CN113175949A - 一种结合地表形变和水位信息反演释水系数方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结合地表形变和水位信息反演释水系数方法和系统，所述方法包括：步骤1：获取地表形变数据和地下水位数据；步骤2：根据地表形变数据和地下水位数据判断形变类型；步骤3：确定地表形变、地下水位和释水系数的关系；步骤4：对地表形变数据进行处理，得到弹性形变信号和非弹性形变信号；对地下水位数据进行处理，得到作用于弹性形变的地下水位结果和作用于非弹性形变的地下水位结果；根据步骤3的关系反演含水层系统骨架释水系数。通过本申请，能够利用独立主成分分析获得形变信号中的各源信号成分；利用变预固结水头分解地下水位对形变影响的弹性和非弹性成分，在考虑了物理机制的同时无需收集研究目标时间段以外的水位数据。

Description

一种结合地表形变和水位信息反演释水系数方法和系统
本发明涉及地下水资源评价领域，具体为一种通过结合地下水开采引起的地表形变和水位数据反演承压含水层系统弹性与非弹性骨架释水系数方法。
背景技术
承压含水层系统骨架释水系数是进行地下水流模拟、地下水资源评价、保护与管理过程中的重要参数之一，用于科学评价含水层系统地下水储水能力。通过结合地表形变和水位信息反演承压含水层系统骨架释水系数的方法通常是利用信号分解将形变和水位信息分解为趋势项和季节性波动项。其中，趋势项代表形变和水位的非弹性部分，季节性波动项则为形变和水位的弹性部分。此外，在水位信息分解过程中，采用预固结水头或者线性拟合方法进行水位分解。在预固结水头法中，低于预固结水头的地下水位变化造成非弹性形变，高于预固结水头的地下水位变化造成弹性形变。
对于地下水抽取造成水位下降的含水层系统，弹性形变可能并非完全是季节性的。比如地下水开采的过程不完全是季节性的，但同样也会产生弹性形变。此外，利用信号分解方法分解水位信息时，通常认为水位趋势项是影响地表形变的非弹性部分，然而只有当水位低于预固结水头，含水层系统才发生非弹性形变；随着地下水位不断降低，预固结水头也会随之不断下降，因此预固结水头应为一个变量，而非定值。在使用线性拟合分解水位的方法中，完全是一种数学拟合的方法，没有物理依据。
承压含水层系统骨架释水系数是进行地下水流模拟、地下水资源评价、保护与管理过程中的重要参数之一，建立一种考虑物理机制反演含水层系统骨架释水系数方法，将提高反演结果的准确性，有助于地下水资源的科学评价。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种结合地表形变和水位信息反演承压含水层系统弹性与非弹性骨架释水系数的方法和系统，至少部分解决现有技术中存在的问题，对科学评价含水层系统地下水储水能力有重要意义。
本申请提供一种结合地表形变和水位信息反演释水系数方法，其特征在于：步骤1：获取地表形变数据和地下水位数据；步骤2：根据所述地表形变数据和所述地下水位数据构建应力-应变曲线，判断形变类型；步骤3：确定所述地表形变、地下水位和释水系数的关系，得到含水层系统骨架释水系数计算公式；步骤4：对所述地表形变数据进行处理，得到弹性形变结果和非弹性形变结果；对所述地下水位数据进行处理，得到作用于弹性形变的地下水位结果和作用于非弹性形变的地下水位结果；根据所述步骤3的关系反演含水层系统骨架释水系数。
进一步地，所述步骤1具体包括：步骤1.1：获取地表形变数据，具体包括：收集分层标监测的地表形变数据，得到不同观测层位地表形变信息，或者采用PS-InSAR技术处理时间序列SAR遥感影像，得到区域地表形变信息，所述地表形变信息包括PS点位处的形变速率和累积形变量；步骤1.2：获取地下水位数据，具体包括：如果地表形变数据为分层标监测的地表形变数据，地下水位为相对应层位监测数据；或者如果地表形变数据为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变数据，地下水位为PS点位处相应时段承压含水层系统监测数据。
