地面沉降自动测量装置

『壹』 地面沉降监测

地面沉降监测工作可分为以下几个阶段。

一、收集资料与分析研究

主要收集城市1：1万或1：5万比例尺交通图和地形图，沉降区水文地质工程地质勘查资料、水资源管理方面的资料、市政现状及远景规划资料、沉降区内国家水准网点资料、城市测量网点资料，井、泉点的历史记录及历史水准点资料，研究沉降区水文地质工程地质条件，历年水资源开采情况，已有的监测情况，地面沉降类型及沉降程度，分析地面沉降的原因、沉降机制，估算地面沉降的速率，划分出沉降范围及沉降中心，编制地面沉降现状图。作为监测网点布设的依据。

二、地面沉降调查

地面沉降主要危害表现为地面标高损失，其危害是多方面的。开展地面沉降调查主要包括调查城市基础设施遭受地面沉降损失情况，比如年代比较久远的构筑物地基下沉情况、深井井管上升和井台破坏情况、桥墩不均匀下沉、自来水管弯裂漏水等；调查城市内涝情况，在发生地面沉降的市区，因地表标高的损失，在雨季就会发生积水现象；调查路基下沉情况，地面沉降区内如有重大交通干线通过，应调查路基的沉降情况，如穿过沧州市地面沉降中心的京沪铁路，由于地面沉降致使路基下沉，碎石路基一再加高，在津德57号水准点附近铁轨下的垫石比原垫石层加厚了约500mm。

三、地面沉降监测

对于初次开展地面沉降监测的区域，首先应该获取工作区干涉雷达数据，对干涉雷达数据进行处理和分析，建立应用干涉雷达测量技术调查与监测地面沉降的技术流程与工作方法。查明工作区内主要地面沉降区域分布状况。并查明地面沉降成因，在此基础上有针对性地部署监测网络。

根据地面沉降的分布状况，在沉降中心地区，选择沉降量较大的区域，按照土地使用状况建立分层标和基岩标等监测设施，进行重点点位的地面沉降监测；区域上高精度的地面沉降监测主要通过建立精密水准网和GPS网来进行监测，建立精密水准网的地区通过每年1次的精密水准测量，得出区域内比较精确的地面沉降量。由于GPS具有全球性、全天候、高精度、实时性等特点，GPS地面沉降监测已经被广大发达国家所应用，因此在沉降比较严重的区域也可以建立GPS网对区域内的地面沉降状况通过GPS来进行监测，比如美国地质调查局在加利福尼亚州布设了GPS监测点250个，在区域上每30km一个点，重点区域加密到3km一个点，监测精度达到1mm/a。为了分析研究地面沉降的成因和机理，在分层标和基岩标所在位置，以及有水准点和GPS监测点覆盖的位置可以建立地下水动态监测点来进行水位的监测，通过分析水位变化状况及地面沉降量大小以及与时间的关系，研究区域内地面沉降的主要层位和沉降机理。

与地面沉降伴生的地裂缝会在地表产生开裂，造成灾害，因此也需要监测。开展地裂缝监测是掌握地裂缝发展变化规律与制定防治对策的一种手段。监测的目的和任务是：①查明地裂缝的出露范围，组合特征，成因类型及动态变化；②对多因素产生的地裂缝应判明控制性因素及诱发因素；③评价地裂缝对人类及工程建设的危害，并提出防治措施。

监测报告编制：通过上述地面沉降调查和地面沉降监测，编写研究区地面沉降监测报告。地面沉降监测报告编写提纲可参考地面沉降监测相关的标准规范。

『贰』 基于水准测量的地面沉降监测

徐州市大屯中心区位于江苏省徐州市沛县北部与山东省微山县接壤部分的微山湖畔，是上海大屯煤电公司办公、生活及辅助生产企业的所在地，东距微山湖 5km。

徐州市大屯中心区从 1976 年开始观测地面沉降，1988 年建立了地面沉降观测系统，分别沿区内主要线路布设 A、B、C、D 共四条观测线，建立了比较完整的地面沉降观测系统，各线路控制点均远离中心区抽水井，地表结构相对稳定，整个观测线路总长 30km，各线路的高程控制点均为矿区三等水准网中的点。

沉降量均为以 1976 年为起始高程计算的结果。从 1988 年到 2006 年的系统观测资料( 图 6 － 12) 看，中心区地面沉降在逐年加剧，沉降速率有较大的波动。七村点在 1988 年累计沉降量为 329mm，2006 年为 821mm，平均沉降速率为 27mm/a，最大沉降速率53mm / a。根据历年观测数据利用绘图软件 Surfer 8. 0 绘制 1998 年和 2005 年的沉降观测等值线 ( 图 6 －13) ，从图中可以看出中心区在 1998 年形成以沉降观测点 A10 为中心和以刘总 3 为中心的两大沉降漏斗，最大累计沉降量 330mm。此后，沉降区域逐渐扩大，沉降漏斗面积逐年增加，到2005年形成以铁6井为中心的一个大的沉降漏斗，沉降区的走向为北东，最大累计沉降量600mm，累计沉降量大于100mm的区域面积达到11.57km²。

图 6 －12 七村点累积沉降量与沉降速率历时变化曲线

图 6 －13 大屯中心区地面沉降区域的空间演化

利用1988～2005年的观测数据，对中心区2010年的地面沉降进行趋势预测，并根据预测结果绘制2010年的沉降等值线图(图6－14)。从图6－14可以看出，2005年形成的沉降漏斗与2010年形成的以A6点为中心的漏斗连成一个大的沉降区，沉降区边界等值线500mm，累计沉降量大于100mm的区域面积将达到32.86km²，最大沉降量为753mm。

图6－14 大屯中心区预测2010年沉降等值线

『叁』 地面沉降的监测技术

（一）孔隙含水系统水文地质工程地质分析

孔隙含水系统水文地质工程地质分析是开展地面沉降防治及预测各项工作的基础，要求首先查清孔隙含水系统中含水层和粘性土层的空间分布规律及结构特征，在此基础上，分别进行水文地质、工程地质分析。

水文地质分析的内容有：①对含水系统的开采井的位置、开采量、开采层位进行调查并编绘出相应的图件；②地下水动态分析，包括水量动态和水位动态分析两项内容，水量动态分析主要是对开采量进行统计分析，统计时应分层或者按含水组进行，并找出开采量随时间、季节的变化规律；水位动态分析，主要分析各个开采含水层组水位变化与开采量之间的关系，并编绘出等水位线图及相关图件；③通过抽水资料分析，查清各含水层的水文地质参数（渗透系数、储水系数等）的空间分布。

工程地质分析是根据含水系统中主要粘性土层的沉积岩相、孔隙度、含水量、天然密度、压缩系数、压缩模量、前期固结压力等物理、力学指标和渗透系数，进行工程地质分层，划分出主要压缩层。在分析过程中应将重点放在主要开采层及其相邻的粘性土层上。

此项工作的目的是通过上述工作，用水文地质、工程地质参数对含水系统进行描述，使其数字化，并用时空动态数据描述含水系统与人工开采系统、地表水系统、大气降水系统之间的关系，为进行地面沉降防治及预测打下基础。这项工作中，对含水系统的分析程度和描述精度直接关系到地面沉降防治及预测的质量。

