北京平原区地面沉降PS-InSAR监测

地面沉降是北京平原区的主要地质灾害之一。针对地下水长期超量开采引发的大范围地面沉降,采用雷达遥感的技术方法对其进行监测分析:以2003~2010年间覆盖北京的31景ENVISAT ASAR数据为基础,采用永久散射体干涉测量技术对北京市平原区进行长时间序列的地面沉降监测,并对比地下水水位变化数据,通过GIS空间分析的方法讨论地面沉降的时空演化特征。结果表明:2003~2010年,北京市平原区地表形变速率范围为-52.1~8.2mm/yr,已经形成五大沉降漏斗(朝阳—通州沉降漏斗、天竺—金盏沉降漏斗、来广营沉降漏斗、高丽营沉降漏斗和昌平沉降漏斗),地面沉降发生区域与地下水漏斗形成区域基本一致。     

地理信息系统与地下水资源评价模型集成应用研究

以常州市区与武进市地区为研究区域，在对该地区孔隙地下水分布特征、水文地质条件等方面进行调查分析的基础上，构建了常武地区地下水资源评价研究的概念模型，在此基础上构建了第Ⅰ与第Ⅱ承压水流的数学模型，并将地下水资源评价模型与地理信息系统(GIS)进行有机集成，充分利用GIS的空间分析功能及其可视化表达能力，研究地下水资源评价过程中含水层空间与模拟时间的可视化离散、计算参数的可视化赋值、模型的可视化拟合及其评价结果可视化表达的方法，基本实现了地下水资源评价过程的可视化。为常州、武进地区地下水资源的科学管理提供了空间辅助决策支持。     

雷达差分干涉测量技术反演含水层物理量

地下水的过度开采易引起严重的地面沉降,如何建立地下水开采量与地面沉降量之间有效的函数关系已成为目前研究的热点和难点。该文以华北平原天津区域为研究对象,采用短基线集时序分析技术,使用欧空局Envisat-ASAR数据,提取了变形时间序列。同时,基于渗流微分方程与含水层压缩土力学模型,通过融合InSAR监测结果与地下水位数据反演了地下水-地面沉降模型中的弹性、非弹性释水系数,并分析了地面沉降特征与地下水开采量发育情况。该研究提高了地下水-地面沉降预测模型在华北平原天津区域的实用性与预测精度,为今后天津市开展地下水开采控制、建立地下水可持续开采模型提供了基础。     

基于Sentinel-1A数据的天津地区PS-InSAR地面沉降监测与分析

为有效预防地面沉降带来的灾害,利用2015年4月~2018年2月天津地区的24景Sentinel-1A数据,进行了永久散射体干涉测量处理,并使用高精度轨道数据和TanDEM-X DEM修正残差相位,提取了3 a的地面沉降结果,结合土地利用类型、水文、地质和交通等数据,分析了多处沉降地区的特征和形成原因,最后和小基线集方法的监测结果进行对比分析。结果表明:近3 a来天津城区沉降治理效果显著,平均沉降速率在8 mm/a以内,郊区沉降仍然严重,沉降速率在50~70 mm/a,沉降最为严重的区域为武清区王庆坨镇,3 a累计沉降量超过200 mm,并且有和其他沉降漏斗连成片的趋势。地面沉降发生的区域与地下水漏斗形成的区域基本一致,且两种方法得到的累积形变量差值95%在5 mm以内,说明本研究结果可以为天津市地质灾害防治提供数据支撑和决策依据。     

京津城际铁路（北京段）沉降监测及影响因素分析

利用干涉点目标分析技术对37景TerraSAR-X数据进行处理,从而准确地估计沿线区域的地表形变。此外,引入同期二等水准测量数据验证了计算结果可靠且精度较高;采用最大信息系数分析高铁的形变及其与影响因素之间的关系,将变形结果与收集的地下水、降水、可压缩层厚度等资料结合,定量描述其与沉降点之间的关系。结果表明,在观测期间,沿着高铁跨丰台区、东城区段年均沉降率小于10mm/a,至朝阳区前段沉降率增大,至中段达40～60mm/a,通州区年均沉降速率稳定;地面沉降与地下水位的变化有很好的响应,地下水开采量的增加和地下水位下降导致该地区的沉降量增加;地面沉降与地质构造有着一定的关系。确定沉降监测的重点区域,为铁路的安全运行提供决策支持。     