进一步地，所述步骤2具体包括：如果地表形变和水位数据分别为分层标和对应观测层位水位数据，直接将地表形变数据为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线，判断形变类型；或者如果地表形变和水位数据分别为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变信息和区内相对应时段承压含水层系统监测数据，采用GIS缓冲区功能获取地下水位数据周边一定距离缓冲区范围内PS点累积形变量均值，将获取的时间序列PS点累积形变量均值为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线，判断形变类型。所述形变类型包括弹性、塑性或弹塑性；所述步骤2进一步包括：判断所述形变类型是否是弹塑性，是则进行步骤3，否则不做处理。
进一步地，步骤3具体包括：
基于太沙基有效应力原理及释水率和释水系数的定义，并对承压含水层系统内的弹性与非弹性形变和水位进行区分，承压含水层系统中弹性与非弹性骨架释水系数的计算公式如下：
Figure BDA0003034595560000021
Figure BDA0003034595560000031
Figure BDA0003034595560000032
Figure BDA0003034595560000033
其中，Sk为含水层系统骨架释水系数，Ske为弹性骨架释水系数，Skv为非弹性骨架释水系数，Hpc为预固结水头，H为当前水头，Ssk为含水层系统骨架释水率，b0为压缩层的初始厚度，Δb为含水层系统压缩量，Δh为水头变化，Δbe为含水层系统的弹性形变，Δhe为保持在预固结水位以上的水位变化，Sske为弹性释水率，b0e为含水层系统厚度，Δbv为含水层系统的非弹性形变，Δhv为预固结水位以下的水位变化，Sskv为非弹性释水率，bQv，为弱透水层总厚度。
进一步地，所述步骤4具体包括：所述对地表形变数据进行处理具体为：利用中心化原理将地表形变数据变为零均值变量；采用主成分分析PCA进行数据降维，去除地表形变数据中的冗余信息，保留主要信息；采用独立成分分析ICA将保留的主要地表形变信息分解为多个信号，将与水位波动相符的波动信号和长期下降趋势信号分别作为弹性和非弹性形变部分；所述对地下水位数据进行处理，具体为：以研究目标时段内第一次波谷的水位作为预固结水头，随着地下水位的波动性下降，当出现比最低水位更低的水位时，将此值作为新的预固结水头，以此方法不断更新预固结水头，得到作用于弹性形变的地下水位结果和作用于非弹性形变的地下水位结果；所述确定含水层系统骨架释水系数(Sk)，具体为：将弹性形变与作用于弹性形变水位结合反演含水层系统弹性骨架释水系数(Ske)；将非弹性形变与作用于非弹性形变水位结合反演含水层系统非弹性骨架释水系数(Skv)。
本申请还提供一种结合地表形变和水位信息反演释水系数系统，其特征在于，所述系统包括：获取模块，用于获取地表形变数据和地下水位数据；判断模块，和所述获取模块连接，用于根据所述地表形变数据和所述地下水位数据构建应力-应变曲线，判断形变类型；确定模块，和所属判断模块连接，用于确定所述地表形变、地下水位和释水系数的关系，得到含水层系统骨架释水系数计算公式；计算模块，和所述确定模块连接，用于对所述地表形变数据进行处理，得到弹性形变结果和非弹性形变结果；对所述地下水位数据进行处理，得到作用于弹性形变的地下水位结果和作用于非弹性形变的地下水位结果；根据所述确定模块的关系反演含水层系统骨架释水系数。
进一步地，获取模块具体包括：地表形变数据获取子模块，用于获取地表形变数据，具体包括：收集分层标监测的地表形变数据，得到不同观测层位地表形变信息，或者采用PS-InSAR技术处理时间序列SAR遥感影像，得到区域地表形变信息，所述地表形变信息包括PS点位处的形变速率和累积形变量；地下水位数据获取子模块，用于获取地下水位数据，具体包括：如果地表形变数据为分层标监测的地表形变数据，地下水位为相对应层位监测数据；或者如果地表形变数据为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变数据，地下水位为PS点位处相应时段承压含水层系统监测数据。
进一步地，所述判断模块具体包括：如果地表形变和水位数据分别为分层标和对应观测层位水位数据，直接将地表形变数据为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线，判断形变类型；或者如果地表形变和水位数据分别为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变信息和区内相对应时段承压含水层系统监测数据，采用GIS缓冲区功能获取地下水位数据周边一定距离缓冲区范围内PS点累积形变量均值，将获取的时间序列PS点累积形变量均值为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线，判断形变类型。所述形变类型包括弹性、塑性或弹塑性；所述判断模块进一步包括：判断所述形变类型是否是弹塑性，是则将数据传输至所述确定模块进行后续处理，否则不做处理。