（二）基岩标的建立与观测

地面沉降观测是对沉降区沉降量的测量，该沉降量是相对于地面原标高的下沉量，由于地面沉降面积大，在沉降区内找不到稳定的基准点，地面沉降观测一般是以基岩山区的水准点作为稳定基准点。测量时往往需要从山区的基岩水准点出发，用一级导线水准测量出沉降区的沉降量，这样做，不但费工费时，而且精度受基岩水准点到沉降区距离的影响。天津在20世纪70年代末进行地面沉降观测时，每次都得从90km外的蓟县山区基岩水准点出发，进行水准测量，工作量很大。为解决这一问题，就需在沉降区内建立基岩标。基岩标是在沉降区内利用钻孔揭穿基岩以上所有的松散沉积层，将钢制标杆埋设在基岩上的水准点。在沉降区内，以基岩标作为稳定的水准基准点，进行沉降量的测量。天津在80年代中期，建立了以基岩标为基点的地面沉降观测系统，不仅节省了工作量和投资，而且提高了测量精度。基岩标结构见图11-6（a）。

1.分层标的建立与观测

通过对地面水准点进行水准测量得到的沉降量，代表该水准点地面以下各个地层沉降量的总和。在地面沉降研究中需要获得含水系统中主要地层（含水层、粘性土层）的沉降量，以了解它们单独在地面沉降总量中的贡献，这就需要建立分层标。分层标是将钢制标杆埋设在主要地层顶、底面上的水准点。两个相邻分层标的沉降量之差即为这两个分层标之间地层的沉降量。根据地层的沉降量即地层的变形量（ΔS）、地层厚度（M）、水位下降值（Δh）及孔隙比（e）便可用以下公式计算出地层的压缩系数（a_V）、压缩模量（E）、单位释水系数（S_S）等工程地质、水文地质参数。

生态水文地质学

生态水文地质学

生态水文地质学

这些参数代表性强，一方面，可直接用于地面沉降的预测；另一方面，这些参数是可变的，它反映出地层力学性质随应力（水位下降值）及土的固结程度的变化。一般来说，若采用从土工实验室获得的上述参数进行地面沉降的预测，误差较大，需用分层标资料来校核。分层标结构见图11-6（b）。

例题1：某市承压含水系统中第二含水组粘性土层厚6m，孔隙比为0.4，1980年含水组水位下降2m，分层标测得它的沉降量为20mm，试计算出粘性土层的压缩模量（E）、压缩系数（a_V）、单位释水系数（S_S）。

生态水文地质学

生态水文地质学

生态水文地质学

生态水文地质学

2.孔隙水压力观测

孔隙水压力观测是观测含水层或粘性土层中孔隙水的压力变化。通常是将专门的孔隙水压力测头埋设在已设置沉降标地层的中部、距沉降标很近的位置上，观测沉降层中孔隙水压力变化。孔隙水压力观测与沉降标观测同步进行，只是观测密度要大一些。进行孔隙水压力观测的目的是分析主要沉降层孔隙水压力消散与变形的关系，掌握在含水层水位变化条件下沉降层中孔隙水压力消散、固结特征及变形的滞后效应等。与沉降标观测一样，孔隙水压力观测是研究地面沉降的主要手段之一。孔隙水压力测头结构见图11-6（c）。

图11-6（a）基岩标结构示意图

图11-6（b）分层标结构示意图

图11-6（c）孔隙水压力测头结构示意图

3.地面沉降观测网

地面沉降观测网由基岩标、地面水准点、分层标及地下水长观系统组成，用来对地面沉降发展趋势进行有效的监测。地面水准点依据水位降落漏斗的形态布置，布置的点数以能控制沉降漏斗形态为标准，尽量利用已有的水准点，节省工作量和投资，在外围地区，点的密度小一些，漏斗中心区，点的密度则大些。分层标设在沉降中心区的主要压缩层上，对压缩层的变形特征进行监测。地下水长观系统主要监测含水系统中各个含水层的水位及开采量变化，结合沉降量的观测资料分析开采量、水位下降值与沉降量之间的相互关系。

『肆』 做地面沉降点的机器叫什么

做被子的机器叫绗缝机。
电脑绗缝机功能与优点：
1 薄度调整功能：来调整不同的薄厚，可以按照相关说明来调节绗缝的深浅。
2 花型存储功能：电脑绗缝机磁盘可以长期存储花型，用户可以根据需要可选择使用添加花型。操作简单、方便、快捷。
3 设置线步功能：可靠性强，线步均匀，花样不容易变形。
4 旋梭功能：可以有效的防止断线。
5 断线检测功能：当断线时，系统自动停车。
6 占地使用率：电脑绗缝机占地小，但是绗缝尺寸大。
7 信息显示功：可以在显示器上看到主轴转速、停车因素、产量统计、剩余内存等显示。
8 安全装置：电脑、电机、机器等发生异常现象会自动停机，画面出现故障内容。
9 加固缝功能：开启加固绗缝功能后，绗缝机在特定点处自动绗来回针。
10 断电记忆功能：作业过程中停电或断电源时，或当绗缝机（针或线）出现问题，需要停机的时候，电脑绗缝机可以自动快速的，沿着花型运动路线的路线进行快进或快退。并且在需要继续绗缝的时候，可以自动或手动回到停机时的绗缝点，进行继续绗缝。
11 图案功能：图案由 50%-200% 横向、纵向单边扩大或缩小，且单位以 1% 自动修补、作业过程中，由于断线或无底线造成漏补时，可自动或手动采用指定针沿着针迹方向返回进行补缝。鼎诺技术员为您解答

『伍』 华北平原地面沉降监测

由于地下水长期超量开采，华北平原已成为世界上超采地下水最严重的地区之一，也是地下水降落漏斗面积最大，地面沉降面积最大、类型最复杂的地区，其中，又以京津冀鲁地区表现最为突出。大面积的地面沉降给当地人民生命财产安全造成了严重威胁，成为制约当地经济可持续发展的重要因素之一。

地面沉降直接导致华北平原滨海低平原地区地面高程资源损失，造成铁路路基下沉、风暴潮灾害加重。由于地面沉降影响泄洪，致使地面长期积水、厂房被淹，经济损失严重；地面的不均匀沉降，导致建筑物受损，大规模市政基础设施被破坏；由于地面沉降，引发了多处地面坍塌和地裂缝地质灾害，直接威胁人民生命财产的安危；由于地面沉降，使区域内经济愈发展，灾害损失愈大，严重制约了社会经济的可持续发展。

为了有效地监测华北平原地面沉降，中国地质环境监测院自2003年开始组织实施“华北平原地面沉降调查与监测”项目，由中国地质环境监测院牵头，组织北京市地质环境监测总站、天津市地质环境监测总站、河北省地质环境监测总站、山东省地质环境监测总站、中国国土资源航空物探遥感中心、中国地质调查局水文地质环境地质调查中心等单位，合作开展华北平原地面沉降调查和监测工作。通过该项目的实施，查明了华北平原主要地面沉降区的分布范围、形成机理、沉降幅度和沉降速率；建成了以精密水准测量、基岩标、分层标、GPS监测、InSAR监测和地下水监测等为主体的三维地面沉降监测网络。

一、地质环境背景

华北平原是一个大型的沉积盆地，地形平坦，总体地势自西北向东南缓缓倾斜，地面标高由山前100m逐渐下降到滨海2～3m，地面坡降由山前2‰～1‰逐渐过渡到中部平原的1.0‰～0.5‰，至滨海0.3‰～0.1‰。按成因类型、形态特征及水文地质条件可划分为山前冲积洪积倾斜平原、中部冲积湖积平原、滨海冲积海积平原。

