樂清市天成鄉(xiāng)地面沉降監(jiān)測中水準(zhǔn)測量的應(yīng)用研究

武曉龍

摘 要：地面沉降的發(fā)展過程是不可逆的，一旦形成難以恢復(fù)，且影響持久。東部沿海地區(qū)由于早年地下水開采嚴(yán)重，地面沉降較為明顯，給城市的持續(xù)發(fā)展帶來了諸多的問題。該文基于該研究者多年來從事地面沉降監(jiān)測工作經(jīng)驗，從水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)的布網(wǎng)原則和設(shè)計方案出發(fā)，對外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出一套適合地面沉降監(jiān)測的方法和數(shù)據(jù)處理方案，并簡要闡述了監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理與可視化方法，相信對從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借簽意義。

關(guān)鍵詞：地面沉降 水準(zhǔn)測量 監(jiān)測 方法

中圖分類號：TU43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0057-01

該文結(jié)合樂清市天成鄉(xiāng)地面沉降監(jiān)測案例，主要介紹基于水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行地面沉降監(jiān)測的原理，提出了監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與可視化方法，為區(qū)域沉降預(yù)測和治理提供科學(xué)、客觀的依據(jù)。

1 監(jiān)測區(qū)域概述

樂清市天成鄉(xiāng)塘角-天成-萬澤一帶，因早期地下水開采歷史悠久，導(dǎo)致含水層系統(tǒng)受壓縮引起地面沉降，沉降跡象表現(xiàn)在局部房屋開裂，埠頭村超過160畝農(nóng)田因水浸無法耕種，個別井管抬升180～800mm，目前已形成約7km2的沉降區(qū)域，中心沉降達(dá)800mm。2005年以來，政府實施封井，限制地下水開采，加強地表水廠供水能力；并于2008年在該區(qū)域建立地面沉降監(jiān)測網(wǎng)，對該區(qū)域地面沉降實行動態(tài)管理，便于對該區(qū)域地面沉降進(jìn)行預(yù)測和加強防治工作。

2 地面沉降監(jiān)測方法分析

目前國內(nèi)外在地面沉降監(jiān)測中使用的方法主要有：水準(zhