Monitoring Subsidence Characteristics in Southern Tangshan from 2015—2021 Using Multi-temporal Sentinel-1 Data

JIN Yuan; SHI Xuguo; WU Yunlong; GE Daqing; TANG Wei; ZHANG Li; ZHANG Shaocheng; ZHANG Yi

doi:10.13203/j.whugis20250012

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Monitoring Subsidence Characteristics in Southern Tangshan from 2015—2021 Using Multi-temporal Sentinel-1 Data

更新时间：2026-11-05

- Monitoring Subsidence Characteristics in Southern Tangshan from 2015—2021 Using Multi-temporal Sentinel-1 Data
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 8, Pages: 1648-1656(2025)
- 作者机构：
  
  1.安徽省第二测绘院，安徽合肥，230601
  2.中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院，湖北武汉，430074
  3.中国自然资源航空物探遥感中心，北京，100083
  4.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京，100083
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20250012
  CLC： P236
- Received：02 January 2025，
  
  Published：05 August 2025
- 稿件说明：
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金源,史绪国,吴云龙，等.利用多时相Sentinel-1数据监测2015—2021年唐山南部地区沉降特征[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(8):1648-1656.

JIN Yuan,SHI Xuguo,WU Yunlong,et al.Monitoring Subsidence Characteristics in Southern Tangshan from 2015—2021 Using Multi-temporal Sentinel-1 Data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(8):1648-1656.
金源,史绪国,吴云龙，等.利用多时相Sentinel-1数据监测2015—2021年唐山南部地区沉降特征[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(8):1648-1656. DOI：10.13203/j.whugis20250012

JIN Yuan,SHI Xuguo,WU Yunlong,et al.Monitoring Subsidence Characteristics in Southern Tangshan from 2015—2021 Using Multi-temporal Sentinel-1 Data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(8):1648-1656. DOI：10.13203/j.whugis20250012

摘要

华北平原是中国最重要的农业和工业区之一，然而长期的地下水过度开采导致该区域面临严重的地面沉降问题。唐山市作为该地区的典型代表，其南部地区因经济快速发展和人口增长导致地下水过度开采，从而引发了显著的地面沉降现象。为了有效监测地表形变并分析其与地下水波动之间的关系，利用Sentinel-1多时相合成孔径雷达数据，采用小基线集合成孔径雷达干涉测量技术监测地表形变。并结合主成分分析提取时空变形特征，研究了2015—2021年间的唐山市南部地区的时空变形特征。研究结果显示，地面累积沉降量最大达到800 mm，研究区地面沉降与地下水开采呈显著相关性，存在地下水过度开采导致的长期线性形变特征，以及水位周期变化导致的季节性波动特征：春季干旱期因灌溉需求导致地下水抽取量增加，沉降速率加快；夏季降水补给则使沉降速率部分减缓，沉降相对于地下水位滞后15天左右。此外，研究还观测到了由人类活动，如采矿和城市扩展引发的局部沉降现象。该研究对城市地面形变监测和城市发展治理具有重要意义。

Abstract

Objectives

The North China Plain is one of the most important agricultural and industrial areas in China

however

long-term over-exploitation of groundwater has led to serious ground subsidence problems in the region. Tangshan City

as a typical representative of the region

has experienced significant surface subsidence due to over-exploitation of groundwater in the southern part of the city as a result of rapid economic development and population growth. The objective of this paper is to effectively monitor surface deformation and analyze its relationship with groundwater fluctuations.

Methods

Sentinel-1 multi-temporal synthetic aperture radar (SAR) data were utilised for monitoring using the small baseline subset interferometric SAR technique. The main deformation modes of the southern part of Tangshan City between 2015 and 2021 were isolated by principal components analysis (PCA).

Results

Spatial and temporal deformation characteristics of the southern part of Tangshan City were obtained. There are large-scale subsidence signals in coastal areas

mainly distributed in Ninghe-Hangu

Tanghai-Laoting

and Laoting-East

which coincide with the location of deep groundwater funnels. The maximum cumulative ground subsidence reaches 800 mm

PCA shows that there is a significant correlation between ground subsidence and groundwater exploitation in the study area. Overexploitation of groundwater leads to long-term linear deformation characteristics

with the explanatory components of linear deformation and its disturbance accounting for 95.88% and 1.91%

respectively. Periodic changes in water level lead to seasonal fluctuations

with the explanatory component accounting for 0.61%. The seasonal fluctuations are as follows: During the spring drought period

the amount of groundwater extraction increases due to irrigation demand

and the subsidence rate accelerates; The summer precipitation replenishment partially slows down the subsidence rate. And the analysis shows that there is a certain lag response of ground subsidence to groundwater level

with an interval of about 15 days. In addition

the study observed localised subsidence triggered by human activities such as mining and urban expansion.

Conclusions

The study is important for urban ground deformation monitoring and urban development governance.

关键词

Keywords

references

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