进一步地，所述确定模块具体包括：基于太沙基有效应力原理及释水率和释水系数的定义，并对承压含水层系统内的弹性与非弹性形变和水位进行区分，推导得出承压含水层系统中弹性与非弹性骨架释水系数的计算公式，具体公式如下：
Figure BDA0003034595560000041
Figure BDA0003034595560000042
Figure BDA0003034595560000051
Figure BDA0003034595560000052
其中，Sk为含水层系统骨架释水系数，Ske为弹性骨架释水系数，Skv为非弹性骨架释水系数，Hpc为预固结水头，H为当前水头，Ssk为含水层系统骨架释水率，b0为压缩层的初始厚度，Δb为含水层系统压缩量，Δh为水头变化，Δbe为含水层系统的弹性形变，Δhe为保持在预固结水位以上的水位变化，Sske为弹性释水率，b0e为含水层系统厚度，Δbv为含水层系统的非弹性形变，Δhv为预固结水位以下的水位变化，Sskv为非弹性释水率，bQv为弱透水层总厚度。
进一步地，所述计算模块具体包括：地表形变数据信号分解子模块，用于对地表形变数据进行处理；具体为：利用中心化原理将地表形变数据变为零均值变量；采用主成分分析PCA进行数据降维，去除地表形变数据中的冗余信息，保留主要信息；采用独立成分分析ICA将保留的主要地表形变信息分解为多个信号，将与水位波动相符的波动信号和长期下降趋势信号分别作为弹性和非弹性形变部分；地下水位数据信号分解子模块，用于对地下水位数据进行处理；具体为：以研究目标时段内第一次水位波谷的水位作为预固结水头，随着地下水位的波动性下降，当出现比第一次波谷水位更低的水位时，将此值作为新的预固结水头，以此方法不断更新预固结水头，得到作用于弹性形变地下水位结果和作用于非弹性形变地下水位结果；
含水层系统骨架释水系数确定子模块，用于确定含水层系统骨架释水系数(Sk)；具体为：将弹性形变与作用于弹性形变水位结合反演含水层系统弹性骨架释水系数(Ske)；将非弹性形变与作用于非弹性形变水位结合反演含水层系统非弹性骨架释水系数(Skv)。
在实际应用中，弹性和非弹性骨架释水系数可为地面沉降数值模型中的输入参数提供参考，减少依靠经验值和人工试错等方法带来的误差，可以更准确的进行地面沉降的模拟；该参数也可以反演该时段地下水储量变化信息，如永久损失地下水储量及含水层系统储水能力永久损失百分比，这对科学评价含水层系统地下水储水能力有重要意义。
承压含水层系统骨架释水系数是进行地下水流模拟、地下水资源评价、保护与管理过程中的重要参数之一，建立一种考虑物理机制反演含水层系统骨架释水系数方法，将提高反演结果的准确性，有助于地下水资源的科学评价。通过本申请，能够获得形变数据中的各源信号成分，形变分解结果代表不同、独立的物理过程，无需假设季节性波动项为形变的弹性部分。并且能够考虑预固结水头会随着地下水位降低而不断下降这一物理过程，从而分解地下水位信号，无需收集研究目标时间段以外的水位数据，较好分离地下水位对形变影响的弹性和非弹性成分。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明的系统示意图。
图2是本发明的承压含水层系统骨架释水系数反演框架图。
图3是本发明的承压含水层系统骨架释水系数反演流程图。
图4是本发明采用的独立成分分析方法信号分解基本原理图。
图5是本发明提出的变预固结水头水位分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
本发明的系统框图如图1所示，所述系统包括：获取模块，用于获取地表形变数据和地下水位数据；判断模块，用于根据所述地表形变数据和所述地下水位数据构建应力-应变曲线，判断形变类型；确定模块，用于确定所述地表形变、地下水位和释水系数的关系，得到含水层系统骨架释水系数计算公式；计算模块，用于对所述地表形变数据进行处理，得到弹性形变结果和非弹性形变结果；对所述地下水位数据进行处理，得到作用于弹性形变的地下水位结果和作用于非弹性形变的地下水位结果；根据所述确定模块的关系反演含水层系统骨架释水系数。
