从「缓变灾害」到「全球性挑战」：三道待解难题
地面沉降是在自然因素与人类工程活动叠加影响下，地下松散岩层固结压缩、导致区域地面高程降低的缓变性地质灾害。目前全球已有 200 多个国家和地区发生地面沉降；2021 年联合国教科文组织地面沉降工作组在《科学》撰文指出，到 2040 年地面沉降可能影响全球 19% 的人口、总计 16 亿。在我国，随着地下水调控政策实施、南水北调工程通水及极端天气事件频发等新水情背景，多地出现地面沉降-回弹共生、地裂缝活化等复杂演化现象，对特大城市安全与基础设施韧性构成严峻挑战。
多重因素耦合致灾机理尚未厘清
自然因素（地质构造运动、土体自重固结）与人为因素（地下水过量开采、大面积建筑荷载、地下空间开发）共同驱动，二元驱动下的沉降机制日趋复杂。在南水进京、全球极端天气频发等新水情下，归因研究需由单一因素识别拓展到多源监测数据融合、耦合模型构建与多要素权重解析，单一监测手段与分析方法已难以满足归因识别需求。
沉降预测模型适配性不足
传统经验公式与数值模拟在参数获取、过程刻画和不确定性估计方面存在局限：确定性模型依赖详尽地质与水文地质参数，先验知识难以获取、数据密度低；随机统计模型难以反映地下水系统的动力学机制，面对非线性高维数据无法有效捕捉复杂关联；机器学习虽擅长非线性映射，却因缺乏物理链条约束而在机制突变或样本稀疏情景下泛化性能骤降。
风险评估标准尚不统一
现有评价多以静态分析为主，对地裂缝发育、地下水漏斗扩张、城市内涝、海岸带侵蚀等链生灾害的关联性考量不足；二元水循环耦合下地下水流场与沉降过程的动态耦合机制复杂，临界阈值识别缺乏适配方案；针对重大线性工程全生命周期的动态风险预警模型与精准调控机制尚未健全，难以满足差异化区域的防控需求。
观测—机理—融合—耦合四阶段
1985—2025 年学术期刊论文
1985—2025 年学术期刊论文
总计 16 亿
文献计量与知识图谱：四步分析链路
现有综述多局限于定性梳理，聚焦单一方向或局部案例，缺少对中英文海量文献的长时序量化分析。本文以 1985—2025 年 WoS 英文数据库与 CNKI 中文数据库文献为基础，采用文献计量学方法与 CiteSpace 6.4，通过「检索获取—人工核验—可视化解析—核心领域提炼」四步链路，对区域地面沉降研究的主题分布、热点聚类及前沿突现词开展系统分析。
中英文双库主题检索与数据获取
遵循研究主题精确匹配、专业术语体系全面覆盖、检索范围充分完备、布尔逻辑严谨构建的检索式构建原则。CNKI 以主题字段为检索项，检索式为「地面沉降 OR 地面塌陷 OR 地裂缝 OR 沉降监测 OR 沉降预测」；WoS 核心合集以主题字段（TS）为检索项，检索式为 TS=(land subsidence OR ground subsidence OR surface subsidence OR ground settlement OR land collapse OR surface deformation)。
时间限定与人工核验筛选
检索时间跨度为 1985—2025 年，限定文献类型为学术期刊论文（Article）。人为核验按照文献去重、摘要关键词比对和主题相关性判定的流程依次开展，剔除与研究主题无关的内容，最终保留中文文献数据 2 456 条、英文文献数据 9 004 条，作为系统分析的数据样本。
CiteSpace 三类可视化解析
聚类视图为默认分析模式，采用对数似然比算法（LLR）提取主题标签、划分研究分支；时区分析梳理不同阶段研究重心变化，厘清学科发展时序脉络；突现词分析以 1 年为时间切片，捕捉短时间内频次突增的关键术语，判定领域未来前沿趋势。三者分别对应研究分支、时序脉络与前沿热点的识别。