华北平原是第四系堆积物厚度较大，成因类型复杂的地区。华北平原区第四系厚度一般为350～550m，由多层交叠的砂、砾石、黏土、亚黏土、亚砂土层组成。第四系粒度自上而下由细→粗→较细，构成了一个较完整的沉积旋回。反映了第四纪以来，地表径流由弱→强→较弱的变化过程。在山前平原地区，因受新构造运动影响显著，升降幅度较大，常形成明显的多阶不完整沉积旋回。一般，第Ⅰ与第Ⅱ含水层组构成一个沉积亚旋回，第Ⅲ与第Ⅳ含水层组构成一个沉积亚旋回。由上而下，含水层粒度从粗到细多次交替，其中以第Ⅲ含水层组粒度最粗。中部平原地区，由于径流变化不太明显，第四系含水岩层从上到下由数个粉砂—细砂—中砂—粗砂的岩性韵律变化段构成。一般仍以第Ⅲ含水层组粒度较粗。滨海平原地区，含水层以粉砂、细砂、中砂为主，岩性韵律变化不明显，但粒度中值依然以第Ⅲ含水层组为大。

华北平原地面沉降地质环境结构受地形地貌、岩相古地理环境以及新构造运动所控制，而且在地理分布上具有明显的分带性。根据各结构分区的物质来源、组成成分、成因类型及水文地质特征等，结合地形地貌和岩相古地理环境的分带性，相应的把华北平原划分为3个地面沉降地质环境结构区：山前平原(Ⅰ区)、中部平原(Ⅱ区)和滨海平原(Ⅲ区)。

二、以往监测情况和存在问题

华北平原在本次监测中范围界定为黄河以北、太行山以东的约14万km²，包括京、津、冀、鲁等省(市)，区内较为全面系统的区域地质工作开始于20世纪50年代，先后开展过1：5万、1：20万和1：25万不同比例尺图幅的区域地质调查工作，以及遥感和物探工作，基本查明了区域基岩地质和第四纪地质条件。区内水文地质研究程度较高，先后开展了1：20万区域水文地质普查，以农田浇水、地下水、地热为主的水文地质勘察，区域地下水资源计算与评价，地下热水和矿泉水勘查等工作。围绕中心城市工业发展规划区带相继开展了1：2.5万～1：5万水文地质、工程地质、环境地质综合勘察和供水水源地水文地质勘察，以及针对存在的水文地质、环境地质、地面沉降问题，开展的专题性调查研究和评价工作。

华北平原是我国发生地面沉降现象最具典型意义的地区之一。华北平原地面沉降调查与监测项目开展之前，该区域未开展过全区性的地面沉降调查与监测工作，有关省市虽然做了一些相应的工作，但进度很不平衡。北京地区地面沉降工作起步较晚，1984年编制的《北京市地面沉降调研报告》，初步分析了沉降区的水文地质、工程地质条件、地下水开采量及水位变化等因素对地面沉降的影响；分析了地下水水位下降漏斗与地面沉降漏斗的对应关系；1985年确定了八王坟地面沉降监测站基岩标、分层标、地下水水位观测孔、孔隙水压力观测孔的设计及施工方案。据此设计方案，于1990年建成了北京市第一个地面沉降监测站——八王坟地面沉降监测站，虽然该站在1998年四环建设时被占用，但其分层标沉降量观测资料为研究北京市东郊地区地面沉降形成机理和发展趋势奠定了基础。

天津市地面沉降勘查工作开始于20世纪七八十年代，工作内容主要有：地下水开采量调查、水位观测、水文工程地质孔施工、基础地质孔施工、分层标建设、人工回灌试验场建设等，共完成钻探进尺23 000m。基本查明了引起地面沉降的原因、沉降的主要层位、地层结构、水文地质工程地质条件等，这些工作的开展为机理研究，以及为1985年后制订控沉措施和水源转化、调整地下水开采层位、开采方案等提供了可靠依据；同时也为其他地区地面沉降工作的开展，提供了经验和大批重要的具有参考价值的资料。

天津市地面沉降专项水准测量始于1973年，在地面沉降相对严重的天津市区、塘沽区、汉沽区、大港区及海河下游区布设了一、二等精密水准监测网。1985年，将地面沉降专项水准监测的范围扩大，在天津市区、塘沽、汉沽、大港及海河下游地区面积1635km²的范围内布设一、二等精密水准监测网。水准网包含3000km的水准路线和1400多个水准点。其中，1000km为作为骨干网的一等水准路线，其余为二等及少量三等加密路线。水准复测从每年的10月开始，11月结束。每年由天津市测绘院对当年的测量结果进行平差计算，以网中位于宝坻的天津市水准原点(基岩点)为不动点，推算高程，并与上年比较，求出各水准点一年来的沉降值，并绘制沉降等值线图，作为采取相应控沉措施的依据。

河北平原地面沉降的研究起步较晚。20世纪70年代以前，主要进行水文地质条件的勘察，从70年代到80年代中期，在进行水资源评价的基础上，进行过少量的环境水文地质研究，在80年代中期以后主要是针对超采地下水引起的环境地质问题进行了多项勘察、监测和科研工作，但对与地面沉降有关的水文地质条件、工程地质条件、地层和地裂缝等方面的研究程度不深，没有建立有效的地面沉降监测网络。

三、监测目的与工作内容

为使地面沉降危害程度降到最低，开展地面沉降调查监测，查明主要地面沉降区的分布范围、形成机理、沉降幅度和沉降速率；通过GPS监测网和高精度水准点网获取水准点测量资料；通过地下水动态观测网获取地下水水位分层观测资料；通过地面沉降分层监测获取各土层的变形数据；通过资料收集获取地面沉降研究所需要的其他参数值。以获取的各种数据为基础建立基岩构造模型、松散沉积结构模型、地下水系统结构模型、地面沉降模型，从而建成华北平原地面沉降监测预警预报系统，为制订地面沉降防治规划提供必要的前提和基础，为华北平原地区内各省市的建设规划提供基础资料和科学依据，为华北平原地区各城市和人民生命财产安全提供地面沉降预警预报信息。

四、监测实施和结果

华北平原地面沉降调查与监测项目于2003年启动，至2008年12月项目共计完成了1：5万重点区域地面沉降调查13 903km²，1：10万区域地面沉降调查5100km²，1：25万区域地面沉降调查68341km²；地下水开采量调查10341km²；水准测量5553.8km；分层标测量1290组·次；钻探总进尺4235m；地球物理综合勘探150km；建立了基岩标5座、分层标组7座、GPS基准站5座、GPS观测墩152座，补充埋设水准标石36座；完成了华北平原沧州、天津和德州等重点沉降区地面沉降InSAR技术示范监测；完成了沧州、饶阳和保定等重点地面沉降和地裂缝区综合物探调查150km；GPS监测386点·次。

采用的监测方法介绍如下。

1.水准测量

华北平原地面沉降监测与调查按照《国家一、二等水准测量规范》(GB12897—91)、《测绘产品质量评定标准》(CH1003—91)、《测绘产品检查验收规定》(CH1002—91)等技术规范要求，分4年时间对地面沉降严重的天津武清、天津—沧县、唐山、沧州—衡水及德州等地开展了一等或二等水准测量，共计完成水准测量5281km。水准测量结果翔实地反映了华北平原地面沉降重点区域的沉降情况，为其他手段监测结果提供了良好的对比依据。

2.地面沉降GPS监测

华北平原地面沉降GPS监测网由5座固定基准站(图8-1 至图8-3)和152座监测墩(图8-4)组成。5座固定基准站分布在北京、天津、沧州与唐海4地，152座监测墩分布在华北平原地面沉降重点区域，具体分布情况见图8-5。

