基于十年时序InSAR的南京城市滨江软土地基形变机制与基础设施响应研究

本研究针对快速城市化背景下滨江软土地基面临的显著岩土工程挑战，利用改进的多时序InSAR技术，结合275景Sentinel-1 SAR影像，揭示了南京长江沿岸2015–2024年间软土地基形变规律。研究发现江北新区(JBA)累计沉降超600 mm，河西新城(HXT)趋于稳定，证实工程活动（基坑降水和堆载固结）是主因，并通过小波分析揭示了桥梁热胀冷缩效应。该研究为全球三角洲城市软土区可持续发展提供了可操作的监测框架和风险缓释策略。

　　

随着城市化进程的加速，滨江软土地基的开发已成为满足城市空间扩张需求的重要途径。然而，软土因其强度低、压缩性高、渗透性差等不利工程特性，在自然状态下虽能保持稳定，但在外部荷载和工程活动干扰下极易发生沉降，威胁基础设施安全与城市 resilience（韧性）。尤其是在长江三角洲这类经济活跃、人口密集的沿海地区，城市河岸带作为河流生态系统与城市扩张的关键界面，其开发过程中的地面沉降问题尤为突出。以往研究多依赖于传统测量手段，存在空间分辨率不足、监测周期短、未能全面覆盖新兴开发区等局限，缺乏对长时序、大范围软土变形机制的系统分析。因此，开展持续、精准、大范围的软土地基变形监测，深入解析其驱动机制，对城市规划与风险防控具有重要意义。

本研究发表于《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》，利用多时相干涉合成孔径雷达（Multi-Temporal InSAR, MT-InSAR）技术，结合十年来275景Sentinel-1 SAR影像，对南京长江沿岸软土区开展了系统性形变监测与分析。研究采用了改进的MT-InSAR数据处理策略，包括基于相位闭合环检测和SNAPHU重解缠的误差控制方法，结合水准测量验证，达到了6.5 mm/a的监测精度。通过时间序列分析、小波变换（包括连续小波变换CWT、交叉小波变换XWT和小波相干WTC）以及多期光学遥感与实地调查，综合评估了区域沉降时空特征、驱动因素及重大基础设施的响应行为。

主要技术方法包括：利用Sentinel-1 SAR数据构建1358个干涉图，借助StaMPS/MTI框架进行时间序列反演；通过水准测量数据（来自29个测点）验证InSAR结果；结合ERA5温度再分析数据，分析热变形效应；并运用遥感影像与实地勘查辅助解释工程活动与地表形变的关联。

研究结果主要包括以下几个方面：

4.1. 验证InSAR精度

通过将InSAR结果与水准测量数据对比，显示两者相关性达0.80，平均绝对误差和均方根误差分别为5.3 mm/a和6.5 mm/a，表明该方法在软土区形变监测中具有高可靠性和适用性。

4.2. 软土地基变形的空间特征

研究发现，南京滨江软土区整体较为稳定，但江北新区（JBA）沉降显著，中值沉降速率达–12.1 mm/a，十年累积沉降超过600 mm，而河西新城（HXT）多数区域已趋于稳定，中值速率仅为1.7 mm/a。沉降空间分布与城市开发强度高度一致。

4.3. 软土地基变形的时间特征

4.3.1. 北岸JBA区

JBA区的沉降与开发活动阶段密切相关，2019–2020年间因大规模建设出现快速沉降，后期随工程完工沉降速率渐缓。光学影像与实地调查证实，地面裂缝和不均匀沉降与工程加载和基坑降水有关。

4.3.2. 南岸HXT区

HXT作为较早发展的区域，其沉降过程为JBA提供了预测依据。南部高强度开发区在2016–2020年间出现两期快速沉降，累积量超400 mm，2021年后逐渐稳定，表明软土沉降随工程活动的阶段性特征。

4.4. 城市滨江基础设施InSAR变形监测

重点关注大胜关大桥（DS Bridge）与京沪高铁南京长江大桥（HR Bridge）。结果显示，桥墩与引桥段因软土固结存在趋势性沉降，而HR Bridge主钢桁架构件则呈现明显以360天为周期的热胀冷缩变形，小波分析表明该周期变形与温度变化高度相关，且存在约180天的相位滞后。

在讨论部分，研究指出软土沉降主要源于有效应力的变化，具体包括工程降水导致孔隙水压力变化和外部堆载引发固结沉降。江北新区因开发强度大、软土厚度大，沉降尤为显著。对于跨江桥梁，基岩锚固有效抑制了长期沉降，但钢桁架结构因温度变化产生的周期性变形不可忽视。这一发现对桥梁结构健康监测与维护具有重要指导意义。

结论部分强调，本研究发展了一种改进的InSAR处理策略，成功应用于长时序、大范围的软土变形监测，精度可靠；揭示了南京江北新区和河西新城的沉降时空规律与驱动机制；证实人为工程活动是加速沉降的主因；并通过桥梁案例说明InSAR在重大基础设施变形监测中的优势。该研究不仅为南京滨江区域开发与风险防控提供了科学依据，也为全球类似软土区域的可持续城市发展提供了可推广的监测分析框架。随着新一代SAR卫星任务（如NISAR、ALOS-4等）的发展，InSAR技术在软土变形监测与机理研究中的应用前景将更加广阔。