三大核心领域归纳与框架搭建
综合聚类分区结果、时序演化规律与前沿热点特征，将中英文各 7 个聚类标签归并为归因维度、方法维度与应用维度 3 个结构性维度，进而提炼演化归因、模拟预测、风险评价三大核心领域，形成「认知—预测—应对」的逻辑链，以此搭建全文整体研究框架。
双库文献样本构成
中文文献样本 2 456 条来自 CNKI 数据库，研究以地下水超采为核心，聚焦华北平原、长江三角洲、珠江三角洲等超采问题突出区域；英文文献样本 9 004 条来自 WoS 核心合集，聚焦美国加州、拉斯维加斯、意大利威尼斯等典型沉降区域。两大数据库在数值模拟、智能算法等关键技术领域整体呈同步起步、并行发展态势。
知识图谱参数与剪枝策略
时间切片长度为 1 年，确保以年度为单位捕捉研究主题的时序演变；选择「关键词」作为分析节点；节点筛选采用 G-index 策略，比例因子 k 设为 5，以平衡网络规模与主题覆盖度；网络剪枝运用路径搜寻网络（Pathfinder）算法，对分时段网络和整体网络分别剪枝，既保留时间切片内的核心主题关联，又保留跨年度长期演化主线。
监测与模拟技术方法对比
作为一篇综述与展望型论文，本部分以「技术方法对比」替代统一实验：横向比较水准测量、GNSS、InSAR 等监测手段与确定性、随机统计、机器学习等模拟预测模型的原理、能力与局限，并提炼文献计量揭示的三项前沿转向。
社团结构显著、结果可信
聚类内部主题聚焦度高
CNKI 7 个 + WoS 7 个
含数据-知识联合驱动模型
| 技术方法 | 核心内容 | 特点与优势 | 主要局限 |
|---|---|---|---|
| 水准测量 / 分层标 / 基岩标 | 传统点位监测，获取离散点高精度形变与分层压缩量 | 精度高，可直接服务土层固结实验与分层变形特征分析 | 需投入大量人力物力，空间分辨率低，难以全面反映整个区域沉降情况 |
| GNSS 监测 | 全球导航卫星系统连续定位；普适型低成本监测站点规模化部署 | 毫米级、全天候、连续实时动态探测；可与 InSAR、水准数据融合 | 点位密度受基准站网与设备布设限制，需与面状观测手段协同 |
| InSAR / 时序 InSAR | 分析多时相 SAR 数据雷达相位信息反演地表形变；SBAS、PS、MT 等时序方法 | 全天时、全天候、大范围监测；全国地表形变一张图速率精度达 4.82 mm/年 | 空间采样密度不足，高精度垂直形变获取能力有限，需 GNSS 与水准补充 |
| 确定性模型 | 两步走、部分耦合、完全耦合模型；有限差分法与近场动力学模拟 | 基于经典力学理论，可反映水土应力关系，模拟精度高 | 依赖详尽地质与水文地质参数，先验知识获取难、数据密度低 |
| 随机统计模型 | 回归模型、ARIMA 等时间序列模型、GM(1,1) 灰色模型及贝叶斯、蒙特卡洛改进 | 关系明确场景下结果直观可解释，改进后在滨海平原、软土区、超采区取得高拟合精度 | 难以反映地下水系统动力学机制，对非线性高维数据关联捕捉不足 |
| 机器学习与深度学习模型 | 随机森林、梯度决策树、支持向量机；LSTM、注意力机制、麻雀搜索算法等 | 无需预设函数关系，可高效挖掘高维数据非线性映射，量化影响因素贡献率 | 缺乏物理机制解释能力，沉降机制突变或样本稀疏时泛化性能骤降 |
| 数据-知识联合驱动模型 | 物理信息神经网络（PINNs）、思维链/思维树先验约束、多场耦合分析 | 耦合深度学习与地下水-地面沉降数值模式，提升精度与鲁棒性并降低数据需求 | 目前仍限于单一物理约束嵌入，尚未形成系统化双驱动框架 |
从传统手段走向智能协同