图8-1 北京GPS基准站

GPS固定基准站都采用钢筋混凝土结构现场浇铸施工，柱石顶端安装天线强制对中装置，东、南、西、北4侧各安放1个不锈钢水准标志。

图8-2 天津宝坻与汉沽GPS基准站

图8-3 沧州兴济镇基站、唐海四农场基站

图8-4 北京北齐家GPS监测墩BJ05

GPS监测墩均埋设永久性的标石，基本骨架网的GPS标石安装强制对中标志，以减少GPS测量的对中误差。埋设时坑底填以砂石，捣固夯实或浇灌混凝土底层，标石现场浇注。

5座固定基准站24h全天候工作，取得的数据能够自动传输到控制中心服务器，为本单位或者其他需要的单位提供数据下载。

华北平原地面沉降GPS监测网布设等级为C级，其各相邻GPS点间最小距离为5km，最大距离为40km，平均距离10～20km。由于区内各省市GPS监测网建设进度不一，运行的周期也未统一。

北京从2005～2007年共开展了4期GPS监测，其中2005年为2期，2006年和2007年各1期。监测使用14台双频Trimble GPS接收机对14个监测点进行联测，观测模式为相对静态测量。所得GPS测量结果与分层标监测和人工水准监测数据对比，误差较小。以第四期GPS测量的数据为例，14个数据中有8个数据与地面沉降专门测量的数据差值在10mm以内，只有2个数据差值﹥20mm，基本反映了区域地面沉降的变化趋势。

天津于2005年4～11月对区内33个GPS观测点进行了测量，并根据测量结果绘制了测量期内的地面沉降分析图，该图基本反映出天津市地面沉降总体趋势。计算精度由于受解算数据时段的限制受到一定的影响，通过联算几年的数据积累，可以对观测结果进行整体GLOBK平差处理，以提高GPS监测和数据处理精度。

图8-5 华北平原地面沉降GPS监测墩与分层标分布图

河北省对区内91座 GPS 观测墩分别进行了8次 GPS 测量，其中2004年1次，2005年2次，2006年3次，2007年2次。根据这些测量结果绘制了河北平原地面沉降图。

另外，5座GPS基准站自建成运行以来，取得了大量的监测数据，经与水准测量监测数据比较，高程变化误差在5mm以内。由于基准站数量太少，反映的还只是点上的变化，但其效果要比GPS观测墩监测数据更加平稳和快捷。

3.地面沉降InSAR监测

2003～2009年，华北平原地面沉降调查与监测项目利用InSAR技术，已分别完成了天津、沧州、德州以及天津滨海地区，地跨3 省1 市4个SAR图幅(1万km²)约4万km²范围内2004～2009年的地面沉降调查和监测(图8-6)。查明了工作区内沉降区(漏斗)的空间分布和变化状况，发现了数个年沉降量超过10cm的沉降漏斗和重点沉降地带。

图8-6 监测区范围示意图

考虑到SAR数据获取时成像质量以及覆盖范围存在偏差等问题，数据处理工作采用分区分时段的策略进行，将工作区分为4个子区，按照各子区的SAR影像进行差分干涉测量处理，对各子工作区采用基于多时相差分干涉纹图获取地表沉降速率，按照差分干涉图序列的时间跨度，研究各地区地面沉降的时间特征和空间扩展状况。利用各子工作区处理数据，提取了华北平原德州天津地面沉降区2004～2009年约4万km²覆盖区的地面沉降信息，生成了《华北平原德州-天津地面沉降区年度地面沉降速率图》。利用InSAR监测，查明了工作区内沉降区(漏斗)的空间分布和变化状况，发现了数个年沉降量超过10cm的沉降漏斗和重点沉降地带。并利用可获取的工作区地面水准测量资料对InSAR数据处理结果进行了精度检验和对比分析，表明利用InSAR技术进行区域性地面沉降调查与连续监测效果显著。

4.基岩标与分层标监测

华北平原地面共有8座基岩标与16 组分层标，分别位于北京、天津、唐山、沧州和衡水等地，各标分布位置如图8-5所示。

5.监测结果

通过空中、地表、地下的立体监测，查明在华北平原14万km²的调查范围内，﹥2000mm的沉降面积达930.4km²；﹥1000mm的沉降面积达6236.5km²；﹥500mm的沉降面积达30 202.9km²；﹥200mm的沉降面积达64 296.6km²。北京地区主要沉降中心为东八里庄—大郊亭、通州区、朝阳区来广营、昌平区沙河—八仙庄、顺义区平各庄、大兴区，最大累计沉降量分别为0.765m、0.536m、0.826m、1.106m、0.475m、0.791m；天津地区主要沉降中心为塘沽、汉沽、市区、武清，中心最大累计沉降量分别为3.25m、3.11m、2.96m、2.898m；河北地区主要沉降中心为沧州、任丘、河间、献县、肃宁、冀枣衡、唐海、廊坊，最大累计沉降量分别为2.518m、1.17m、1.311m、1.336m、1.138m、1.314m、0.846m、0.6m；山东德州沉降区，最大累计沉降量达1.081m。本项目调查和监测结果显示，华北平原不同区域的沉降中心仍在不断发展，并且有连成一片的趋势(图8-7)。

本次工作，采用了多种手段进行地面沉降调查与监测，通过比较发现基岩标测量、分层标监测、精密水准测量是最可靠的方法。InSAR监测虽然精度能达到5mm，但在处理工程中需要水准测量结果的配准，因此InSAR监测适合与水准测量和GPS结合。GPS监测从目前来看，结果不是非常理想，本项目监测精度大概在11mm左右。

图8-7 华北平原地面沉降现状图

『陆』 上海市地面沉降监测技术

陈华文

（上海市地质调查研究院，上海，200072）

【摘要】近年来，通过引进自动化监测、GPS、GIS等技术，上海地面沉降监测技术有了显著的提高。在分析基岩标、分层标的长期运行资料基础上，优化了其设计与施工技术；通过多期的GPS复测研究，总结了地面沉降GPS测量技术规程。针对不断变化的社会需求优化地面沉降监测方案，加强了地铁、防汛、桥梁、高架道路等重要城市基础设施的沉降监测，积极参与城市建设与管理，为城市建设与管理解决具体问题。

【关键词】上海市地面沉降监测技术基岩标分层标

1上海地面沉降监测工作发展

20世纪60年代初，由于上海市区大规模集中开采地下水，造成了严重的地面沉降灾害。1961年上海市地质勘察局工程地质大队利用已有的深水井建立了初期的地下水动态观测网，1962年开始埋设基岩标、分层标组，开展市区范围的面积水准测量，监测市区地面沉降及其时空变形规律。在20世纪70、80年代分别对地面沉降监测设施进行完善与补充。截至1985年在市区及近郊区已先后埋设了基岩标21座、深式分层标17组、地面水准点752座及孔隙水压力测头20组，全市地下水动态监测网共布设了地下水位监测井650口，形成上海市地面沉降动态监测网。

1985年后由于受大规模城市建设影响，地面沉降监测网络受到了较大的影响。上海市政府、市建委非常关注地面沉降监测网面临的问题，在专家论证基础上批准了原上海市地质矿产局上报的《上海市地面沉降监测网络修建规划（1995～2000）》的工作方案，1996年上海市人民政府出台了《上海市地面沉降监测设施管理办法》。目前，上海市地面沉降监测范围从原来的市区和近郊区扩大到了全市，形成了由地面沉降监测站（基岩标分层标组）、地下水动态监测网、精密水准监测网、GPS地面沉降监测网组成的地面沉降监测网络（表1）。