本发明的承压含水层系统骨架释水系数反演系统如图2所示，包含数据获取模块、条件判断模块、公式推导模块、参数计算模块。其中：
数据获取模块，是收集基于分层标监测的地表形变数据，以及采用PS-InSAR(Permanent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar，永久散射体合成孔径雷达干涉测量)技术处理时序SAR(合成孔径雷达)遥感影像获取地表形变信息，并收集对应的地下水位监测数据。
条件判断模块，是采用应力-应变曲线判断土体形变类型。利用获取的地表形变信息与相同位置处的地下水位数据构建应力-应变曲线。对于采用PS-InSAR技术得到的地表形变信息则采用GIS缓冲区功能获取地下水位长期观测井周边一定距离缓冲区范围内PS(永久散射体)点累积形变量均值，通过获取的时间序列PS点累积形变量均值与相应时段地下水位数据构建应力-应变曲线。利用应力-应变曲线判断土体形变类型，仅将土体形变表现为弹塑性特征的形变数据(混合信号)进行信号分解，对于单一的弹性和塑性特征的形变数据不进行信号分解。
公式推导模块，基于太沙基有效应力原理及释水率和释水系数的定义，并对承压含水层系统内的弹性与非弹性形变和水位进行区分，推导得出承压含水层系统中弹性与非弹性骨架释水系数的计算公式。。
参数计算模块，包括地表形变数据信号分解、地下水位数据信号分解和分解信号结合三个部分。
步骤1：将符合条件判断的地表形变数据作为输入变量，利用中心化原理，将地表形变数据变为零均值变量。
步骤2：采用主成分分析PCA进行数据降维，去除地表形变数据中的冗余信息，保留主要信息。
步骤3：采用独立成分分析ICA方法将保留的主要地表形变信息分解为多个信号，将与水位波动相符的波动信号和长期下降趋势信号分别作为弹性和非弹性形变部分。
步骤4：采用变预固结水头水位分解方法，以研究目标时段内第一次水位波谷作为预固结水头，随着地下水位的波动性下降，当出现比第一次波谷水位更低的水位时，将此值作为新的预固结水头，以此方法不断更新预固结水头，将相应地下水位数据分解为作用于弹性形变的水位结果和作用于非弹性形变的水位结果。
步骤5：依据参数计算中的含水层系统弹性与非弹性骨架释水系数计算公式，分别结合分解的形变和水位数据中弹性和非弹性成分，实现承压含水层系统骨架释水系数反演。
图3为承压含水位系统骨架释水系数反演流程图。承压含水层系统骨架释水系数是进行地下水流模拟、地下水资源评价、保护与管理过程中的重要参数之一，建立一种考虑物理机制反演含水层系统骨架释水系数方法，将提高反演结果的准确性，有助于地下水资源的科学评价。本发明融合RS、GIS、信号分解方法，反演流程包括数据处理和参数反演两个部分。收集基于分层标监测的地表形变数据，或基于时间序列SAR遥感影像，采用PS-InSAR技术获取可更新的时间序列地表形变信息，收集与地表形变信息相对应的地下水位数据；采用应力-应变分析方法判断土体形变类型，仅将土体形变表现为弹塑性特征的形变数据(混合信号)进行信号分解，单一的弹性和塑性特征的地表形变数据不进行信号分解，实现数据处理。以太沙基有效应力原理以及释水率和释水系数的定义为基础，并对承压含水层系统内的弹性与非弹性形变和水位进行区分，推导得出承压含水层系统中弹性与非弹性参数的计算公式；采用独立成分分析方法ICA将地表形变数据分解为弹性和非弹性形变部分，采用变预固结水头水位分解方法，将相应地下水位数据分解为作用于弹性形变水位部分和作用于非弹性形变水位部分，根据推导得出的弹性与非弹性释水系数公式，完成参数反演部分。反演流程具体如下：
第一部分，数据处理。包括地表形变和地下水水位监测数据获取和应力-应变曲线分析。
(1)地表形变数据获取：地表形变数据获取包括两种方式，第一种为收集分层标监测的地表形变数据，得到不同观测层位地表形变信息；第二种为采用PS-InSAR技术处理时间序列SAR遥感影像，得到区域地表形变信息，包括PS点位处的形变速率和累积形变量。
(2)地下水位获取：如果地表形变信息为分层标监测的地表形变数据，地下水位为相对应层位监测数据；如果地表形变信息为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变信息，地下水位为PS点位处相应时段承压含水层系统监测数据。
