地面沉降自動測量裝置

『壹』 地面沉降監測

地面沉降監測工作可分為以下幾個階段。

一、收集資料與分析研究

主要收集城市1：1萬或1：5萬比例尺交通圖和地形圖，沉降區水文地質工程地質勘查資料、水資源管理方面的資料、市政現狀及遠景規劃資料、沉降區內國家水準網點資料、城市測量網點資料，井、泉點的歷史記錄及歷史水準點資料，研究沉降區水文地質工程地質條件，歷年水資源開采情況，已有的監測情況，地面沉降類型及沉降程度，分析地面沉降的原因、沉降機制，估算地面沉降的速率，劃分出沉降范圍及沉降中心，編制地面沉降現狀圖。作為監測網點布設的依據。

二、地面沉降調查

地面沉降主要危害表現為地面標高損失，其危害是多方面的。開展地面沉降調查主要包括調查城市基礎設施遭受地面沉降損失情況，比如年代比較久遠的構築物地基下沉情況、深井井管上升和井台破壞情況、橋墩不均勻下沉、自來水管彎裂漏水等；調查城市內澇情況，在發生地面沉降的市區，因地表標高的損失，在雨季就會發生積水現象；調查路基下沉情況，地面沉降區內如有重大交通干線通過，應調查路基的沉降情況，如穿過滄州市地面沉降中心的京滬鐵路，由於地面沉降致使路基下沉，碎石路基一再加高，在津德57號水準點附近鐵軌下的墊石比原墊石層加厚了約500mm。

三、地面沉降監測

對於初次開展地面沉降監測的區域，首先應該獲取工作區干涉雷達數據，對干涉雷達數據進行處理和分析，建立應用干涉雷達測量技術調查與監測地面沉降的技術流程與工作方法。查明工作區內主要地面沉降區域分布狀況。並查明地面沉降成因，在此基礎上有針對性地部署監測網路。

根據地面沉降的分布狀況，在沉降中心地區，選擇沉降量較大的區域，按照土地使用狀況建立分層標和基岩標等監測設施，進行重點點位的地面沉降監測；區域上高精度的地面沉降監測主要通過建立精密水準網和GPS網來進行監測，建立精密水準網的地區通過每年1次的精密水準測量，得出區域內比較精確的地面沉降量。由於GPS具有全球性、全天候、高精度、實時性等特點，GPS地面沉降監測已經被廣大發達國家所應用，因此在沉降比較嚴重的區域也可以建立GPS網對區域內的地面沉降狀況通過GPS來進行監測，比如美國地質調查局在加利福尼亞州布設了GPS監測點250個，在區域上每30km一個點，重點區域加密到3km一個點，監測精度達到1mm/a。為了分析研究地面沉降的成因和機理，在分層標和基岩標所在位置，以及有水準點和GPS監測點覆蓋的位置可以建立地下水動態監測點來進行水位的監測，通過分析水位變化狀況及地面沉降量大小以及與時間的關系，研究區域內地面沉降的主要層位和沉降機理。

與地面沉降伴生的地裂縫會在地表產生開裂，造成災害，因此也需要監測。開展地裂縫監測是掌握地裂縫發展變化規律與制定防治對策的一種手段。監測的目的和任務是：①查明地裂縫的出露范圍，組合特徵，成因類型及動態變化；②對多因素產生的地裂縫應判明控制性因素及誘發因素；③評價地裂縫對人類及工程建設的危害，並提出防治措施。

監測報告編制：通過上述地面沉降調查和地面沉降監測，編寫研究區地面沉降監測報告。地面沉降監測報告編寫提綱可參考地面沉降監測相關的標准規范。

『貳』 基於水準測量的地面沉降監測

徐州市大屯中心區位於江蘇省徐州市沛縣北部與山東省微山縣接壤部分的微山湖畔，是上海大屯煤電公司辦公、生活及輔助生產企業的所在地，東距微山湖 5km。

徐州市大屯中心區從 1976 年開始觀測地面沉降，1988 年建立了地面沉降觀測系統，分別沿區內主要線路布設 A、B、C、D 共四條觀測線，建立了比較完整的地面沉降觀測系統，各線路控制點均遠離中心區抽水井，地表結構相對穩定，整個觀測線路總長 30km，各線路的高程式控制制點均為礦區三等水準網中的點。

沉降量均為以 1976 年為起始高程計算的結果。從 1988 年到 2006 年的系統觀測資料( 圖 6 － 12) 看，中心區地面沉降在逐年加劇，沉降速率有較大的波動。七村點在 1988 年累計沉降量為 329mm，2006 年為 821mm，平均沉降速率為 27mm/a，最大沉降速率53mm / a。根據歷年觀測數據利用繪圖軟體 Surfer 8. 0 繪制 1998 年和 2005 年的沉降觀測等值線 ( 圖 6 －13) ，從圖中可以看出中心區在 1998 年形成以沉降觀測點 A10 為中心和以劉總 3 為中心的兩大沉降漏斗，最大累計沉降量 330mm。此後，沉降區域逐漸擴大，沉降漏斗面積逐年增加，到2005年形成以鐵6井為中心的一個大的沉降漏斗，沉降區的走向為北東，最大累計沉降量600mm，累計沉降量大於100mm的區域面積達到11.57km²。

圖 6 －12 七村點累積沉降量與沉降速率歷時變化曲線

圖 6 －13 大屯中心區地面沉降區域的空間演化

利用1988～2005年的觀測數據，對中心區2010年的地面沉降進行趨勢預測，並根據預測結果繪制2010年的沉降等值線圖(圖6－14)。從圖6－14可以看出，2005年形成的沉降漏斗與2010年形成的以A6點為中心的漏斗連成一個大的沉降區，沉降區邊界等值線500mm，累計沉降量大於100mm的區域面積將達到32.86km²，最大沉降量為753mm。

圖6－14 大屯中心區預測2010年沉降等值線

『叄』 地面沉降的監測技術

（一）孔隙含水系統水文地質工程地質分析

孔隙含水系統水文地質工程地質分析是開展地面沉降防治及預測各項工作的基礎，要求首先查清孔隙含水系統中含水層和粘性土層的空間分布規律及結構特徵，在此基礎上，分別進行水文地質、工程地質分析。

水文地質分析的內容有：①對含水系統的開采井的位置、開采量、開采層位進行調查並編繪出相應的圖件；②地下水動態分析，包括水量動態和水位動態分析兩項內容，水量動態分析主要是對開采量進行統計分析，統計時應分層或者按含水組進行，並找出開采量隨時間、季節的變化規律；水位動態分析，主要分析各個開采含水層組水位變化與開采量之間的關系，並編繪出等水位線圖及相關圖件；③通過抽水資料分析，查清各含水層的水文地質參數（滲透系數、儲水系數等）的空間分布。

工程地質分析是根據含水系統中主要粘性土層的沉積岩相、孔隙度、含水量、天然密度、壓縮系數、壓縮模量、前期固結壓力等物理、力學指標和滲透系數，進行工程地質分層，劃分出主要壓縮層。在分析過程中應將重點放在主要開采層及其相鄰的粘性土層上。

此項工作的目的是通過上述工作，用水文地質、工程地質參數對含水系統進行描述，使其數字化，並用時空動態數據描述含水系統與人工開采系統、地表水系統、大氣降水系統之間的關系，為進行地面沉降防治及預測打下基礎。這項工作中，對含水系統的分析程度和描述精度直接關繫到地面沉降防治及預測的質量。