表1上海市地面沉降监测网络情况表

2.2分层标测量掌握地面沉降规律，确定针对性的地面沉降控制方案

土层分层沉降监测以分布于全市的31座地面沉降监测站为主体，其中25座位于中心城区内。地面沉降监测站以基岩标为基准，由根据水文地质、工程地质条件设置于不同深度土层的分层测量标志、各含水层地下水监测孔、孔隙水压力孔组成。所取得的地下水—土层变形资料，是对定量分析地下水位、土层变形的规律、影响因素及机理的基础（图2）。通过对各含水层地下水位变化、土层变形动态规律的分析，可以确定影响地面沉降的主要因素及其权重，提出具体的地面沉降防治方案。

图2上海中心城区承压含水层地下水位、土层变化特征

（A、B、C分别为劳动公园第二、三、四承压含水层，D为华漕第五承压含水层）

如20世纪90年代，上海中心城区地面沉降速率呈现不断增大的态势，当时各方面对地面沉降因素存在不同的看法。地面沉降分层标资料的分析清楚的表明，80年代中心城区第四含水层地下水位在－15.0～－26.0m之间，沉降量为3.0mm/a;90年代随着地下水位下降至35m的过程中，变形速率逐渐增大至11.21mm/a，第四含水层对中心城区地面沉降的影响权重由32.3%上升到49.27%；与此同时，全市地下水开采量由1.2亿m³增加到1.5亿m³，其中第四含水层开采量占65%。显然，影响地面沉降速率增大的主要因素为地下水开采量增大。针对此主要影响因素，重点压缩第四含水层的地下水开采量，2000～2003年中心城区平均地面沉降由12.27mm/a减小至9.60mm/a。

3新技术方法在地面沉降监测中的应用

3.1GPS技术在区域地面沉降监测中的应用

上海自1998年开始进行应用GPS技术监测地面沉降的可行性研究，2000～2003年先后完成了上海市的地面沉降GPS监测一级网建设、地面沉降监测网规划及平差计算研究、地面沉降GPS一级网监测试验总结等多项工作。上海市地面沉降 GPS监测一级网已进行了6次复测，在多次复测中不断摸索经验，规范操作规程。目前，上海地面沉降 GPS一级网共有36个监测点组，投入6～10台 Ashtech Z-Surveyor GPS接收机，测量时段长12小时，采用GAMIT专用处理软件计算，利用GPS技术监测地面沉降的研究取得一定的进展（图3）。

（1）地面沉降GPS监测结果与全市水准点复测得到的地面沉降等值线图的趋势基本相同，反映GPS技术监测大范围地面沉降的可行性。为了验证 GPS观测结果的准确性，选择了华漕、桃浦、外高桥、北蔡、顾路、唐镇、华亭、嘉定、白鹤、朱泾等10处其近旁置有 GPS观测墩的基岩标作为基准点，以一等精密水准测量对比 GPS监测点，相同监测点的GPS和一等精密水准结果最大差值为2.1cm，其余各点之差值均在1cm以内。6次观测得到的5次变形量，用GPS测量与精密水准本次变形相比较，计算的总标准偏差为±1.3cm；对比统计数据表明，获得的GPS大地高的准确度与天津市用7年资料计算获得的±1.2cm相近。

图3上海市地面沉降GPS测量累计变形量等值线图（2001.1～2003.11)

(2）通过GPS测量监测点大地高变化，监测地面沉降的精度目前可以达到1cm，适用于沉降速率较大或一定时间间隔的大范围地面沉降监测。从GPS监测点大地高变化情况看（图4），GPS地面沉降监测对于捕获较大的变形量比较适宜：对于大于3σ的变形量能够很准确的捕获，但接近或等于1σ（标准差）的变形量则难以准确捕获。相似结果在美国休斯顿 Harris-Galveston地区、台湾地面沉降 GPS测量结果基本一致。

3.2自动化监测技术在实时地面沉降监测中的作用

在中国地质调查局、上海市房地资源局支持下，自2000年开始逐步引进自动化监测技术，目前已完成8座地面沉降监测站的自动化改造。地面沉降自动监测系统主要采用联通管原理，测量分层标体沉降导致的液面变化，精确测量土层分层沉降变形（图5）。

从目前已投入运行的8座地面沉降自动化监测系统的情况看，精度与运行效率可以满足地面沉降研究的需要（图6、图7）。

图4地面沉降GPS一级网部分监测点大地高变化

图5测点与仪器组成结构示意图

图6华漕地面沉降自动化监测站各土层沉降历时曲线

图7华漕地面沉降监测站地下水位变化曲线

4地面沉降监测工作服务于上海城市发展

4.1积极参与城市建设与管理，努力把握城市发展对地面沉降监测与研究工作的需求

地质环境是城市发展所依存的自然空间，而地质灾害则是自然与人类活动共同作用的综合表现。通过积极参与上海城市建设与管理工作，我院较为准确地把握了上海向现代化城市发展过程中地质环境所表现出新的特征与趋势，及时调整了地质环境监测工作的重点。近年来，先后参与了地铁交通网、浦东国际机场、磁悬浮列车、洋山深水港及高速公路网的建设。

地面沉降灾害降低了防汛墙、海塘等防汛设施的防御能力，不均匀沉降对轨道交通线产生明显的影响，有关建设与管理部门十分希望地质环境监测能够提供有益的帮助。近年来，将地质环境监测重点调整到具有较大影响的轨道交通、大桥、城市防汛等方面，努力将地质环境保护与地质灾害防治纳入到上海城市规划范畴。2001年我院与上海市城市规划设计研究院共同完成了“城市地面沉降对规划制定与实施的影响研究”，该项目获2002年度上海市科技进步二等奖，目前正进行将地质环境指标纳入城市规划体系的定量化研究工作。

4.2及时调整地面沉降监测工作方向，解决城市建设与管理中的具体地质问题

针对城市建设与管理中的具体地质问题开展了专题调查与研究。在上海市建设委员会与上海市房地资源局支持下，先后开展了“地铁一、二号线地下空间开发与地质环境相互作用研究”、“地面沉降对城市防汛（涝）影响的调查研究”，围绕地质环境变化对城市生命线工程的影响进行了调查与评价，提出了在地铁、防汛规划与设计中避免地质灾害影响的对策措施。这些地质环境监测与研究成果，已在地铁建设、新一轮黄浦江两岸规划防汛标准制定等工作中得到实际应用，进一步提高了城市地质工作的认知度。

4.3扎实工作，努力做好政府地质灾害防治决策的技术支撑

提高地质环境监测效率，制定合理的地下水开采与人工回灌计划是防治地面沉降的根本保证。为合理地开发地下水资源，在地面沉降与地下水动态监测与研究基础上，根据上海市房地资源局要求定时报送“地面沉降动态简报”（季、年报）；通过地面沉降趋势研究与预测，在每年末编制下一年度的“地下水开采、回灌实施方案”，报上海市政府批准实施。

为进一步发挥地质环境监测与研究成果的效用，加强地质灾害防治，我院积极参与了建设用地的地质灾害评估工作，做好政府决策的技术支撑。在上海市房地资源局指导下，完成了《上海市地质灾害区划研究》、《建设用地地质灾害危险性评估技术标准》的研究工作，使此项工作更加规范化、合理化。近年来，我院完成了20余项市重点工程的“建设用地地质灾害危险性评估”工作，有力地保障了工程建设的顺利进行。