监测方法由水准测量、分层标测量逐步向时序 InSAR、GNSS 等「天-地-深」一体化时空监测技术迭代。WoS 数据库中 Synthetic Aperture Radar Interferometry 突现强度达 44.24（2007—2016），SBAS-InSAR 为 27.08、PS-InSAR 为 15.35、GNSS 为 6.14；CNKI 数据库中 GNSS 监测于 2020—2025 年成为突现热点，得益于北斗三号系统建成与 CORS 基准站网加密。
从静态模拟走向动态智能预测
模拟预测由传统确定性模型、统计模型向智能化、大数据驱动发展。2019 年后依托 AI 大模型底层逻辑，「人工智能」成为突现热点；2023 年后「Machine Learning」以 16.66 的高强度持续突现，并与 SBAS-InSAR、PS-InSAR 等监测技术突现词形成共现簇，实现从静态模拟到动态预测、从机理粗略刻画到高精度量化模拟的升级。
从静态区划走向动态调控
风险评价由单一防治对策走向「监测—识别—归因—预测—防控」全过程调控。2023 年后 Risk Assessment（16.01）、Construction（12.10）同步突现。临界水位识别方面，北京平原区第二、三、四含水层控制区域沉降的临界水位分别为 -14.30、-17.3 和 -10.12 m；华北平原浅层与深层含水层临界水位埋深应分别小于 20 m 与 70 m。
区域地面沉降研究已从「单一监测—简单归因—静态评价」的格局，走向「演化归因—模拟预测—风险评价」的系统化集成，三者构成「归因约束预测、预测服务评价、评价反馈归因与预测」的闭环耦合体系。
三大核心领域、应用价值与未来议程
本文以 WoS 与 CNKI 双库文献为支撑，系统解析 1985—2025 年区域地面沉降研究的核心主题、热点聚类及前沿突现趋势，梳理三大核心领域的研究进展与现存瓶颈，并面向二元水循环新水情与大模型技术赋能背景展望未来方向。
长时序中英文文献全景梳理
整合 CNKI 中文文献 2 456 条与 WoS 英文文献 9 004 条，以 CiteSpace 完成关键词聚类（Q 值 0.83 / 0.87，S 值 0.97 / 0.96）、时区分析与突现词分析，克服既有综述多为定性梳理、缺少长时序量化分析的不足。
凝练三大核心领域与逻辑链
将中英文各 7 个聚类归并为归因、方法、应用三个维度，凝练演化归因、模拟预测、风险评价三大核心领域；聚类揭示 3 个结构性维度、时区分析明晰 3 次技术范式转换、突现分析识别 3 个前沿转向，共同指向「认知—预测—应对」逻辑链。
提出三大未来发展方向
深化「自然-人为」二元水循环驱动、多灾害链互馈下非均匀沉降的演化归因研究；构建「数据-知识」双驱动智能预测模型；发展多源协同的区域地面沉降灾变风险评价体系，形成沉降灾害精准防控技术框架。
应用价值
服务国家地质灾害防治需求：2021 年自然资源部先后印发《全国地质灾害防治“十四五”规划》与《关于开展我国特大城市地面沉降风险评估与区划的通知》，明确将地面沉降列为重点治理的地质灾害。本研究为地下水超采综合治理、南水北调新水情下的沉降防控、高速铁路与城市重大工程安全防护、地下水资源优化配置与城市地质安全提供科学依据。
局限与未来
文献样本限于 CNKI 与 WoS 两个数据库的学术期刊论文，且成因机制研究尚未充分适配复杂气候、水位回升、国土空间开发等新形势，相应沉降模型仍需更新。未来需引入突变理论、非线性分析重新捕捉沉降快速变化的空间模式；完善物理知识嵌入方式与网络结构，建立兼顾预测精度、物理合理性与可解释性的多维评估体系；构建面向重大线性工程全生命周期的动态风险预警与闭环调控机制。