基于PSI技术的芜湖市地面沉降时空特征分析

城市的沉降监测有利于了解区域实时高程，可为地质灾害与防护部门提供数据依据，避免因高程损失而带来的地质灾害。基于2016年1月至2017年12月共22景Sentinel-1A干涉宽幅模式影像数据，利用永久散射体合成孔径雷达干涉测量技术以及合成孔径雷达差分干涉测量技术进行芜湖市地表形变监测，并分析研究区地面沉降的时空分布特征。空间上，阐述芜湖市地面沉降的整体格局，再以道路为专题，分析了道路的沉降分布格局。时间上，以时间为基线，逐月分析地面沉降部分在年内的具体变化。结果表明：空间上，芜湖市地面沉降主要集中在长江以东的范围，呈现出由西向东逐渐增加的趋势，长江以西呈现零星漏斗式沉降分布，其中，沉降累积量也与道路的密度与建设相关，道路汇集区与修建区域的沉降累积量较大；时间上，研究区整体沉降量各月变化较均匀，其中，沉降量变化范围在6月最大，10月与11月最小。     

基于PS-InSAR的天津地区沉降监测及分析

城市地面沉降监测是保障城市安全建设和健康发展的重要手段之一，而传统的沉降监测方法无法大尺度反映地面形变信息。针对近几年天津地区出现大面积沉降现象，利用Sentinel-1A数据基于永久散射体干涉测量技术开展城区大范围沉降监测研究并分析了地面沉降原因。结果表明：近年来天津地区多处出现地面沉降，严重沉降区集中天津的武清区、北辰区以及郊区乡镇结合区域的王庆坨镇、胜芳镇、左各庄镇、静海镇以及大寺镇,其最大沉降漏斗位于王庆坨镇，沉降速率为-63.2 mm/a。经分析发现天津地面沉降与地下水过度开采、大型工业区的迁移和建设以及活动断裂带地质活动有关。     

运用模拟退火遗传算法估计地下水反演参数

在估计地下水数值模型参数时,常运用智能优化算法求解数学模型的近似解,以再现现实地下水流的运动。在传统的模拟退火算法基础上,结合遗传算法,提出了一种改进模拟退火遗传算法,它吸收了遗传算法的全局搜索性能和保护最优个体的策略,解决了遗传算法早熟的问题,加强了模拟退火的局部搜索能力。以非均质各向异性承压二维流为例,运用该算法对地下水流数值模型参数进行了反演计算。计算结果表明,该算法克服了传统全局搜索算法收敛速度慢、迭代次数多的缺点,具有计算精度高,可以并行计算等优点。     

基于SBAS-InSAR技术的煤矿开采沉陷监测与分析

地下煤炭资源大量开采导致的地表形变,引发严重的安全和环境隐患,雷达干涉测量技术是高精度、大范围地表形变监测的重要手段之一。以辽宁省沈阳市沈北新区蒲河煤矿为例,采用SBAS-InSAR技术探测2018—2019年矿区地表形变结果,获取了采煤引起地表形变的时空分布特征,结合采场所在区域的地质条件和变形诱发因素,利用数值模拟技术对观测形变结果进行模拟分析,进而讨论了蒲河煤矿地面沉降在时间和空间上的变形规律和机制。InSAR形变监测结果显示,开采区域内存在两处沉降漏斗,且数值模拟结果与InSAR形变观测值分布规律一致,反演结果接近实际情况,可为相关部门制定地面沉降防治措施提供科学依据。     

地下水空间特征自动化提取方法研究

本文在地下水水位栅格数据模型的基础上,根据地下水汇流方向、地下水降落漏斗以及地下分水岭的水文地质学含义,首先结合栅格数据的特点建立它们的数学模型,然后运用种子算法、数学形态学方法设计了自动化提取算法,并对所提取的结果进行了可视化表达。最后以苏锡常地区为例,通过对提取结果的分析,提出了该地区地下水开采应注意的一些问题。该方法有助于更好地认识地下水时空变化规律,为地下水资源管理提供辅助决策支持,同时也是数字化地下水研究的有益探索。     

Unsteady free flow to an observation well from a semi-confined leaky aquifer

This paper presents an analytical solution to the problem of unsteady free flow of water from a leaky confined aquifer, fed by an external supply source and draining into a ditch. Both the non-homogeneous governing equation and the boundary conditions are converted to Sturm-Liouville problems. The closed form solution so obtained is significant because it not only illustrates the process of groundwater recharge and depletion, but can constitute a bench-test for numerical models.     

A seamlessly coupled GIS and distributed groundwater flow model

There are three approaches for coupling groundwater models with GISs, i.e. loose, tight, and seamless. In seamless coupling a model code is written into, and run from within, a GIS. We implemented BGS GISGroundwater in a GIS in this way for the first time. It facilitates the construction and simulation of the model, and the visualisation of the results all within the GIS environment. The model consists of a 2D finite-difference groundwater flow model and a simple user-interface. It can represent heterogeneous aquifers, variably confined and unconfined conditions, and distributed groundwater recharge and abstraction. It offers benefits in terms of ease of use and in streamlining the model construction and application process. BGS GISGroundwater has been validated against analytical solutions to groundwater-head profiles for a range of aquifer configurations. This model lowers barriers to entry to groundwater flow modelling for a wider group of environmental scientists.     