『柒』 地面沉降调查与监测技术方法

一、内容概述

从20世纪60年代开始，上海开始系统地开展地面沉降调查及监测工作，采用的技术方法主要包括钻探、水准测量、基岩标分层标测量、地下水位动态监测等。

目前，上海地面沉降监测的技术方法有：地下水动态监测，一、二等水准测量，基岩标、分层标测量，GPS测量，InSAR测量，自动化监测系统等。

1.地下水动态监测

全市有地下水监测井450口，分别监控潜水和6个不同深度承压含水层地下水位（水质和水温）的变化规律（图1）。

图1 地下水位监测井及监测数据

2.一、二等水准测量

水准测量是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程（图2）。

技术特点：精密水准测量的优点是水准点埋设费用低、水准网布设灵活，能够较迅速地获取较小区域（甚至是人口密集区）的沉降信息；其不足是勘察区域面积较大时，观测周期长，投入人力资源大，人力成本较高，实时性较差。

技术指标：一、二等水准测量按照《地面沉降水准测量规范》（DZ/T0154-95）执行。

3.基岩标、分层标测量

基岩标和分层标测量是进行地面沉降监测的重要技术手段，是地面沉降分析研究和制定相应措施的基础。

基岩标是埋设在地下完整基岩上的特殊观测点，可以作为地面沉降测量的高程控制点。基岩标作为高程控制测量的基准，可减少传递误差，提高测量精度。分层标是根据土层的性质，埋设在地下不同深度土层和含砂层中的特殊观测点，是世界上公认的测量松散土层变形量的措施，广泛应用于松散土层的精确变形测量（图3）。技术特点：基岩标的优点是精度最高，能提供所有地面沉降监测研究工作的基准点；其不足主要是建设费用高（一般需要上百万元，甚至几百万元），建设工序较多，质量要求较高，场地落实困难。为此，应根据地面沉降监测的实际需要，基岩标的规划与建设需要详细论证。

图2 水准测量外业现场

图3 上海南浦大桥分层标组

分层标主要用于监测从地面至地下垂向上不同深度、不同土层的压缩变形，变形量记录比较全面、完整，一般与基岩标配合使用，以基岩标、分层标组形式配对规划。其优点是可监测某一特定区域如沉降漏斗或某一点的垂向上不同深度的变形，获得立体空间上的变形量，若配以地面沉降自动化监测系统，将可以获得实时、连续土层的变形量；其主要不足是建设费用高。

技术指标：基岩标作为地面沉降监测基准，精度级别是最高的。

分层标测量分为人工测量、自动化测量两种。根据《地面沉降水准测量规范》，人工测量的精度一般为0.3mm。

4.GPS测量

GPS测量是利用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）在远离变形区的适当位置，选择或建立一个基准站，在变形区内设置若干个监测点，在基准站和监测点上分别安置GPS接收机，进行连续观测，并将观测数据进行分析和处理（图4）。

图4 GPS 基准站

技术特点：观测时间短，人工作业劳动强度低，观测作业简便，测站间无须通视，布点灵活，可以在任何时间、地点和天气状况下进行全天候连续监测，定位精度高，较高的作业自动化水平等。

技术指标：按照《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）中B级网要求，按平均15km边长推算，高差的误差为34mm，实际结果为大地高程变化量精度在5mm左右。

5.InSAR测量

雷达干涉测量技术（InSAR）将合成孔径雷达（SAR）成像原理和干涉测量技术相结合，利用雷达回波信号所携带的相位信息精确测量地表某一点的高程信息及其微小变化。其原理是通过两副天线同时观测（单轨道双天线模式）或两次重复观测（单天线重复轨道模式）来获得同一区域的重复观测数据，即单视复数影像对，这是InSAR进行高程提取或形变监测的数据源。

技术特点：InSAR技术具备可以同时获取点、线、面的沉降量，投入人力资源少等特点，已经显示出用于地面沉降研究的广阔前景和巨大潜力。其不足之处也很明显，主要是目前InSAR技术不是很成熟，尚处研究阶段，距大范围的推广应用还有一段时间。

技术指标：上海地区InSAR监测试验结果表明，InSAR技术在垂向的精度可以达到±3.7mm，目前仍正在进行试验研究中。

6.自动化监测系统

在分层标、水位孔上安装自动化设备，实现分层标土体变形、水位变化自动观测、记录、传输、数据库录入等功能，进一步提高了分层标、水位测量自动化程度（图5，图6）。

图5 地面沉降自动化监测设施原理图

图6 地面沉降监测数据采集、传输系统示意图

技术特点：地面沉降自动化监测系统的优点是精度高、连续、实时、自动记录、自动传输、无人值守且可以任意设置数据采集时间、同时监测不同土层的沉降，有利于从变形量中分离出每个土层的变形量，计算不同土层对总沉降量的贡献，有利于研究地面沉降的原因、机理和机制。地面沉降自动化监测系统主要不足为一次性建设费用较高，因此比较适合选定有代表性的典型区域如沉降漏斗中心、漏斗边缘等。因其高昂的建设费用，目前主要还是用于点状对象的监测上。

技术指标：分层标自动化监测精度平均绝对误差应不大于1mm；地下水位监测精度应为± 0.01m。

二、应用范围及应用实例

（一）应用范围

成果广泛应用于地面沉降监测。

（二）应用实例

1.一、二等水准测量

按照《地面沉降水准测量规范》（DZ/T0154-95）、《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）的要求，上海地质调查研究院在全市范围内布设了一、二等高程控制网。基于基岩标，从一座基岩标至另外一座基岩标，组成大型高程控制网。

按照覆盖的区域和复测频率，高程控制网分为郊区高程控制网、中心城区（外环线以内区域）高程控制网。郊区高程控制网覆盖了包括崇明岛、横沙岛、长兴岛在内的整个上海区域，复测频率为每5年复测一次，用于全市高程控制数据的更新与发布，在图中绘制了一等水准路线图。二、三等覆盖整个郊区，目前缺少线路走向资料；中心城区（外环线以内区域）高程控制网分布在中心城区，复测频率为每1年复测一次，覆盖范围约1000km²，用于地面沉降分析和研究；两套高程控制网均以基岩标为结点，实现郊区高程控制网、中心城区高程控制网有机的统一和衔接。

2.基岩标、分层标

自开展地面沉降研究以来，高程控制网的基准点问题一直是关键性课题，有效的解决方案就是选择稳定的基岩建立基岩标。上海地质调查研究院长期从事这项工作，特别是经历了“九五”、“十五”、“十一五”等市政府重大课题大规模网点建设项目的实践检验，获得了丰富的施工和管理经验，形成了一套严密的作业流程，熟练地掌握了基岩标施工工艺，取得了基岩标实施工艺专利（专利号：ZL 012394556，证书号：第478596号）。上海地区目前已建设完成了比较完备的地面沉降监测网络，特别是“十一五”地面沉降防治工程开展以来，全市已累计建设了35座地面沉降监测站（16座实现了自动化监测），监测在基岩面以上不同深度土层的变形规律（图7至图9）。

图7 上海世博会会址地面沉降监测站

图8 地面沉降监测站自动化监测设施

3.GPS测量

2001年1月～2010年12月，上海市地质调查研究院共组织GPS一级网监测13次。其中2001年1月～2002年7月时段长为3h或6h，自2002年11月起，时段长由12h逐渐改为24h，并进一步优化了观测方案和数据处理方案，GPS监测地面沉降的精度、可靠性逐渐提高。