(3)应力-应变曲线分析：如果地表形变和水位数据分别为分层标和对应观测层位水位数据，直接将地表形变数据为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线；如果地表形变和水位数据分别为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变信息和区内相对应时段承压含水层系统监测数据，采用GIS缓冲区功能获取地下水位数据周边一定距离缓冲区范围内PS点累积形变量均值，将获取的时间序列PS点累积形变量均值为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线；通过判断应力-应变曲线，判断土体形变类型(弹性、塑性或弹塑性)。
第二部分，参数反演。包括公式推导和参数计算。
(1)公式推导：基于太沙基有效应力原理及释水率和释水系数的定义，并对承压含水层系统内的弹性与非弹性形变和水位进行区分，推导得出承压含水层系统中弹性与非弹性骨架释水系数的计算公式。其中，含水层系统弹性骨架释水系数为弹性形变与作用于弹性形变的地下水位数据比值(公式3)；含水层系统非弹性骨架释水系数为非弹性形变与作用于非弹性形变的地下水位数据比值(公式4)。具体公式如下：
Figure BDA0003034595560000091
Figure BDA0003034595560000092
Figure BDA0003034595560000093
Figure BDA0003034595560000101
其中，Sk为含水层系统骨架释水系数，Ske为弹性骨架释水系数，Skv为非弹性骨架释水系数，Hpc为预固结水头，H为当前水头，Ssk为含水层系统骨架释水率，b0为压缩层的初始厚度，Δb为含水层系统压缩量，Δh为水头变化，Δbe为含水层系统的弹性形变，Δhe为保持在预固结水位以上的水位变化，Sske为弹性释水率，b0e为含水层系统厚度，Δbv为含水层系统的非弹性形变，Δhv为预固结水位以下的水位变化，Sskv为非弹性释水率，bQv为弱透水层总厚度。
(2)参数计算。分为地表形变数据信号分解、地下水位数据信号分解和分解信号结合三个部分。
①地表形变数据信号分解：利用中心化原理将地表形变数据变为零均值变量；采用主成分分析PCA进行数据降维，去除地表形变数据中的冗余信息，保留主要信息；采用独立成分分析ICA将保留的主要地表形变信息分解为多个信号，将与水位波动相符的波动信号和长期下降趋势信号分别作为弹性和非弹性形变部分。独立成分分析方法信号分解基本原理如图4所示。
②地下水位数据信号分解：以研究目标时段内第一次水位波谷的水位作为预固结水头，随着地下水位的波动性下降，当出现比第一次波谷水位更低的水位时，将此值作为新的预固结水头，以此方法不断更新预固结水头，得到作用于弹性形变地下水位结果和作用于非弹性形变地下水位结果。变预固结水头水位分解的示意图如图5所示。
③分解信号结合：将弹性形变与作用于弹性形变水位结合反演含水层系统弹性骨架释水系数(Ske)；将非弹性形变与作用于非弹性形变水位结合反演含水层系统非弹性骨架释水系数(Skv)。
在应用上，获取弹性和非弹性骨架释水系数后，这些参数可为地面沉降数值模型中的输入参数提供一个参考值，减少依靠经验值和人工试错等方法带来的误差，可以更准确的进行地面沉降的模拟；该参数也可以反演该时段地下水储量变化信息，如永久损失地下水储量及含水层系统储水能力永久损失百分比，这对科学评价含水层系统地下水储水能力有重要意义。
本发明具有以下优点：(1)能够获得形变数据中的各源数据成分，形变分解结果代表不同、独立的物理过程，无需假设季节性波动项为形变的弹性部分。(2)能够考虑预固结水头会随着地下水位降低而不断下降这一物理过程，从而分解地下水位信号，且无需收集研究目标时间段以外的水位数据，较好分离地下水位对形变影响的弹性和非弹性成分。
本实施例仅是对本发明方法作举例说明。并非用以限定本发明的实质技术内容范围。
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种结合地表形变和水位信息反演释水系数方法，其特征在于：
步骤1：获取地表形变数据和地下水位数据；
步骤2：根据所述地表形变数据和所述地下水位数据构建应力-应变曲线，判断形变类型；
步骤3：确定所述地表形变、地下水位和释水系数的关系，得到含水层系统骨架释水系数计算公式；
