上海市长期开采地下水导致含水层及相邻隔水层释水压缩,并引发了较为严重的地面沉降现象。自上个世纪60年代以来,上海市调整了地下水开采策略,减小了地下水的开采量并且将目标开采层次由原来的浅部含水层逐渐向更深部的含水层转变,以此控制地面沉降的继续发展。在地下水采灌的过程中,各含水层水位、地层变形均经历了较为显著的变化,而变量之间的关系也更加复杂,使得近年来上海市的地面沉降也呈现出了新的时空特征。针对采灌作用下上海市地下水采灌量和水位变化对地层变形的影响问题,本文基于上海市长期监测数据,采用数理统计方法研究了各变量之间的相关性,并通过小波变换研究了变量之间的时频特征,求解其相位差及滞后时间,在此基础上考虑地层变形量贡献度和滞后效应建立了多项式分布滞后模型进行地面沉降预测,主要内容如下:（1）基于长期监测数据,系统分析了上海市地下水采灌量、地下水位及地层变形的特征及相关性。数据分析结果表明,目前地下水的开采量显著减小,开采层次完成了从浅部向深部的发展;地下水回灌量持续上升,且回灌比例由原来的浅部第二、三含水层为主转向各含水层均衡发展。从地层变形量来看,控制地下水开采与增加回灌对于减轻地层变形有着显著效果。通过计算皮尔逊相关系数定量分析了三者之间的相关程度,研究发现各变量之间均存在一定线性相关性,但不同地层的变形量与抽灌量和水位变化的相关程度有所差别。对含水层而言,第二、第四含水层与抽灌量和水位变化均有着显著相关性,第三含水层与水位变化的相关性较高,说明地下水的采灌动作对于含水层有着较为明显的影响。对软土层/弱透水层而言,其与地下水采灌量的相关程度较高,但是与水位相关程度较低,这是由于软土层本身渗透性较低、释水较为缓慢,存在变形滞后现象。（2）基于小波理论得到交叉小波谱,并得出地层变形量与含水层水位变化之间的相位差及滞后时间。首先通过连续小波变换求解各变量之间的显著主周期及其发生的时间段,发现水位和地层变形之间普遍存在着12个月左右的显著主周期,但主周期的时间分布在水位变化量和地层变形量之间有所差异,可见变量之间存在着不同步性。接着通过交叉小波变换进一步研究发现,各地层对于含水层的水位变化均有一定的滞后效应,且软土层的滞后效应更加明显,几乎都在1个月以上。从平均滞后时间来看,浅部含水层的滞后效应要稍长于深部含水层,而软土层则与之相反,其中第五软土层的月变形量滞后时间最长,可达2.5个月左右。（3）综合考虑地层变形量贡献度和滞后效应两大因素,建立了多项式分布滞后模型（PDL模型）进行地面沉降预测。以地下水累计开采量、第四含水层与第五软土层累计变形量作为滞后变量,确定三者对于地面沉降的滞后时间与相关参数,建立沉降预测模型。计算结果表明,PDL模型的相对误差可控制在6%以内,具有较高的精度,可用来进行上海市的地面沉降预测。预测结果显示,在维持当前开采格局和年地层沉降不变的情况下,未来5年上海市地面沉降将会出现轻微的回弹,验证了限制地下水开采对于地面沉降的控制作用。