（二）基岩標的建立與觀測

地面沉降觀測是對沉降區沉降量的測量，該沉降量是相對於地面原標高的下沉量，由於地面沉降面積大，在沉降區內找不到穩定的基準點，地面沉降觀測一般是以基岩山區的水準點作為穩定基準點。測量時往往需要從山區的基岩水準點出發，用一級導線水準測量出沉降區的沉降量，這樣做，不但費工費時，而且精度受基岩水準點到沉降區距離的影響。天津在20世紀70年代末進行地面沉降觀測時，每次都得從90km外的薊縣山區基岩水準點出發，進行水準測量，工作量很大。為解決這一問題，就需在沉降區內建立基岩標。基岩標是在沉降區內利用鑽孔揭穿基岩以上所有的鬆散沉積層，將鋼制標桿埋設在基岩上的水準點。在沉降區內，以基岩標作為穩定的水準基準點，進行沉降量的測量。天津在80年代中期，建立了以基岩標為基點的地面沉降觀測系統，不僅節省了工作量和投資，而且提高了測量精度。基岩標結構見圖11-6（a）。

1.分層標的建立與觀測

通過對地面水準點進行水準測量得到的沉降量，代表該水準點地面以下各個地層沉降量的總和。在地面沉降研究中需要獲得含水系統中主要地層（含水層、粘性土層）的沉降量，以了解它們單獨在地面沉降總量中的貢獻，這就需要建立分層標。分層標是將鋼制標桿埋設在主要地層頂、底面上的水準點。兩個相鄰分層標的沉降量之差即為這兩個分層標之間地層的沉降量。根據地層的沉降量即地層的變形量（ΔS）、地層厚度（M）、水位下降值（Δh）及孔隙比（e）便可用以下公式計算出地層的壓縮系數（a_V）、壓縮模量（E）、單位釋水系數（S_S）等工程地質、水文地質參數。

生態水文地質學

生態水文地質學

生態水文地質學

這些參數代表性強，一方面，可直接用於地面沉降的預測；另一方面，這些參數是可變的，它反映出地層力學性質隨應力（水位下降值）及土的固結程度的變化。一般來說，若採用從土工實驗室獲得的上述參數進行地面沉降的預測，誤差較大，需用分層標資料來校核。分層標結構見圖11-6（b）。

例題1：某市承壓含水系統中第二含水組粘性土層厚6m，孔隙比為0.4，1980年含水組水位下降2m，分層標測得它的沉降量為20mm，試計算出粘性土層的壓縮模量（E）、壓縮系數（a_V）、單位釋水系數（S_S）。

生態水文地質學

生態水文地質學

生態水文地質學

生態水文地質學

2.孔隙水壓力觀測

孔隙水壓力觀測是觀測含水層或粘性土層中孔隙水的壓力變化。通常是將專門的孔隙水壓力測頭埋設在已設置沉降標地層的中部、距沉降標很近的位置上，觀測沉降層中孔隙水壓力變化。孔隙水壓力觀測與沉降標觀測同步進行，只是觀測密度要大一些。進行孔隙水壓力觀測的目的是分析主要沉降層孔隙水壓力消散與變形的關系，掌握在含水層水位變化條件下沉降層中孔隙水壓力消散、固結特徵及變形的滯後效應等。與沉降標觀測一樣，孔隙水壓力觀測是研究地面沉降的主要手段之一。孔隙水壓力測頭結構見圖11-6（c）。

圖11-6（a）基岩標結構示意圖

圖11-6（b）分層標結構示意圖

圖11-6（c）孔隙水壓力測頭結構示意圖

3.地面沉降觀測網

地面沉降觀測網由基岩標、地面水準點、分層標及地下水長觀系統組成，用來對地面沉降發展趨勢進行有效的監測。地面水準點依據水位降落漏斗的形態布置，布置的點數以能控制沉降漏斗形態為標准，盡量利用已有的水準點，節省工作量和投資，在外圍地區，點的密度小一些，漏斗中心區，點的密度則大些。分層標設在沉降中心區的主要壓縮層上，對壓縮層的變形特徵進行監測。地下水長觀系統主要監測含水系統中各個含水層的水位及開采量變化，結合沉降量的觀測資料分析開采量、水位下降值與沉降量之間的相互關系。

『肆』 做地面沉降點的機器叫什麼

做被子的機器叫絎縫機。
電腦絎縫機功能與優點：
1 薄度調整功能：來調整不同的薄厚，可以按照相關說明來調節絎縫的深淺。
2 花型存儲功能：電腦絎縫機磁碟可以長期存儲花型，用戶可以根據需要可選擇使用添加花型。操作簡單、方便、快捷。
3 設置線步功能：可靠性強，線步均勻，花樣不容易變形。
4 旋梭功能：可以有效的防止斷線。
5 斷線檢測功能：當斷線時，系統自動停車。
6 佔地使用率：電腦絎縫機佔地小，但是絎縫尺寸大。
7 信息顯示功：可以在顯示器上看到主軸轉速、停車因素、產量統計、剩餘內存等顯示。
8 安全裝置：電腦、電機、機器等發生異常現象會自動停機，畫面出現故障內容。
9 加固縫功能：開啟加固絎縫功能後，絎縫機在特定點處自動絎來回針。
10 斷電記憶功能：作業過程中停電或斷電源時，或當絎縫機（針或線）出現問題，需要停機的時候，電腦絎縫機可以自動快速的，沿著花型運動路線的路線進行快進或快退。並且在需要繼續絎縫的時候，可以自動或手動回到停機時的絎縫點，進行繼續絎縫。
11 圖案功能：圖案由 50%-200% 橫向、縱向單邊擴大或縮小，且單位以 1% 自動修補、作業過程中，由於斷線或無底線造成漏補時，可自動或手動採用指定針沿著針跡方向返回進行補縫。鼎諾技術員為您解答

『伍』 華北平原地面沉降監測

由於地下水長期超量開采，華北平原已成為世界上超采地下水最嚴重的地區之一，也是地下水降落漏斗面積最大，地面沉降面積最大、類型最復雜的地區，其中，又以京津冀魯地區表現最為突出。大面積的地面沉降給當地人民生命財產安全造成了嚴重威脅，成為制約當地經濟可持續發展的重要因素之一。

地面沉降直接導致華北平原濱海低平原地區地面高程資源損失，造成鐵路路基下沉、風暴潮災害加重。由於地面沉降影響泄洪，致使地面長期積水、廠房被淹，經濟損失嚴重；地面的不均勻沉降，導致建築物受損，大規模市政基礎設施被破壞；由於地面沉降，引發了多處地面坍塌和地裂縫地質災害，直接威脅人民生命財產的安危；由於地面沉降，使區域內經濟愈發展，災害損失愈大，嚴重製約了社會經濟的可持續發展。

為了有效地監測華北平原地面沉降，中國地質環境監測院自2003年開始組織實施「華北平原地面沉降調查與監測」項目，由中國地質環境監測院牽頭，組織北京市地質環境監測總站、天津市地質環境監測總站、河北省地質環境監測總站、山東省地質環境監測總站、中國國土資源航空物探遙感中心、中國地質調查局水文地質環境地質調查中心等單位，合作開展華北平原地面沉降調查和監測工作。通過該項目的實施，查明了華北平原主要地面沉降區的分布范圍、形成機理、沉降幅度和沉降速率；建成了以精密水準測量、基岩標、分層標、GPS監測、InSAR監測和地下水監測等為主體的三維地面沉降監測網路。

一、地質環境背景

華北平原是一個大型的沉積盆地，地形平坦，總體地勢自西北向東南緩緩傾斜，地面標高由山前100m逐漸下降到濱海2～3m，地面坡降由山前2‰～1‰逐漸過渡到中部平原的1.0‰～0.5‰，至濱海0.3‰～0.1‰。按成因類型、形態特徵及水文地質條件可劃分為山前沖積洪積傾斜平原、中部沖積湖積平原、濱海沖積海積平原。