步骤4：对所述地表形变数据进行处理，得到弹性形变信号和非弹性形变信号；对所述地下水位数据进行处理，得到作用于弹性形变的地下水位结果和作用于非弹性形变的地下水位结果；根据所述步骤3的关系反演含水层系统骨架释水系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
步骤1.1：获取地表形变数据，具体包括：收集分层标监测的地表形变数据，得到不同观测层位地表形变信息；
或者采用PS-InSAR技术处理时间序列SAR遥感影像，得到区域地表形变信息，所述地表形变信息包括PS点位处的形变速率和累积形变量；
步骤1.2：获取地下水位数据，具体包括：如果地表形变数据为分层标监测的地表形变数据，地下水位为对应层位监测数据；
或者如果地表形变数据为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变数据，地下水位为PS点位处相应时段承压含水层系统监测数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
如果地表形变和水位数据分别为分层标和对应观测层位水位数据，直接将地表形变数据为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线，判断形变类型；
或者如果地表形变和水位数据分别为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变信息和区内相对应时段承压含水层系统监测数据，采用GIS缓冲区功能获取地下水位数据周边一定距离缓冲区范围内PS点累积形变量均值，将获取的时间序列PS点累积形变量均值为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线，判断形变类型。所述形变类型包括弹性、塑性或弹塑性；
所述步骤2进一步包括：判断所述形变类型是否是弹塑性，是则进行步骤3，否则不做处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3具体包括：
基于太沙基有效应力原理及释水率和释水系数的定义，并对承压含水层系统内的弹性与非弹性形变和水位进行区分，承压含水层系统中弹性与非弹性骨架释水系数的计算公式如下：
Figure FDA0003034595550000021
Figure FDA0003034595550000022
Figure FDA0003034595550000023
Figure FDA0003034595550000024
其中，Sk为含水层系统骨架释水系数，Ske为弹性骨架释水系数，Skv为非弹性骨架释水系数，Hpc为预固结水头，H为当前水头，Ssk为含水层系统骨架释水率，b0为压缩层的初始厚度，Δb为含水层系统压缩量，Δh为水头变化，Δbe为含水层系统的弹性形变，Δhe为保持在预固结水位以上的水位变化，Sske为弹性释水率，b0e为含水层系统厚度，Δbv为含水层系统的非弹性形变，Δhv为预固结水位以下的水位变化，Sskv为非弹性释水率，b0v为弱透水层总厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4具体包括：
所述对地表形变数据进行处理，具体包括：利用中心化原理将地表形变数据变为零均值变量；采用主成分分析PCA进行数据降维，去除地表形变数据中的冗余信息，保留主要信息；采用独立成分分析ICA将保留的主要地表形变信息分解为多个信号，将与水位波动相符的波动信号和长期下降趋势信号分别作为弹性和非弹性形变部分；
所述对地下水位数据进行处理，具体包括：以研究目标时段内第一次波谷的水位作为预固结水头，随着地下水位的波动性下降，当出现比最低水位更低的水位时，将此值作为新的预固结水头，以此方法不断更新预固结水头，得到作用于弹性形变的地下水位结果和作用于非弹性形变的地下水位结果；
所述确定含水层系统骨架释水系数(Sk)，具体包括：将弹性形变与作用于弹性形变水位结合反演含水层系统弹性骨架释水系数(Ske)；将非弹性形变与作用于非弹性形变水位结合反演含水层系统非弹性骨架释水系数(Skv)。
6.一种结合地表形变和水位信息反演释水系数的系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于获取地表形变数据和对应的地下水位数据；
判断模块，和所述获取模块连接，用于根据所述地表形变数据和所述地下水位数据构建应力-应变曲线，判断形变类型；
确定模块，和所述判断模块连接，用于确定所述地表形变、地下水位和释水系数的关系，得到含水层系统骨架释水系数计算公式；
