基于GRACE和InSAR观测揭示天津地下水位变化与地面沉降之间的滞后关系

《Scientific Reports》：Revealing the lagged relationship between groundwater changes and land subsidence in Tianjin based on GRACE and InSAR observations

　　

摘要

天津长期遭受地面沉降的困扰，其主要原因是地下水过度开采，这对城市建设、经济发展以及基础设施安全构成了严重威胁。本研究旨在通过结合GRACE和InSAR技术，探究天津地区地下水储量变化与地面沉降之间的关联。为从宏观层面明确二者关系，研究利用GRACE和GLDAS数据分析了2023年1月至2025年2月期间研究区域的地下水储量变化情况，同时运用PS-InSAR技术获取相应的地面沉降数据。研究还采用了时滞交叉相关分析方法，来量化地下水储量变化与地面沉降时间序列之间的相关性及滞后时间。研究结果表明：（1）大部分地区的地下水储量呈增加趋势（最大年变化率为59.13毫米/年，集中在静海区中东部、西青区中南部、津南区以及滨海新区中部），从中心向北部和南部逐渐减少，滨海新区北部的下降幅度尤为显著，为-9.22毫米/年；严重的地面沉降呈现出“周边聚集”特征，共有4个连续区域、7个沉降漏斗，最大沉降速率为67.62毫米/年（位于滨海新区杨家泊镇附近）；（2）地下水储量变化与地面沉降之间的交叉相关系数在0.257到0.882之间（第一至第四区域的相关系数分别为0.542–0.853、0.431–0.826、0.257–0.882、0.538–0.846），且整体上地面沉降比地下水储量变化滞后41至263天。本研究证实了天津地区地下水储量与地面沉降之间的关联及滞后效应，为地面沉降的防治与预警工作提供了科学依据。