華北平原是第四系堆積物厚度較大，成因類型復雜的地區。華北平原區第四系厚度一般為350～550m，由多層交疊的砂、礫石、黏土、亞黏土、亞砂土層組成。第四系粒度自上而下由細→粗→較細，構成了一個較完整的沉積旋迴。反映了第四紀以來，地表徑流由弱→強→較弱的變化過程。在山前平原地區，因受新構造運動影響顯著，升降幅度較大，常形成明顯的多階不完整沉積旋迴。一般，第Ⅰ與第Ⅱ含水層組構成一個沉積亞旋迴，第Ⅲ與第Ⅳ含水層組構成一個沉積亞旋迴。由上而下，含水層粒度從粗到細多次交替，其中以第Ⅲ含水層組粒度最粗。中部平原地區，由於徑流變化不太明顯，第四系含水岩層從上到下由數個粉砂—細砂—中砂—粗砂的岩性韻律變化段構成。一般仍以第Ⅲ含水層組粒度較粗。濱海平原地區，含水層以粉砂、細砂、中砂為主，岩性韻律變化不明顯，但粒度中值依然以第Ⅲ含水層組為大。

華北平原地面沉降地質環境結構受地形地貌、岩相古地理環境以及新構造運動所控制，而且在地理分布上具有明顯的分帶性。根據各結構分區的物質來源、組成成分、成因類型及水文地質特徵等，結合地形地貌和岩相古地理環境的分帶性，相應的把華北平原劃分為3個地面沉降地質環境結構區：山前平原(Ⅰ區)、中部平原(Ⅱ區)和濱海平原(Ⅲ區)。

二、以往監測情況和存在問題

華北平原在本次監測中范圍界定為黃河以北、太行山以東的約14萬km²，包括京、津、冀、魯等省(市)，區內較為全面系統的區域地質工作開始於20世紀50年代，先後開展過1：5萬、1：20萬和1：25萬不同比例尺圖幅的區域地質調查工作，以及遙感和物探工作，基本查明了區域基岩地質和第四紀地質條件。區內水文地質研究程度較高，先後開展了1：20萬區域水文地質普查，以農田澆水、地下水、地熱為主的水文地質勘察，區域地下水資源計算與評價，地下熱水和礦泉水勘查等工作。圍繞中心城市工業發展規劃區帶相繼開展了1：2.5萬～1：5萬水文地質、工程地質、環境地質綜合勘察和供水水源地水文地質勘察，以及針對存在的水文地質、環境地質、地面沉降問題，開展的專題性調查研究和評價工作。

華北平原是我國發生地面沉降現象最具典型意義的地區之一。華北平原地面沉降調查與監測項目開展之前，該區域未開展過全區性的地面沉降調查與監測工作，有關省市雖然做了一些相應的工作，但進度很不平衡。北京地區地面沉降工作起步較晚，1984年編制的《北京市地面沉降調研報告》，初步分析了沉降區的水文地質、工程地質條件、地下水開采量及水位變化等因素對地面沉降的影響；分析了地下水水位下降漏斗與地面沉降漏斗的對應關系；1985年確定了八王墳地面沉降監測站基岩標、分層標、地下水水位觀測孔、孔隙水壓力觀測孔的設計及施工方案。據此設計方案，於1990年建成了北京市第一個地面沉降監測站——八王墳地面沉降監測站，雖然該站在1998年四環建設時被佔用，但其分層標沉降量觀測資料為研究北京市東郊地區地面沉降形成機理和發展趨勢奠定了基礎。

天津市地面沉降勘查工作開始於20世紀七八十年代，工作內容主要有：地下水開采量調查、水位觀測、水文工程地質孔施工、基礎地質孔施工、分層標建設、人工回灌試驗場建設等，共完成鑽探進尺23 000m。基本查明了引起地面沉降的原因、沉降的主要層位、地層結構、水文地質工程地質條件等，這些工作的開展為機理研究，以及為1985年後制訂控沉措施和水源轉化、調整地下水開采層位、開采方案等提供了可靠依據；同時也為其他地區地面沉降工作的開展，提供了經驗和大批重要的具有參考價值的資料。

天津市地面沉降專項水準測量始於1973年，在地面沉降相對嚴重的天津市區、塘沽區、漢沽區、大港區及海河下游區布設了一、二等精密水準監測網。1985年，將地面沉降專項水準監測的范圍擴大，在天津市區、塘沽、漢沽、大港及海河下游地區面積1635km²的范圍內布設一、二等精密水準監測網。水準網包含3000km的水準路線和1400多個水準點。其中，1000km為作為骨幹網的一等水準路線，其餘為二等及少量三等加密路線。水準復測從每年的10月開始，11月結束。每年由天津市測繪院對當年的測量結果進行平差計算，以網中位於寶坻的天津市水準原點(基岩點)為不動點，推算高程，並與上年比較，求出各水準點一年來的沉降值，並繪制沉降等值線圖，作為採取相應控沉措施的依據。

河北平原地面沉降的研究起步較晚。20世紀70年代以前，主要進行水文地質條件的勘察，從70年代到80年代中期，在進行水資源評價的基礎上，進行過少量的環境水文地質研究，在80年代中期以後主要是針對超采地下水引起的環境地質問題進行了多項勘察、監測和科研工作，但對與地面沉降有關的水文地質條件、工程地質條件、地層和地裂縫等方面的研究程度不深，沒有建立有效的地面沉降監測網路。

三、監測目的與工作內容

為使地面沉降危害程度降到最低，開展地面沉降調查監測，查明主要地面沉降區的分布范圍、形成機理、沉降幅度和沉降速率；通過GPS監測網和高精度水準點網獲取水準點測量資料；通過地下水動態觀測網獲取地下水水位分層觀測資料；通過地面沉降分層監測獲取各土層的變形數據；通過資料收集獲取地面沉降研究所需要的其他參數值。以獲取的各種數據為基礎建立基岩構造模型、鬆散沉積結構模型、地下水系統結構模型、地面沉降模型，從而建成華北平原地面沉降監測預警預報系統，為制訂地面沉降防治規劃提供必要的前提和基礎，為華北平原地區內各省市的建設規劃提供基礎資料和科學依據，為華北平原地區各城市和人民生命財產安全提供地面沉降預警預報信息。

四、監測實施和結果

華北平原地面沉降調查與監測項目於2003年啟動，至2008年12月項目共計完成了1：5萬重點區域地面沉降調查13 903km²，1：10萬區域地面沉降調查5100km²，1：25萬區域地面沉降調查68341km²；地下水開采量調查10341km²；水準測量5553.8km；分層標測量1290組·次；鑽探總進尺4235m；地球物理綜合勘探150km；建立了基岩標5座、分層標組7座、GPS基準站5座、GPS觀測墩152座，補充埋設水準標石36座；完成了華北平原滄州、天津和德州等重點沉降區地面沉降InSAR技術示範監測；完成了滄州、饒陽和保定等重點地面沉降和地裂縫區綜合物探調查150km；GPS監測386點·次。

採用的監測方法介紹如下。

1.水準測量

華北平原地面沉降監測與調查按照《國家一、二等水準測量規范》(GB12897—91)、《測繪產品質量評定標准》(CH1003—91)、《測繪產品檢查驗收規定》(CH1002—91)等技術規范要求，分4年時間對地面沉降嚴重的天津武清、天津—滄縣、唐山、滄州—衡水及德州等地開展了一等或二等水準測量，共計完成水準測量5281km。水準測量結果翔實地反映了華北平原地面沉降重點區域的沉降情況，為其他手段監測結果提供了良好的對比依據。

2.地面沉降GPS監測

華北平原地面沉降GPS監測網由5座固定基準站(圖8-1 至圖8-3)和152座監測墩(圖8-4)組成。5座固定基準站分布在北京、天津、滄州與唐海4地，152座監測墩分布在華北平原地面沉降重點區域，具體分布情況見圖8-5。

