精密测量院在华北平原地下水开采与地面沉降关系研究中取得进展

近日，精密测量院影像大地测量组沈强研究员以河北省衡水市为案例，采用时间序列干涉合成孔径雷达（Time-Series Interferometric Synthetic Aperture Radar ，TS-InSAR）技术，深入解析了地下水过度开采与地面沉降之间的关系，相关研究成果近日发表在《水文学：区域研究》（Journal of Hydrology: Regional Studies）上。

华北平原是中国三大平原之一，是中国人口最多的平原，其经济发展主要依靠地下水支持。地下水超采与地面沉降现象相关联，给生态环境和基础设施带来挑战。针对这一现状，以沉降问题突出的衡水市为典型区域，研究地下水开采与地面沉降的因果关系和时空特征，对可持续水资源管理至关重要。

研究基于 Sentinel-1A SAR卫星数据（图一），采用TS-InSAR技术，获取了衡水市2017—2024年的高精度地表形变信息。通过季节性沉降信号分离、相位滞后校正等关键技术处理，并结合地下水动态监测数据，系统分析了研究区承压含水层地下水位变化和地面沉降之间的联系。

研究区域位置（包含区域地质特征、承压水井数量、Sentinel卫星数据覆盖范围）

研究发现，衡水市的地面沉降表现出两类典型特征（图二）：第一类为沉降速率与地下水位动态变化呈显著同步性，指示其沉降主控因素为承压含水系统的水位下降；第二类则显示出地下水位回升背景下沉降持续发展的异常现象，经分析主要归因于弱透水层因前期水位下降引发的滞后排水效应。研究进一步揭示，衡水市地处黄河冲积平原与冲积扇过渡带的特殊地质环境，沉积物在岩性组成和结构特征上存在显著空间异质性。这种地质背景导致区域含水层系统在储水能力和渗透性能方面表现出强烈的非均质性，从而形成了地面沉降空间分布的不均衡格局。

4个地下水位监测点附近的变形和水头的时间序列

在国家“南水北调”战略持续推进、地下水超采区治理进入攻坚阶段的时期，该研究对衡水市地下水变化监测提供了新见解，可用于约束地下水和沉降模型，为区域地下水管理和地面沉降防控提供重要科学依据。此外，研究还展示了TS-InSAR技术在地下水研究中的强大应用潜力，能以其毫米级的测量精度开展广域形变监测，为地表形变与地下水动态的关联分析提供了高效工具。相关研究方法不仅适用于衡水市，还可为华北其他地区和我国其他超采区的研究提供参考。未来，结合更多监测技术（如GRACE重力卫星数据），有望进一步提升对地下水储量变化的精确评估。

相关成果以“TS-InSAR assessment of groundwater overexploitation-land subsidence linkage: Hengshui case study”为题，发表在《水文学：区域研究》（Journal of Hydrology: Regional Studies）上。精密测量院博士生安岩为论文第一作者，研究员沈强为通讯作者。

该研究得到国家自然科学基金、武汉市自然科学基金和湖北省珞珈实验室开放基金的部分资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214581825003143