计算模块，和所述确定模块连接，用于对所述地表形变数据进行处理，得到弹性形变结果和非弹性形变结果；对所述地下水位数据进行处理，得到作用于弹性形变的地下水位结果和作用于非弹性形变的地下水位结果；根据所述确定模块的关系反演含水层系统骨架释水系数。
7.根据权利要求6所述的系统，所述获取模块具体包括：
地表形变数据获取子模块，用于获取地表形变数据，具体包括：收集分层标监测的地表形变数据，得到不同观测层位地表形变信息，
或者采用PS-InSAR技术处理时间序列SAR遥感影像，得到区域地表形变信息，所述地表形变信息包括PS点位处的形变速率和累积形变量；
地下水位数据获取子模块，用于获取地下水位数据，具体包括：如果地表形变数据为分层标监测的地表形变数据，地下水位为相对应层位监测数据；
或者如果地表形变数据为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变数据，地下水位为PS点位处相应时段承压含水层系统监测数据。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述判断模块具体包括：
如果地表形变和水位数据分别为分层标和对应观测层位水位数据，直接将地表形变数据为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线，判断形变类型；
或者如果地表形变和水位数据分别为采用PS-InSAR技术获取的区域地表形变信息和PS点位处相对应时段承压含水层系统监测数据，采用GIS缓冲区功能获取地下水位数据周边一定距离缓冲区范围内PS点累积形变量均值，将获取的时间序列PS点累积形变量均值为横坐标，地下水位数据为纵坐标，构建应力-应变曲线，判断形变类型。所述形变类型包括弹性、塑性或弹塑性；
所述判断模块进一步包括：判断所述形变类型是否是弹塑性，是则将数据传输至所述确定模块进行后续处理，否则不做处理。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述确定模块具体包括：
基于太沙基有效应力原理及释水率和释水系数的定义，并对承压含水层系统内的弹性与非弹性形变和水位进行区分，推导得出承压含水层系统中弹性与非弹性骨架释水系数的计算公式，具体公式如下：
Figure FDA0003034595550000041
Figure FDA0003034595550000042
Figure FDA0003034595550000043
Figure FDA0003034595550000044
其中，Sk为含水层系统骨架释水系数，Ske为弹性骨架释水系数，Skv为非弹性骨架释水系数，Hpc为预固结水头，H为当前水头，Ssk为含水层系统骨架释水率，b0为压缩层的初始厚度，Δb为含水层系统压缩量，Δh为水头变化，Δbe为含水层系统的弹性形变，Δhe为保持在预固结水位以上的水位变化，Sske为弹性释水率，b0e为含水层系统厚度，Δbv为含水层系统的非弹性形变，Δhv为预固结水位以下的水位变化，Sskv为非弹性释水率，b0v为弱透水层总厚度。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述计算模块具体包括：
地表形变数据信号分解子模块，用于对地表形变数据进行处理；
具体为：利用中心化原理将地表形变数据变为零均值变量；采用主成分分析PCA进行数据降维，去除地表形变数据中的冗余信息，保留主要信息；采用独立成分分析ICA将保留的主要地表形变信息分解为多个信号，将与水位波动相符的波动信号和长期下降趋势信号分别作为弹性和非弹性形变部分；
地下水位数据信号分解子模块，用于对地下水位数据进行处理；具体为：以研究目标时段内第一次水位波谷的水位作为预固结水头，随着地下水位的波动性下降，当出现比第一次波谷水位更低的水位时，将此值作为新的预固结水头，以此方法不断更新预固结水头，得到作用于弹性形变地下水位结果和作用于非弹性形变地下水位结果；
含水层系统骨架释水系数确定子模块，用于确定含水层系统骨架释水系数(Sk)；具体为：将弹性形变与作用于弹性形变水位结合反演含水层系统弹性骨架释水系数(Ske)；将非弹性形变与作用于非弹性形变水位结合反演含水层系统非弹性骨架释水系数(Skv)。
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