圖8-1 北京GPS基準站

GPS固定基準站都採用鋼筋混凝土結構現場澆鑄施工，柱石頂端安裝天線強制對中裝置，東、南、西、北4側各安放1個不銹鋼水準標志。

圖8-2 天津寶坻與漢沽GPS基準站

圖8-3 滄州興濟鎮基站、唐海四農場基站

圖8-4 北京北齊家GPS監測墩BJ05

GPS監測墩均埋設永久性的標石，基本骨架網的GPS標石安裝強制對中標志，以減少GPS測量的對中誤差。埋設時坑底填以砂石，搗固夯實或澆灌混凝土底層，標石現場澆注。

5座固定基準站24h全天候工作，取得的數據能夠自動傳輸到控制中心伺服器，為本單位或者其他需要的單位提供數據下載。

華北平原地面沉降GPS監測網布設等級為C級，其各相鄰GPS點間最小距離為5km，最大距離為40km，平均距離10～20km。由於區內各省市GPS監測網建設進度不一，運行的周期也未統一。

北京從2005～2007年共開展了4期GPS監測，其中2005年為2期，2006年和2007年各1期。監測使用14台雙頻Trimble GPS接收機對14個監測點進行聯測，觀測模式為相對靜態測量。所得GPS測量結果與分層標監測和人工水準監測數據對比，誤差較小。以第四期GPS測量的數據為例，14個數據中有8個數據與地面沉降專門測量的數據差值在10mm以內，只有2個數據差值﹥20mm，基本反映了區域地面沉降的變化趨勢。

天津於2005年4～11月對區內33個GPS觀測點進行了測量，並根據測量結果繪制了測量期內的地面沉降分析圖，該圖基本反映出天津市地面沉降總體趨勢。計算精度由於受解算數據時段的限制受到一定的影響，通過聯算幾年的數據積累，可以對觀測結果進行整體GLOBK平差處理，以提高GPS監測和數據處理精度。

圖8-5 華北平原地面沉降GPS監測墩與分層標分布圖

河北省對區內91座 GPS 觀測墩分別進行了8次 GPS 測量，其中2004年1次，2005年2次，2006年3次，2007年2次。根據這些測量結果繪制了河北平原地面沉降圖。

另外，5座GPS基準站自建成運行以來，取得了大量的監測數據，經與水準測量監測數據比較，高程變化誤差在5mm以內。由於基準站數量太少，反映的還只是點上的變化，但其效果要比GPS觀測墩監測數據更加平穩和快捷。

3.地面沉降InSAR監測

2003～2009年，華北平原地面沉降調查與監測項目利用InSAR技術，已分別完成了天津、滄州、德州以及天津濱海地區，地跨3 省1 市4個SAR圖幅(1萬km²)約4萬km²范圍內2004～2009年的地面沉降調查和監測(圖8-6)。查明了工作區內沉降區(漏斗)的空間分布和變化狀況，發現了數個年沉降量超過10cm的沉降漏斗和重點沉降地帶。

圖8-6 監測區范圍示意圖

考慮到SAR數據獲取時成像質量以及覆蓋范圍存在偏差等問題，數據處理工作採用分區分時段的策略進行，將工作區分為4個子區，按照各子區的SAR影像進行差分干涉測量處理，對各子工作區採用基於多時相差分干涉紋圖獲取地表沉降速率，按照差分干涉圖序列的時間跨度，研究各地區地面沉降的時間特徵和空間擴展狀況。利用各子工作區處理數據，提取了華北平原德州天津地面沉降區2004～2009年約4萬km²覆蓋區的地面沉降信息，生成了《華北平原德州-天津地面沉降區年度地面沉降速率圖》。利用InSAR監測，查明了工作區內沉降區(漏斗)的空間分布和變化狀況，發現了數個年沉降量超過10cm的沉降漏斗和重點沉降地帶。並利用可獲取的工作區地面水準測量資料對InSAR數據處理結果進行了精度檢驗和對比分析，表明利用InSAR技術進行區域性地面沉降調查與連續監測效果顯著。

4.基岩標與分層標監測

華北平原地面共有8座基岩標與16 組分層標，分別位於北京、天津、唐山、滄州和衡水等地，各標分布位置如圖8-5所示。

5.監測結果

通過空中、地表、地下的立體監測，查明在華北平原14萬km²的調查范圍內，﹥2000mm的沉降面積達930.4km²；﹥1000mm的沉降面積達6236.5km²；﹥500mm的沉降面積達30 202.9km²；﹥200mm的沉降面積達64 296.6km²。北京地區主要沉降中心為東八里庄—大郊亭、通州區、朝陽區來廣營、昌平區沙河—八仙庄、順義區平各庄、大興區，最大累計沉降量分別為0.765m、0.536m、0.826m、1.106m、0.475m、0.791m；天津地區主要沉降中心為塘沽、漢沽、市區、武清，中心最大累計沉降量分別為3.25m、3.11m、2.96m、2.898m；河北地區主要沉降中心為滄州、任丘、河間、獻縣、肅寧、冀棗衡、唐海、廊坊，最大累計沉降量分別為2.518m、1.17m、1.311m、1.336m、1.138m、1.314m、0.846m、0.6m；山東德州沉降區，最大累計沉降量達1.081m。本項目調查和監測結果顯示，華北平原不同區域的沉降中心仍在不斷發展，並且有連成一片的趨勢(圖8-7)。

本次工作，採用了多種手段進行地面沉降調查與監測，通過比較發現基岩標測量、分層標監測、精密水準測量是最可靠的方法。InSAR監測雖然精度能達到5mm，但在處理工程中需要水準測量結果的配准，因此InSAR監測適合與水準測量和GPS結合。GPS監測從目前來看，結果不是非常理想，本項目監測精度大概在11mm左右。

圖8-7 華北平原地面沉降現狀圖

『陸』 上海市地面沉降監測技術

陳華文

（上海市地質調查研究院，上海，200072）

【摘要】近年來，通過引進自動化監測、GPS、GIS等技術，上海地面沉降監測技術有了顯著的提高。在分析基岩標、分層標的長期運行資料基礎上，優化了其設計與施工技術；通過多期的GPS復測研究，總結了地面沉降GPS測量技術規程。針對不斷變化的社會需求優化地面沉降監測方案，加強了地鐵、防汛、橋梁、高架道路等重要城市基礎設施的沉降監測，積極參與城市建設與管理，為城市建設與管理解決具體問題。

【關鍵詞】上海市地面沉降監測技術基岩標分層標

1上海地面沉降監測工作發展

20世紀60年代初，由於上海市區大規模集中開采地下水，造成了嚴重的地面沉降災害。1961年上海市地質勘察局工程地質大隊利用已有的深水井建立了初期的地下水動態觀測網，1962年開始埋設基岩標、分層標組，開展市區范圍的面積水準測量，監測市區地面沉降及其時空變形規律。在20世紀70、80年代分別對地面沉降監測設施進行完善與補充。截至1985年在市區及近郊區已先後埋設了基岩標21座、深式分層標17組、地面水準點752座及孔隙水壓力測頭20組，全市地下水動態監測網共布設了地下水位監測井650口，形成上海市地面沉降動態監測網。

1985年後由於受大規模城市建設影響，地面沉降監測網路受到了較大的影響。上海市政府、市建委非常關注地面沉降監測網面臨的問題，在專家論證基礎上批准了原上海市地質礦產局上報的《上海市地面沉降監測網路修建規劃（1995～2000）》的工作方案，1996年上海市人民政府出台了《上海市地面沉降監測設施管理辦法》。目前，上海市地面沉降監測范圍從原來的市區和近郊區擴大到了全市，形成了由地面沉降監測站（基岩標分層標組）、地下水動態監測網、精密水準監測網、GPS地面沉降監測網組成的地面沉降監測網路（表1）。

表1上海市地面沉降監測網路情況表

2.2分層標測量掌握地面沉降規律，確定針對性的地面沉降控制方案

土層分層沉降監測以分布於全市的31座地面沉降監測站為主體，其中25座位於中心城區內。地面沉降監測站以基岩標為基準，由根據水文地質、工程地質條件設置於不同深度土層的分層測量標志、各含水層地下水監測孔、孔隙水壓力孔組成。所取得的地下水—土層變形資料，是對定量分析地下水位、土層變形的規律、影響因素及機理的基礎（圖2）。通過對各含水層地下水位變化、土層變形動態規律的分析，可以確定影響地面沉降的主要因素及其權重，提出具體的地面沉降防治方案。

圖2上海中心城區承壓含水層地下水位、土層變化特徵

（A、B、C分別為勞動公園第二、三、四承壓含水層，D為華漕第五承壓含水層）

如20世紀90年代，上海中心城區地面沉降速率呈現不斷增大的態勢，當時各方面對地面沉降因素存在不同的看法。地面沉降分層標資料的分析清楚的表明，80年代中心城區第四含水層地下水位在－15.0～－26.0m之間，沉降量為3.0mm/a;90年代隨著地下水位下降至35m的過程中，變形速率逐漸增大至11.21mm/a，第四含水層對中心城區地面沉降的影響權重由32.3%上升到49.27%；與此同時，全市地下水開采量由1.2億m³增加到1.5億m³，其中第四含水層開采量佔65%。顯然，影響地面沉降速率增大的主要因素為地下水開采量增大。針對此主要影響因素，重點壓縮第四含水層的地下水開采量，2000～2003年中心城區平均地面沉降由12.27mm/a減小至9.60mm/a。

3新技術方法在地面沉降監測中的應用

3.1GPS技術在區域地面沉降監測中的應用

上海自1998年開始進行應用GPS技術監測地面沉降的可行性研究，2000～2003年先後完成了上海市的地面沉降GPS監測一級網建設、地面沉降監測網規劃及平差計算研究、地面沉降GPS一級網監測試驗總結等多項工作。上海市地面沉降 GPS監測一級網已進行了6次復測，在多次復測中不斷摸索經驗，規范操作規程。目前，上海地面沉降 GPS一級網共有36個監測點組，投入6～10台 Ashtech Z-Surveyor GPS接收機，測量時段長12小時，採用GAMIT專用處理軟體計算，利用GPS技術監測地面沉降的研究取得一定的進展（圖3）。

（1）地面沉降GPS監測結果與全市水準點復測得到的地面沉降等值線圖的趨勢基本相同，反映GPS技術監測大范圍地面沉降的可行性。為了驗證 GPS觀測結果的准確性，選擇了華漕、桃浦、外高橋、北蔡、顧路、唐鎮、華亭、嘉定、白鶴、朱涇等10處其近旁置有 GPS觀測墩的基岩標作為基準點，以一等精密水準測量對比 GPS監測點，相同監測點的GPS和一等精密水準結果最大差值為2.1cm，其餘各點之差值均在1cm以內。6次觀測得到的5次變形量，用GPS測量與精密水準本次變形相比較，計算的總標准偏差為±1.3cm；對比統計數據表明，獲得的GPS大地高的准確度與天津市用7年資料計算獲得的±1.2cm相近。

圖3上海市地面沉降GPS測量累計變形量等值線圖（2001.1～2003.11)

(2）通過GPS測量監測點大地高變化，監測地面沉降的精度目前可以達到1cm，適用於沉降速率較大或一定時間間隔的大范圍地面沉降監測。從GPS監測點大地高變化情況看（圖4），GPS地面沉降監測對於捕獲較大的變形量比較適宜：對於大於3σ的變形量能夠很准確的捕獲，但接近或等於1σ（標准差）的變形量則難以准確捕獲。相似結果在美國休斯頓 Harris-Galveston地區、台灣地面沉降 GPS測量結果基本一致。

3.2自動化監測技術在實時地面沉降監測中的作用

在中國地質調查局、上海市房地資源局支持下，自2000年開始逐步引進自動化監測技術，目前已完成8座地面沉降監測站的自動化改造。地面沉降自動監測系統主要採用聯通管原理，測量分層標體沉降導致的液面變化，精確測量土層分層沉降變形（圖5）。

從目前已投入運行的8座地面沉降自動化監測系統的情況看，精度與運行效率可以滿足地面沉降研究的需要（圖6、圖7）。

圖4地面沉降GPS一級網部分監測點大地高變化

圖5測點與儀器組成結構示意圖

圖6華漕地面沉降自動化監測站各土層沉降歷時曲線

圖7華漕地面沉降監測站地下水位變化曲線

4地面沉降監測工作服務於上海城市發展

4.1積極參與城市建設與管理，努力把握城市發展對地面沉降監測與研究工作的需求

地質環境是城市發展所依存的自然空間，而地質災害則是自然與人類活動共同作用的綜合表現。通過積極參與上海城市建設與管理工作，我院較為准確地把握了上海向現代化城市發展過程中地質環境所表現出新的特徵與趨勢，及時調整了地質環境監測工作的重點。近年來，先後參與了地鐵交通網、浦東國際機場、磁懸浮列車、洋山深水港及高速公路網的建設。

地面沉降災害降低了防汛牆、海塘等防汛設施的防禦能力，不均勻沉降對軌道交通線產生明顯的影響，有關建設與管理部門十分希望地質環境監測能夠提供有益的幫助。近年來，將地質環境監測重點調整到具有較大影響的軌道交通、大橋、城市防汛等方面，努力將地質環境保護與地質災害防治納入到上海城市規劃范疇。2001年我院與上海市城市規劃設計研究院共同完成了「城市地面沉降對規劃制定與實施的影響研究」，該項目獲2002年度上海市科技進步二等獎，目前正進行將地質環境指標納入城市規劃體系的定量化研究工作。

4.2及時調整地面沉降監測工作方向，解決城市建設與管理中的具體地質問題

針對城市建設與管理中的具體地質問題開展了專題調查與研究。在上海市建設委員會與上海市房地資源局支持下，先後開展了「地鐵一、二號線地下空間開發與地質環境相互作用研究」、「地面沉降對城市防汛（澇）影響的調查研究」，圍繞地質環境變化對城市生命線工程的影響進行了調查與評價，提出了在地鐵、防汛規劃與設計中避免地質災害影響的對策措施。這些地質環境監測與研究成果，已在地鐵建設、新一輪黃浦江兩岸規劃防汛標准制定等工作中得到實際應用，進一步提高了城市地質工作的認知度。

4.3扎實工作，努力做好政府地質災害防治決策的技術支撐

提高地質環境監測效率，制定合理的地下水開采與人工回灌計劃是防治地面沉降的根本保證。為合理地開發地下水資源，在地面沉降與地下水動態監測與研究基礎上，根據上海市房地資源局要求定時報送「地面沉降動態簡報」（季、年報）；通過地面沉降趨勢研究與預測，在每年末編制下一年度的「地下水開采、回灌實施方案」，報上海市政府批准實施。

為進一步發揮地質環境監測與研究成果的效用，加強地質災害防治，我院積極參與了建設用地的地質災害評估工作，做好政府決策的技術支撐。在上海市房地資源局指導下，完成了《上海市地質災害區劃研究》、《建設用地地質災害危險性評估技術標准》的研究工作，使此項工作更加規范化、合理化。近年來，我院完成了20餘項市重點工程的「建設用地地質災害危險性評估」工作，有力地保障了工程建設的順利進行。

『柒』 地面沉降調查與監測技術方法

一、內容概述

從20世紀60年代開始，上海開始系統地開展地面沉降調查及監測工作，採用的技術方法主要包括鑽探、水準測量、基岩標分層標測量、地下水位動態監測等。

目前，上海地面沉降監測的技術方法有：地下水動態監測，一、二等水準測量，基岩標、分層標測量，GPS測量，InSAR測量，自動化監測系統等。

1.地下水動態監測

全市有地下水監測井450口，分別監控潛水和6個不同深度承壓含水層地下水位（水質和水溫）的變化規律（圖1）。

圖1 地下水位監測井及監測數據

2.一、二等水準測量

水準測量是利用水準儀提供的「水平視線」，測量兩點間高差，從而由已知點高程推算出未知點高程（圖2）。

技術特點：精密水準測量的優點是水準點埋設費用低、水準網布設靈活，能夠較迅速地獲取較小區域（甚至是人口密集區）的沉降信息；其不足是勘察區域面積較大時，觀測周期長，投入人力資源大，人力成本較高，實時性較差。

技術指標：一、二等水準測量按照《地面沉降水準測量規范》（DZ/T0154-95）執行。

3.基岩標、分層標測量

基岩標和分層標測量是進行地面沉降監測的重要技術手段，是地面沉降分析研究和制定相應措施的基礎。

基岩標是埋設在地下完整基岩上的特殊觀測點，可以作為地面沉降測量的高程式控制制點。基岩標作為高程式控制制測量的基準，可減少傳遞誤差，提高測量精度。分層標是根據土層的性質，埋設在地下不同深度土層和含砂層中的特殊觀測點，是世界上公認的測量鬆散土層變形量的措施，廣泛應用於鬆散土層的精確變形測量（圖3）。技術特點：基岩標的優點是精度最高，能提供所有地面沉降監測研究工作的基準點；其不足主要是建設費用高（一般需要上百萬元，甚至幾百萬元），建設工序較多，質量要求較高，場地落實困難。為此，應根據地面沉降監測的實際需要，基岩標的規劃與建設需要詳細論證。

圖2 水準測量外業現場

圖3 上海南浦大橋分層標組

分層標主要用於監測從地面至地下垂向上不同深度、不同土層的壓縮變形，變形量記錄比較全面、完整，一般與基岩標配合使用，以基岩標、分層標組形式配對規劃。其優點是可監測某一特定區域如沉降漏斗或某一點的垂向上不同深度的變形，獲得立體空間上的變形量，若配以地面沉降自動化監測系統，將可以獲得實時、連續土層的變形量；其主要不足是建設費用高。

技術指標：基岩標作為地面沉降監測基準，精度級別是最高的。

分層標測量分為人工測量、自動化測量兩種。根據《地面沉降水準測量規范》，人工測量的精度一般為0.3mm。

4.GPS測量

GPS測量是利用全球定位系統（Global Positioning System，GPS）在遠離變形區的適當位置，選擇或建立一個基準站，在變形區內設置若干個監測點，在基準站和監測點上分別安置GPS接收機，進行連續觀測，並將觀測數據進行分析和處理（圖4）。

圖4 GPS 基準站

技術特點：觀測時間短，人工作業勞動強度低，觀測作業簡便，測站間無須通視，布點靈活，可以在任何時間、地點和天氣狀況下進行全天候連續監測，定位精度高，較高的作業自動化水平等。

技術指標：按照《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB/T18314-2001）中B級網要求，按平均15km邊長推算，高差的誤差為34mm，實際結果為大地高程變化量精度在5mm左右。

5.InSAR測量

雷達干涉測量技術（InSAR）將合成孔徑雷達（SAR）成像原理和干涉測量技術相結合，利用雷達回波信號所攜帶的相位信息精確測量地表某一點的高程信息及其微小變化。其原理是通過兩副天線同時觀測（單軌道雙天線模式）或兩次重復觀測（單天線重復軌道模式）來獲得同一區域的重復觀測數據，即單視復數影像對，這是InSAR進行高程提取或形變監測的數據源。

技術特點：InSAR技術具備可以同時獲取點、線、面的沉降量，投入人力資源少等特點，已經顯示出用於地面沉降研究的廣闊前景和巨大潛力。其不足之處也很明顯，主要是目前InSAR技術不是很成熟，尚處研究階段，距大范圍的推廣應用還有一段時間。

技術指標：上海地區InSAR監測試驗結果表明，InSAR技術在垂向的精度可以達到±3.7mm，目前仍正在進行試驗研究中。

6.自動化監測系統

在分層標、水位孔上安裝自動化設備，實現分層標土體變形、水位變化自動觀測、記錄、傳輸、資料庫錄入等功能，進一步提高了分層標、水位測量自動化程度（圖5，圖6）。

圖5 地面沉降自動化監測設施原理圖

圖6 地面沉降監測數據採集、傳輸系統示意圖

技術特點：地面沉降自動化監測系統的優點是精度高、連續、實時、自動記錄、自動傳輸、無人值守且可以任意設置數據採集時間、同時監測不同土層的沉降，有利於從變形量中分離出每個土層的變形量，計算不同土層對總沉降量的貢獻，有利於研究地面沉降的原因、機理和機制。地面沉降自動化監測系統主要不足為一次性建設費用較高，因此比較適合選定有代表性的典型區域如沉降漏斗中心、漏斗邊緣等。因其高昂的建設費用，目前主要還是用於點狀對象的監測上。

技術指標：分層標自動化監測精度平均絕對誤差應不大於1mm；地下水位監測精度應為± 0.01m。

二、應用范圍及應用實例

（一）應用范圍

成果廣泛應用於地面沉降監測。

（二）應用實例

1.一、二等水準測量

按照《地面沉降水準測量規范》（DZ/T0154-95）、《國家一、二等水準測量規范》（GB/T 12897-2006）的要求，上海地質調查研究院在全市范圍內布設了一、二等高程式控制制網。基於基岩標，從一座基岩標至另外一座基岩標，組成大型高程式控制制網。

按照覆蓋的區域和復測頻率，高程式控制制網分為郊區高程式控制制網、中心城區（外環線以內區域）高程式控制制網。郊區高程式控制制網覆蓋了包括崇明島、橫沙島、長興島在內的整個上海區域，復測頻率為每5年復測一次，用於全市高程式控制制數據的更新與發布，在圖中繪制了一等水準路線圖。二、三等覆蓋整個郊區，目前缺少線路走向資料；中心城區（外環線以內區域）高程式控制制網分布在中心城區，復測頻率為每1年復測一次，覆蓋范圍約1000km²，用於地面沉降分析和研究；兩套高程式控制制網均以基岩標為結點，實現郊區高程式控制制網、中心城區高程式控制制網有機的統一和銜接。

2.基岩標、分層標

自開展地面沉降研究以來，高程式控制制網的基準點問題一直是關鍵性課題，有效的解決方案就是選擇穩定的基岩建立基岩標。上海地質調查研究院長期從事這項工作，特別是經歷了「九五」、「十五」、「十一五」等市政府重大課題大規模網點建設項目的實踐檢驗，獲得了豐富的施工和管理經驗，形成了一套嚴密的作業流程，熟練地掌握了基岩標施工工藝，取得了基岩標實施工藝專利（專利號：ZL 012394556，證書號：第478596號）。上海地區目前已建設完成了比較完備的地面沉降監測網路，特別是「十一五」地面沉降防治工程開展以來，全市已累計建設了35座地面沉降監測站（16座實現了自動化監測），監測在基岩面以上不同深度土層的變形規律（圖7至圖9）。

圖7 上海世博會會址地面沉降監測站

圖8 地面沉降監測站自動化監測設施

3.GPS測量

2001年1月～2010年12月，上海市地質調查研究院共組織GPS一級網監測13次。其中2001年1月～2002年7月時段長為3h或6h，自2002年11月起，時段長由12h逐漸改為24h，並進一步優化了觀測方案和數據處理方案，GPS監測地面沉降的精度、可靠性逐漸提高。

4.InSAR測量

圖10顯示了上海地區InSAR測量得到的2003年至2007年地面沉降速率圖。

圖9 地面沉降標組數據曲線

圖10 上海幅工作區2003～2007年地面沉降D-InSAR監測速率圖

三、推廣轉化方式

地面沉降監測技術的研究、發展、成熟和完善，為專利申報、規程、規范編制出台提供了有力的技術支撐，也為帶動長三角地區乃至華北平原、西北汾渭盆地等區域地面沉降監測與防治發揮了引領和示範作用。

通過多年來對基岩標標型設計、施工便利程度、成本、適宜性、可靠性、穩定性等指標的研究，形成了一套成熟的基岩標施工工藝，並申請了專利（ZL J 2 39455.6，證書號：第478596號）。

編制的規程、規范有《地面沉降監測與防治技術規程》（DG/TJO8-2051-2008，上海市）、《地面沉降監測技術規范》（中國地質調查局）、《地面沉降測量規范》（國土資源部），為進一步規范全國地面沉降監測和防治工作做出了積極貢獻。

技術依託單位：上海地質調查研究院

聯系人：方正

通訊地址：上海市靈石路930號

郵政編碼：200072

聯系電話：021-56065720

電子郵件：[email protected]

『捌』 上海市地質調查研究院

全國地質環境監測能力建設

一、地質環境監測機構基本情況

上海市地質調查研究院（暨上海市環境地質站）現有從業人員150人，其中專業技術人員128人（高級職稱者31人，中級職稱者80人，初級職稱者17人），其他人員22人（見表）。

上海城市地質信息網

（http://www.sigs.com.cn）

五、主要監測成果和服務

1999～2002年，開展了國土資源大調查——長江三角洲上海地區地下水資源合理開發與地質災害調查評價工作，基本掌握了地質環境結構、地下水開發利用現狀與地面沉降特徵，為進一步完善、優化地質環境監測網奠定了基礎，同時為控制地面沉降措施的制定提供了科學依據。

2003～2005年間，與江蘇、浙江共同開展「長三角」地區地面沉降監測網建設與監測工作，通過建設長三角地區地下水和地面沉降監測統一技術要求，為長三角地區地面沉降監測聯動奠定了基礎，同時為長三角地區各級政府提供了更具針對性的地質災害預防信息，地面沉降防治效果顯著。

2004～2008年，國土資源部與上海市合作的「上海市三維城市地質調查」項目，依託長期的地質環境監測資料和勘查成果，對上海地區工程地質、水文地質、環境地質、基礎和第四紀地質等進行了全方位的調查與研究，取得了豐富的地質調查研究成果，並在城市規劃與建設、土地合理利用等領域得到廣泛應用，取得了地質成果與城市規劃緊密聯系的重大突破。同時，針對城市生命線安全需求，明確了加強城市生命線地面沉降監測的重要性。

2006～2010年，長江三角洲地區上海市地面沉降監測與風險管理研究工作的開展，可為政府實施區域地面沉降防治管理、減災防災提供技術支撐。

2007年，「上海地質環境條件及其對地下空間開發影響研究」，為城市地下空間開發過程中地質環境監測提供了科學依據，研究成果在地下空間開發領域具有重要指導意義。

六、法制建設

1.2006年頒布《上海市地面沉降防治管理辦法》（上海市人民政府令第62號），並2006年10月1日實施。

2.1997年，上海市人民政府第53號令，修正並重新發布《上海市深井管理辦法》，自發布之日起實施。

『玖』 環渤海地區地面沉降監測體系建設研究

一、內容概述

地面沉降是環渤海地區開發建設面臨的重大環境地質問題。地面沉降造成沿海地區地面高程損失、防潮堤失效等問題，使工程設施毀壞、洪澇災害及風暴潮災害加劇，對沿海地區城市安全和重大工程建設區安全構成極大威脅。根據環渤海地區發展建設的需要，1999年以來天津地質調查中心先後在天津濱海新區和河北曹妃甸新區開展了地面沉降監測研究工作，總結出一套較為成熟的沿海經濟發展區地面沉降監測技術方法。目前，地面沉降預警系統建設已初具規模，成果已為當地經濟建設提供了重要地學依據。

地面沉降預警系統主要包括監測系統、模擬預報系統和實時發布系統，其中監測系統建設的合理性和完善程度直接關系預警系統的有效性，是預警系統建設的根本所在。環渤海地區地面沉降主要成因有地下水超采和構造下沉造成的區域性地面沉降、大規模工程建設造成的局部地區地面沉降和填海造陸區未固結地層的固結沉降。此外，石油、天然氣和地熱開采也是不能忽視的地面沉降成因之一。由於環渤海地區地面沉降成因多樣、機理復雜，在地面沉降監測體系建設中針對不同成因、不同機理進行了地面沉降監測技術方法的選擇。監測中注重變形監測與地下水動力場監測相結合、區域監測與重點區監測相結合、傳統方法監測與新技術新方法監測相結合，部分方法的應用具有突破性，如在天津濱海新區建設一組能監測1200m深度范圍內地層變形的分層標組，它將能提供地熱開采是否產生地面沉降的直接依據；河北曹妃甸新區是吹填造陸形成的在建工程建設區，地表處於復雜工程建設條件下，常規方法無法實現地面沉降監測，工作中探索性應用高解析度INSAR技術對其地面沉降進行監測研究，獲得良好監測效果，突破了傳統方法對地面沉降監測瓶頸。

地面沉降監測體系建設總體思路：「點面結合、區域控制、突出重點」。優先建設區域監測體系，在區域監測體系建設中，發揮INSAR監測的空間完整性特點、查明區域上地面沉降分布特徵，並充分利用區域二等水準測量精度高的優勢查明地面沉降速率，兩種監測技術方法融合，取長補短，提高區域地面沉降監測精度。條件允許的情況下建立基岩標作為測量基點，同時對構造沉降進行監測；在區域地面沉降監測基礎上，選擇地面沉降重點區加密水準網建設，並選擇重點地點建立分層標組進行不同深度土層變形情況高精度監測，為地面沉降成因及機理研究提供更精確的數據依據；地表形變監測的同時進行含水層和弱透水層地下水位監測，為地面沉降機理研究和耦合預測模型建立提供依據。按照以上監測體系建設思路分別在天津濱海新區和河北曹妃甸新區建成地面沉降監測體系，監測效果良好，取得顯著社會效益。

二、應用范圍及應用實例

1.應用范圍

環渤海地面沉降監測體系建設思路尤其適用於沿海經濟建設起步區和快速發展地區，對於其他地區地面沉降監測研究具有借鑒意義。

2.應用實例

在天津濱海新區和河北曹妃甸地區地面沉降監測體系建設與監測中，應用了該套思路。地面沉降監測結果，可以明確天津濱海新區、曹妃甸地區地面沉降成因類型，從而為因地制宜進行防治對策研究提供了直接依據，並為天津濱海新區、曹妃甸地區地面沉降預警系統建設奠定了扎實基礎。

三、推廣轉化方式

成果推廣轉化形式以宣傳報道、技術咨詢和現場服務為主。目前，天津濱海新區地面沉降監測已納入天津地面沉降監測體系，與天津控制沉降工作辦公室實現了監測數據共享，在天津濱海新區地面沉降控制治理工作中發揮了重要作用。曹妃甸地面沉降監測研究成果為研究填海造陸區地面沉降機理奠定了基礎。今後，環渤海地區地面沉降監測體系將為地方政府制定地面沉降防治對策提供基礎數據，為我國沿海地區地面沉降監測治理提供技術示範。

