诺丁汉大学 图1显示了使用卫星数据测量的地表隆起，该数据已用于计算地下水位的变化
学分:诺丁汉大学 诺丁汉大学开发了一种远程监控工具，帮助当局管理最近废弃煤矿的公共安全和环境问题
该工具使用卫星雷达图像捕捉地面高度变化的毫米级测量值
这种测量可用于监测和预测地下水位以及前矿区地表以下地质条件的变化
该项目有着悠久的煤炭开采历史，曾在英国进行过区域规模的测试，但考虑到全球范围内对煤炭的需求下降，支持更可持续的能源，该项目具有全球性影响
这种方法在诺丁汉煤田实施，该煤田直到2015年才被废弃，当时最后一个深井——索里斯比煤矿——永远关闭了
当深矿井关闭时，先前为确保采矿安全而泵入地表的地下水被允许再次上升，直到在一个称为回弹的过程中恢复到其自然水平
通过以前的矿井巷道的地下水反弹需要仔细监测；它通常含有污染物，会污染水道和饮用水供应；导致局部洪水泛滥；如果上升过快，恢复开采沉陷、土地隆起和重新激活地质断层
这些问题可能会导致昂贵且危险的问题，需要在土地重新利用之前解决
因此，煤炭管理局需要关于其管理的大型矿山系统的回弹率的详细信息，以便准确知道在哪里放松或增加抽水来控制地下水位
因此，测量矿井水反弹的速度和位置对于有效管理原煤田的环境和安全风险至关重要，但很难实现
地下水可以通过邻近煤矿内部和之间的洞穴向意想不到的方向流动，并在被认为没有风险的地区向地表排放
过去，预测矿井水流向严重依赖于矿井规划；有时超过一个世纪的不准确或不完整的文件；和钻孔数据
每口井的成本约为20，000至350，000英镑，钻井费用昂贵，而且通常稀疏地分布在广阔的煤田中，留下了测量缺口
最近，通过将干涉合成孔径雷达应用于从雷达卫星获取的图像，对隆起、下沉和其他地质运动进行了监测
然而，这种干涉测量技术在历史上只适用于城市地区(相对于农村地区)，在那里，雷达可以捕捉地面上的稳定物体，如建筑物或铁轨，定期反射回卫星
这项研究使用了一种先进的干涉合成孔径雷达技术，称为间歇小基线子集(ISBAS)，由诺丁汉大学及其子公司Terra Motion有限公司开发
干涉合成孔径雷达使用每隔几天或几周拍摄的同一位置的卫星图像堆，这使得随着时间的推移甚至可以捕捉到最轻微的地形变化
独特的是，ISBAS InSAR可以计算城市和农村地形的土地变形测量值
这在测绘通常位于农村地区的前矿区时是有益的
例如，在诺丁汉煤田，土地覆盖主要是农村地区，其中近80%由农业用地、牧场和半自然区域组成
图2显示了诺丁汉煤田模拟的地下水变化和预测的地下水上升到达地表的时间
学分:诺丁汉大学 这样的测量密度意味着研究领先
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学生大卫·吉(David Gee)可以开发一种低成本、简单的方法来模拟地面运动变化引起的地下水反弹
这项研究发现了地面运动测量和矿井水位上升之间的明确联系
地面沉降或隆起通常是地下水变化的结果，地层的作用有点像海绵，充满液体时膨胀，排出时收缩
由于干涉合成孔径雷达数据几乎完全覆盖了空间，他可以填补钻孔之间的测量空白，绘制整个煤田的矿井水位变化图
该模型同时考虑了地质和地下水深度，以确定真实的回弹率，并帮助确定哪里可能出现与回弹相关的问题
这项研究的题目是“利用DInSAR模拟最近废弃煤田的地下水反弹”，发表在《环境遥感》杂志上
大卫·吉在诺丁汉大学地理空间研究所工作，他说:“英国有几个煤田目前正在经历矿井水反弹，那里的地表隆起是用干涉合成孔径雷达测量的
在诺丁汉煤田，模型测量的变形与干涉合成孔径雷达测量的变形之间的定量比较证实了隆起是由矿井水的回收引起的
" 首先，根据监测钻孔测量的地下水位变化，生成一个正演模型来估计地表隆起
大卫在环境卫星和哨兵-1号雷达数据上使用ISBAS InSAR对模型进行了校准和验证
然后，他对干涉合成孔径雷达测量结果进行反演，以提供地下水位变化的估计
随后，反演的速率被用于估计地下水反弹所需的时间，并确定煤田中最有可能出现地表排放的区域
“合成孔径雷达测量与建模相结合，可有助于描述前采矿点的水文地质过程
这项技术有可能对最近关闭的煤田的逐步废弃战略做出重大贡献，”大卫说
合成孔径雷达的发现为地下水变化提供了补充数据来源，增加了钻孔测量
这意味着监测可以远程进行，因此对国家机构来说，如环境署(负责管理洪水、污染和污染土地等危害)和煤炭管理局(负责管理地下煤矿遗留的公共安全和沉降问题)来说，劳动强度较小
该模型已经指出，煤田的某些部分并不像先前预测的那样运行，这可能会影响现有的补救计划
大卫解释道，“例如，北诺丁汉煤田的最深处并没有像预期的那样出现反弹，这表明这里的采矿计划可能并不完全准确
干涉合成孔径雷达和模型证实了这种稳定性——未来对这一地区的监测将有助于确定反弹是否或何时最终发生
“该项目的下一步是将我们的结果整合到环境署和煤炭管理局开发的现有筛选工具中，以帮助地方规划当局、开发商和顾问设计煤田地区的可持续排水系统
大卫补充说:“在国家干涉合成孔径雷达地图的帮助下，在区域范围内产生的初步结果有可能被推广到英国的所有煤田。”
英国地质调查局的高级遥感地质学家卢克·巴特森说:“干涉合成孔径雷达数据提供了一个极好的机会来揭示地面是如何运动的，但是我们需要像大卫那样的研究来了解这些地面运动的相关内容和它们的意义
大卫的研究不仅提供了这种理解，而且还提供了一种工具，可以将干涉合成孔径雷达地面运动转换为矿井水位信息，用于做出明智的决策
" 医生
泰拉运动有限公司的首席技术官安德鲁·索特解释道:“像这样的研究向我们展示了，作为一个小型商业公司，投资与大学合作的价值
我们现在有了一个显著的、经过验证的结果，这个结果基于我们的ISBAS InSAR方法，并得到了一系列重要利益相关方的明确支持
这将使我们能够在迄今为止被标记为较传统的干涉合成孔径雷达技术难以实现的大量关键应用领域进一步打入市场，特别是那些与更温和的植被区地下流体提取和注入相关的市场
"
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