部，近10年的最大沉降累计量超过了-200mm。

本文在机场范围内选择了4个采样点，对应的空间分布和形变时间序列如图1所示。可以看出，这4个采样点的模型拟合效果都相对较好，RMSE值分布在4～8mm之间。点a位于第四跑道（2015年建成）的北部区域，地处新成陆区范围内，形变速率较大且逐渐减小，形变累积量和年平均形变速率分别为-120mm和-10.8mm/year;点b位于第三跑道（2008年建成），处于非填海区域，形变趋势相对缓和，形变累积量和年平均形变速率分别为-8mm和-0.7mm/year;点c位于第二航站楼（2008年建成），地处新成陆区边缘地带，形变现象较为明显，形变累积量和年平均形变速率分别为-52mm和-4.4mm/year;点d位于第一航站楼（1999年建成），且同时处于非填海区域，形变累积量和年平均形变速率最小，分别为-4mm和-0.1mm/year。

3  结语

根据2007—2010年的ENV数据集和2015—2017年的S1A数据集监测了上海浦东国际机场的地表形变过程，结果表明机场在两个时间段都发生了明显形变现象，且以地面沉降为主，形变明显区域主要集中在机场第四跑道北部区域以及第五跑道附近区域，最大形变速率超过了-30mm/year。两个时间段的对比结果表明，机场的地表形变现象随着时间逐渐区域稳定。

多源形变时间序列的联合分析结果表明，机场东部新成陆区在2007—2010年发生了明显的形变现象，尤其是第四跑道附近区域和北部区域，近10年的最大沉降累计量超过了-200mm。采样点的形变监测结果表明，不同航站楼/跑道对应的形变现象表现出明显的差异，主要是受到填海工程、航站楼/跑道建成时间以及人类活动等因素的影响。

参考文献

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[3] 杨坪，唐益群，周念清，等.上海冲填土自重固结沉降离心模型试验[J].中南大学学报：自然科学版，2008（4）：862-867.