技術依託單位：中國地質調查局天津地質調查中心

聯系人：馬震

通訊地址：天津市河東區大直沽八號路4號

郵政編碼：300170

聯系電話：022-84112961

電子郵件：[email protected]

『拾』 地面沉降防治調查監測的任務和部署

本規劃將圍繞我國已發生地面沉降的區域來進行任務部署，其主要工作任務為地面沉降區調查監測以及建設相應的信息系統。

8.3.1 地面沉降防治調查監測的任務

（1）國家級區域監測網建設

國家級區域地面沉降監測網路按點、線、面即地面沉降實時監測站、控制剖面（線）和區域GPS一級網三個層次布設。

第一層次：國家級地面沉降實時監測站。選擇地面沉降漏斗中心城市，建設全天候GPS固定基準站和基岩標、分層標，組建區域地面沉降監控中心，通過網路實現集中遠程遙控自動、同步實時施測，以此提高對城市地面沉降災情的快速反應能力，並為國家重大決策提供實時信息。

第二層次：國家級區域地面沉降控制剖面。根據不同地質單元和不同地區引發地面沉降的因素，布設區域地面沉降控制剖面，剖面由GPS基準站、GPS一級觀測點、基岩標、分層標組、城市水準測量和地下水動態監測井構成，採用GPS測量、精密水準測量和InSAR技術監測等技術方法同步進行監測，以此了解各沉降漏斗之間的變化規律；同時，在不同網點的結合部位進行重復測量，通過測量數據的校正，以此對區域網路進行精度控制，使不同地區、不同方法建立的網路實現整體化。

第三層次：國家級區域地面沉降一級監測網。建立GPS地面沉降一級網，並與各地已建的水準測量網和地下水動態監測井構成區域地面沉降骨幹監測網，為政府地質環境保護進行區域規劃，快速了解區域地面沉降空間分布狀況以及地質環境信息發布奠定基礎，同時，又可以為GPS地面沉降二級監測網提供控制依據。整個控制區擬建設GPS一級監測網點180個，其中約90個GPS一級網點建在重點剖面區域，GPS的基線長度控制在20～30km之間，以提高重點監測區的精度。同時完善地下水動態監測網，從地面沉降角度對地下水觀測井分布點作空間上的調整，做到重點區與一般區相協調，監測層位上以開采層為中心的格局，同時盡量做到地下水監測點與地面沉降監測點相對照，建立全區地面沉降地下水動態資料庫。

（2）省（市）二級監測網建設

根據本地區的地質環境背景、人類活動和社會經濟發展規劃、地面沉降的地區差異等，按不同網度進行GPS地面沉降二級監測網的布設，在城市建築密集區採用精密水準監測網路、基岩標和分層標組，統一進行區域地面沉降監測網路的建設。以此詳細查明區域地面沉降現狀及其發展規律，為制定地面沉降防治措施，研究地面沉降機理並進行預測預報提供依據。一級GPS網為二級網提供介面，二級GPS網可以依附在一級GPS網上。

（3）區域地面沉降信息網建設

以高起點建立基本覆蓋區域、系統比較完善、手段先進的地面沉降監測網。組建區域地面沉降監控中心，構建區域網路傳輸系統，實現地面沉降工作的網路化管理。同時，建立區域地面沉降信息系統，以此實現對地面沉降信息進行綜合集成及信息發布的統一平台。

8.3.2 地面沉降防治調查監測任務的區域部署

上述地面沉降防治調查監測任務主要部署在我國已發生地面沉降的下列區域：

1）長江三角洲（以上海市、蘇錫常地區和杭嘉湖地區為重點）；

2）華北平原（以北京市、天津市、滄州地區、唐海地區和德州地區為重點）；

3）關中平原（以西安市為重點）；

4）淮北平原（以阜陽地區為重點）；

5）松嫩平原（以大慶油氣開采區為重點）。

（1）國家級區域監測網建設

第一層次：國家級地面沉降實時監測站建在上述5個地區，分別選址於：①長江三角洲的蘇州、無錫、常州、嘉興及上海等地面沉降嚴重的大城市；②華北平原的北京、天津、滄州、唐海和德州等地；③關中平原的西安市；④淮北平原的阜陽市；⑤松嫩平原的大慶市。

第二層次：國家級區域地面沉降控制剖面部署於：①華北平原：重點控制一縱兩橫三條剖面，以天津—滄州—德州一線的串珠狀地下水漏斗中心作為縱剖面，以太行山前石家莊至濱海平原黃河三角洲和北京—天津—唐海作為兩條橫剖面。這些地面沉降監測控制性剖麵包括了環渤海濱海低平原地下水過量開采區、黃河三角洲油氣開采區、區域地下水過量開采引發的地下水水位降落漏斗中心區以及重要城市地區。②關中平原、淮北平原和松嫩平原：按照前述任務要求進行部署。

第三層次：國家級區域地面沉降一級監測網部署於：①長江三角洲：規劃至2010年，建成由251個國家級網點、1300個省（市）級網點（未含城市地區水準點和區域地下水長觀井）組成的、控制面積達5萬余km²的（平原區）國家級地面沉降一級監測網。②華北平原：規劃至2010年，整個控制區擬建設GPS一級監測網點180個，其中約90個GPS一級網點建設在重點剖面區域，GPS的基線長度控制在20～30km之間，並與省（市）級二級GPS網點一起，組成控制面積達5萬余km²的地面沉降國家級監測網。同時完善地下水動態監測網，從地面沉降角度對地下水觀測井分布點作空間上的調整，做到重點區與一般區相協調，監測層位上以開采層為中心的格局，同時盡量做到地下水監測點與地面沉降監測點相對照，建立全區地面沉降地下水動態資料庫。③關中平原與淮北平原：規劃至2010年，兩平原在整個控制區擬分別建設GPS一級監測網點60個，其中約20個GPS一級網點建在重點剖面區域，GPS的基線長度控制在10～20km之間。加上省（市）級二級GPS網點，將可組成控制面積達1萬余km²的國家級區域地面沉降一級監測網。④松嫩平原：規劃至2008年，整個控制區將建GPS國家級一級監測網點60個，其中約20個GPS一級網點建設在重點剖面區域，GPS的基線長度控制在10～20km之間。再加上省（市）級二級GPS網點，組成控制面積達1萬余km²的國家級區域監測網路。

由於長江三角洲地區是我國開展地面沉降勘查、監測、研究最早的地區，規劃應建議在該區域內建設「國家級區域快速監測骨幹網」。

建立GPS地面沉降基準網（一級網）以及將重點地區已有的及擬建的基岩標、分層標組作為區域地面沉降骨幹監測網，為政府地質環境保護進行區域規劃，快速了解區域地面沉降空間分布狀況以及地質環境信息發布奠定基礎。同時，又可以為GPS地面沉降二級監測網提供控制依據。

（2）省（市）二級監測網建設

上述五個地區在規劃年份中，將按任務要求分別建立省（市）二級地面沉降防治監測網（長江三角洲地區為「省（市）級分區詳細監測網」）。

（3）區域地面沉降信息網建設

上述5個地區在規劃年份中，將按任務要求分別建立健全區域地面沉降信息網，實時發布覆蓋相應區域的地面沉降調查監測信息。

需要說明的是，關中平原地區在產生地面沉降的同時，還出現了嚴重的地裂縫。必須根據關中平原地下水水位降落漏斗中心、地面沉降現狀和現有的地面沉降設施（西安市），以及不同地區引發地面沉降和地裂縫的因素，建設國家級地面沉降區域監測網、省（市）級分區詳細監測網和關中平原區域地面沉降及地裂縫信息網。