4.InSAR测量

图10显示了上海地区InSAR测量得到的2003年至2007年地面沉降速率图。

图9 地面沉降标组数据曲线

图10 上海幅工作区2003～2007年地面沉降D-InSAR监测速率图

三、推广转化方式

地面沉降监测技术的研究、发展、成熟和完善，为专利申报、规程、规范编制出台提供了有力的技术支撑，也为带动长三角地区乃至华北平原、西北汾渭盆地等区域地面沉降监测与防治发挥了引领和示范作用。

通过多年来对基岩标标型设计、施工便利程度、成本、适宜性、可靠性、稳定性等指标的研究，形成了一套成熟的基岩标施工工艺，并申请了专利（ZL J 2 39455.6，证书号：第478596号）。

编制的规程、规范有《地面沉降监测与防治技术规程》（DG/TJO8-2051-2008，上海市）、《地面沉降监测技术规范》（中国地质调查局）、《地面沉降测量规范》（国土资源部），为进一步规范全国地面沉降监测和防治工作做出了积极贡献。

技术依托单位：上海地质调查研究院

联系人：方正

通讯地址：上海市灵石路930号

邮政编码：200072

联系电话：021-56065720

电子邮件：[email protected]

『捌』 上海市地质调查研究院

全国地质环境监测能力建设

一、地质环境监测机构基本情况

上海市地质调查研究院（暨上海市环境地质站）现有从业人员150人，其中专业技术人员128人（高级职称者31人，中级职称者80人，初级职称者17人），其他人员22人（见表）。

上海城市地质信息网

（http://www.sigs.com.cn）

五、主要监测成果和服务

1999～2002年，开展了国土资源大调查——长江三角洲上海地区地下水资源合理开发与地质灾害调查评价工作，基本掌握了地质环境结构、地下水开发利用现状与地面沉降特征，为进一步完善、优化地质环境监测网奠定了基础，同时为控制地面沉降措施的制定提供了科学依据。

2003～2005年间，与江苏、浙江共同开展“长三角”地区地面沉降监测网建设与监测工作，通过建设长三角地区地下水和地面沉降监测统一技术要求，为长三角地区地面沉降监测联动奠定了基础，同时为长三角地区各级政府提供了更具针对性的地质灾害预防信息，地面沉降防治效果显著。

2004～2008年，国土资源部与上海市合作的“上海市三维城市地质调查”项目，依托长期的地质环境监测资料和勘查成果，对上海地区工程地质、水文地质、环境地质、基础和第四纪地质等进行了全方位的调查与研究，取得了丰富的地质调查研究成果，并在城市规划与建设、土地合理利用等领域得到广泛应用，取得了地质成果与城市规划紧密联系的重大突破。同时，针对城市生命线安全需求，明确了加强城市生命线地面沉降监测的重要性。

2006～2010年，长江三角洲地区上海市地面沉降监测与风险管理研究工作的开展，可为政府实施区域地面沉降防治管理、减灾防灾提供技术支撑。

2007年，“上海地质环境条件及其对地下空间开发影响研究”，为城市地下空间开发过程中地质环境监测提供了科学依据，研究成果在地下空间开发领域具有重要指导意义。

六、法制建设

1.2006年颁布《上海市地面沉降防治管理办法》（上海市人民政府令第62号），并2006年10月1日实施。

2.1997年，上海市人民政府第53号令，修正并重新发布《上海市深井管理办法》，自发布之日起实施。

『玖』 环渤海地区地面沉降监测体系建设研究

一、内容概述

地面沉降是环渤海地区开发建设面临的重大环境地质问题。地面沉降造成沿海地区地面高程损失、防潮堤失效等问题，使工程设施毁坏、洪涝灾害及风暴潮灾害加剧，对沿海地区城市安全和重大工程建设区安全构成极大威胁。根据环渤海地区发展建设的需要，1999年以来天津地质调查中心先后在天津滨海新区和河北曹妃甸新区开展了地面沉降监测研究工作，总结出一套较为成熟的沿海经济发展区地面沉降监测技术方法。目前，地面沉降预警系统建设已初具规模，成果已为当地经济建设提供了重要地学依据。

地面沉降预警系统主要包括监测系统、模拟预报系统和实时发布系统，其中监测系统建设的合理性和完善程度直接关系预警系统的有效性，是预警系统建设的根本所在。环渤海地区地面沉降主要成因有地下水超采和构造下沉造成的区域性地面沉降、大规模工程建设造成的局部地区地面沉降和填海造陆区未固结地层的固结沉降。此外，石油、天然气和地热开采也是不能忽视的地面沉降成因之一。由于环渤海地区地面沉降成因多样、机理复杂，在地面沉降监测体系建设中针对不同成因、不同机理进行了地面沉降监测技术方法的选择。监测中注重变形监测与地下水动力场监测相结合、区域监测与重点区监测相结合、传统方法监测与新技术新方法监测相结合，部分方法的应用具有突破性，如在天津滨海新区建设一组能监测1200m深度范围内地层变形的分层标组，它将能提供地热开采是否产生地面沉降的直接依据；河北曹妃甸新区是吹填造陆形成的在建工程建设区，地表处于复杂工程建设条件下，常规方法无法实现地面沉降监测，工作中探索性应用高分辨率INSAR技术对其地面沉降进行监测研究，获得良好监测效果，突破了传统方法对地面沉降监测瓶颈。

地面沉降监测体系建设总体思路：“点面结合、区域控制、突出重点”。优先建设区域监测体系，在区域监测体系建设中，发挥INSAR监测的空间完整性特点、查明区域上地面沉降分布特征，并充分利用区域二等水准测量精度高的优势查明地面沉降速率，两种监测技术方法融合，取长补短，提高区域地面沉降监测精度。条件允许的情况下建立基岩标作为测量基点，同时对构造沉降进行监测；在区域地面沉降监测基础上，选择地面沉降重点区加密水准网建设，并选择重点地点建立分层标组进行不同深度土层变形情况高精度监测，为地面沉降成因及机理研究提供更精确的数据依据；地表形变监测的同时进行含水层和弱透水层地下水位监测，为地面沉降机理研究和耦合预测模型建立提供依据。按照以上监测体系建设思路分别在天津滨海新区和河北曹妃甸新区建成地面沉降监测体系，监测效果良好，取得显著社会效益。

二、应用范围及应用实例

1.应用范围

环渤海地面沉降监测体系建设思路尤其适用于沿海经济建设起步区和快速发展地区，对于其他地区地面沉降监测研究具有借鉴意义。

2.应用实例

在天津滨海新区和河北曹妃甸地区地面沉降监测体系建设与监测中，应用了该套思路。地面沉降监测结果，可以明确天津滨海新区、曹妃甸地区地面沉降成因类型，从而为因地制宜进行防治对策研究提供了直接依据，并为天津滨海新区、曹妃甸地区地面沉降预警系统建设奠定了扎实基础。

三、推广转化方式

成果推广转化形式以宣传报道、技术咨询和现场服务为主。目前，天津滨海新区地面沉降监测已纳入天津地面沉降监测体系，与天津控制沉降工作办公室实现了监测数据共享，在天津滨海新区地面沉降控制治理工作中发挥了重要作用。曹妃甸地面沉降监测研究成果为研究填海造陆区地面沉降机理奠定了基础。今后，环渤海地区地面沉降监测体系将为地方政府制定地面沉降防治对策提供基础数据，为我国沿海地区地面沉降监测治理提供技术示范。

技术依托单位：中国地质调查局天津地质调查中心

联系人：马震

通讯地址：天津市河东区大直沽八号路4号

邮政编码：300170

联系电话：022-84112961

电子邮件：[email protected]

『拾』 地面沉降防治调查监测的任务和部署

本规划将围绕我国已发生地面沉降的区域来进行任务部署，其主要工作任务为地面沉降区调查监测以及建设相应的信息系统。

8.3.1 地面沉降防治调查监测的任务

（1）国家级区域监测网建设

国家级区域地面沉降监测网络按点、线、面即地面沉降实时监测站、控制剖面（线）和区域GPS一级网三个层次布设。

第一层次：国家级地面沉降实时监测站。选择地面沉降漏斗中心城市，建设全天候GPS固定基准站和基岩标、分层标，组建区域地面沉降监控中心，通过网络实现集中远程遥控自动、同步实时施测，以此提高对城市地面沉降灾情的快速反应能力，并为国家重大决策提供实时信息。

第二层次：国家级区域地面沉降控制剖面。根据不同地质单元和不同地区引发地面沉降的因素，布设区域地面沉降控制剖面，剖面由GPS基准站、GPS一级观测点、基岩标、分层标组、城市水准测量和地下水动态监测井构成，采用GPS测量、精密水准测量和InSAR技术监测等技术方法同步进行监测，以此了解各沉降漏斗之间的变化规律；同时，在不同网点的结合部位进行重复测量，通过测量数据的校正，以此对区域网络进行精度控制，使不同地区、不同方法建立的网络实现整体化。

第三层次：国家级区域地面沉降一级监测网。建立GPS地面沉降一级网，并与各地已建的水准测量网和地下水动态监测井构成区域地面沉降骨干监测网，为政府地质环境保护进行区域规划，快速了解区域地面沉降空间分布状况以及地质环境信息发布奠定基础，同时，又可以为GPS地面沉降二级监测网提供控制依据。整个控制区拟建设GPS一级监测网点180个，其中约90个GPS一级网点建在重点剖面区域，GPS的基线长度控制在20～30km之间，以提高重点监测区的精度。同时完善地下水动态监测网，从地面沉降角度对地下水观测井分布点作空间上的调整，做到重点区与一般区相协调，监测层位上以开采层为中心的格局，同时尽量做到地下水监测点与地面沉降监测点相对照，建立全区地面沉降地下水动态数据库。

（2）省（市）二级监测网建设

根据本地区的地质环境背景、人类活动和社会经济发展规划、地面沉降的地区差异等，按不同网度进行GPS地面沉降二级监测网的布设，在城市建筑密集区采用精密水准监测网络、基岩标和分层标组，统一进行区域地面沉降监测网络的建设。以此详细查明区域地面沉降现状及其发展规律，为制定地面沉降防治措施，研究地面沉降机理并进行预测预报提供依据。一级GPS网为二级网提供接口，二级GPS网可以依附在一级GPS网上。

（3）区域地面沉降信息网建设

以高起点建立基本覆盖区域、系统比较完善、手段先进的地面沉降监测网。组建区域地面沉降监控中心，构建区域网络传输系统，实现地面沉降工作的网络化管理。同时，建立区域地面沉降信息系统，以此实现对地面沉降信息进行综合集成及信息发布的统一平台。

8.3.2 地面沉降防治调查监测任务的区域部署

上述地面沉降防治调查监测任务主要部署在我国已发生地面沉降的下列区域：

1）长江三角洲（以上海市、苏锡常地区和杭嘉湖地区为重点）；

2）华北平原（以北京市、天津市、沧州地区、唐海地区和德州地区为重点）；

3）关中平原（以西安市为重点）；

4）淮北平原（以阜阳地区为重点）；

5）松嫩平原（以大庆油气开采区为重点）。

（1）国家级区域监测网建设

第一层次：国家级地面沉降实时监测站建在上述5个地区，分别选址于：①长江三角洲的苏州、无锡、常州、嘉兴及上海等地面沉降严重的大城市；②华北平原的北京、天津、沧州、唐海和德州等地；③关中平原的西安市；④淮北平原的阜阳市；⑤松嫩平原的大庆市。

第二层次：国家级区域地面沉降控制剖面部署于：①华北平原：重点控制一纵两横三条剖面，以天津—沧州—德州一线的串珠状地下水漏斗中心作为纵剖面，以太行山前石家庄至滨海平原黄河三角洲和北京—天津—唐海作为两条横剖面。这些地面沉降监测控制性剖面包括了环渤海滨海低平原地下水过量开采区、黄河三角洲油气开采区、区域地下水过量开采引发的地下水水位降落漏斗中心区以及重要城市地区。②关中平原、淮北平原和松嫩平原：按照前述任务要求进行部署。

第三层次：国家级区域地面沉降一级监测网部署于：①长江三角洲：规划至2010年，建成由251个国家级网点、1300个省（市）级网点（未含城市地区水准点和区域地下水长观井）组成的、控制面积达5万余km²的（平原区）国家级地面沉降一级监测网。②华北平原：规划至2010年，整个控制区拟建设GPS一级监测网点180个，其中约90个GPS一级网点建设在重点剖面区域，GPS的基线长度控制在20～30km之间，并与省（市）级二级GPS网点一起，组成控制面积达5万余km²的地面沉降国家级监测网。同时完善地下水动态监测网，从地面沉降角度对地下水观测井分布点作空间上的调整，做到重点区与一般区相协调，监测层位上以开采层为中心的格局，同时尽量做到地下水监测点与地面沉降监测点相对照，建立全区地面沉降地下水动态数据库。③关中平原与淮北平原：规划至2010年，两平原在整个控制区拟分别建设GPS一级监测网点60个，其中约20个GPS一级网点建在重点剖面区域，GPS的基线长度控制在10～20km之间。加上省（市）级二级GPS网点，将可组成控制面积达1万余km²的国家级区域地面沉降一级监测网。④松嫩平原：规划至2008年，整个控制区将建GPS国家级一级监测网点60个，其中约20个GPS一级网点建设在重点剖面区域，GPS的基线长度控制在10～20km之间。再加上省（市）级二级GPS网点，组成控制面积达1万余km²的国家级区域监测网络。

由于长江三角洲地区是我国开展地面沉降勘查、监测、研究最早的地区，规划应建议在该区域内建设“国家级区域快速监测骨干网”。

建立GPS地面沉降基准网（一级网）以及将重点地区已有的及拟建的基岩标、分层标组作为区域地面沉降骨干监测网，为政府地质环境保护进行区域规划，快速了解区域地面沉降空间分布状况以及地质环境信息发布奠定基础。同时，又可以为GPS地面沉降二级监测网提供控制依据。

（2）省（市）二级监测网建设

上述五个地区在规划年份中，将按任务要求分别建立省（市）二级地面沉降防治监测网（长江三角洲地区为“省（市）级分区详细监测网”）。

（3）区域地面沉降信息网建设

上述5个地区在规划年份中，将按任务要求分别建立健全区域地面沉降信息网，实时发布覆盖相应区域的地面沉降调查监测信息。

需要说明的是，关中平原地区在产生地面沉降的同时，还出现了严重的地裂缝。必须根据关中平原地下水水位降落漏斗中心、地面沉降现状和现有的地面沉降设施（西安市），以及不同地区引发地面沉降和地裂缝的因素，建设国家级地面沉降区域监测网、省（市）级分区详细监测网和关中平原区域地面沉降及地裂缝信息网。