离散场的一种快速体绘制方法

针对大规模离散数据场的特点,首先给出了三维直线的两种体素化表示方法,然后建立了三维离散直线的基路径,并提出了基于基路径的直接体绘制方法。该方法由于充分利用了射线之间的相关性,所以可明显加速体绘制过程,且对高分辨率离散数据场有普遍的应用价值。     

Accounting for surface–groundwater interactions and their uncertainty in river and groundwater models: A case study in the Namoi River,Australia

Surface–groundwater (SW–GW) interactions constitute a critical proportion of the surface and groundwater balance especially during dry conditions. Conjunctive management of surface and groundwater requires an explicit account of the exchange flux between surface and groundwater when modelling the two systems. This paper presents a case study in the predominantly gaining Boggabri–Narrabri reach of the Namoi River located in eastern Australia. The first component of the study uses the Upper Namoi numerical groundwater model to demonstrate the importance of incorporating SW–GW interactions into river management models. The second component demonstrates the advantages of incorporating groundwater processes in the Namoi River model.Results of the numerical groundwater modelling component highlighted the contrasting groundwater dynamics close to, and away from the Namoi River where lower declines were noted in a near-field well due to water replenishment sourced from river depletion. The contribution of pumping activities to river depletion was highlighted in the results of the uncertainty analysis, which showed that the SW–GW exchange flux is the most sensitive to pumping rate during dry conditions. The uncertainty analysis also showed that after a drought period, the 95% prediction interval becomes larger than the simulated flux, which implies an increasing probability of losing river conditions. The future prospect of a gaining Boggabri–Narrabri reach turning into losing was confirmed with a hypothetical extended drought scenario during which persistent expansion of groundwater pumping was assumed. The river modelling component showed that accounting for SW–GW interactions improved the predictions of low flows, and resulted in a more realistic calibration of the Namoi River model.Incorporating SW–GW interactions into river models allows explicit representation of groundwater processes that provides a mechanism to account for the impacts of additional aquifer stresses that may be introduced beyond the calibration period of the river model. Conventional river models that neglect the effects of such future stresses suffer from the phenomenon of non-stationarity and hence have inferior low flow predictions past the calibration period of the river model. The collective knowledge acquired from the two modelling exercises conducted in this study leads to a better understanding of SW–GW interactions in the Namoi River thus leading to improved water management especially during low flow conditions.     

基于纹理的增强型3D流场绘制

提出一种基于纹理的增强型3D矢量场可视化算法,可显著地改善传统纹理法的绘制质量.首先通过对3D纹理的线性卷积运算生成具有空间相关性的卷积纹理;然后对卷积纹理进行高通滤波,以增加流面内流线之间强度的对比;最后通过体绘制方式展示3D卷积纹理.借助权重区域,该算法可以显示用户感兴趣区域或特征区域,避免卷积数据过多引起的紊乱及相互遮挡.     

基于输运方程的混合式体绘制模型

作者从物理光学中输运理论的输运方程出发，在散射项的计算上，提出了体散射强度和面散射强度的计算，以及用边界因子组合该两项射强度作为质点粒子在该点的总的散射光照强度的体绘制光照模型。     

Delineation of groundwater recharge sites using integrated remote sensing and GIS in Jammu district,India

With the increasing demands for water due to increasing population, urbanization and agricultural expansion, groundwater resources are gaining much attention, particularly in the Kandi region of Jammu district, which faces acute shortages of drinking water throughout the year. Groundwater development programmes need a large volume of data from various sources. This study used integrated remote sensing and geographic information system (GIS) techniques to provide an appropriate platform for convergent analysis of multidisciplinary data and decision making for artificial recharge to groundwater. Thematic maps were constructed using merged Linear Imaging Self Scanner (LISS)‐III and Panchromatic (PAN) remote sensing data and aquifer parameter thematic layers were prepared from conventional field data. The thematic layers of the aquifer parameters were integrated and a map showing the potential zones for artificial recharge to groundwater was generated. By superimposing the drainage network map over this artificial recharge zone map, and also considering the terrain conditions for artificial recharge, suitable sites for replenishing groundwater in the study area were identified.     

基于空间数据插值算法的空间散乱数据体绘制实现

体绘制技术是一种能够真实地反映空间数据场内部信息的可视化技术。在体绘制研究领域中,非规则的空间散乱数据体绘制目前仍然是一个研究热点。文中采用空间数据插值算法对散乱的原始数据进行网格化插值,然后使用光投影体绘制算法对规则网格数据进行体绘制。最后,通过新方法实现了某油藏区地下流体压力和孔隙度分布结构的体绘制。     

用图象平面分割方法实现非规则数据场体绘制

本文给出了一种对非规则数据场进行体绘制的方法。该方法具有自适应性。文中给出了实现方法及结果。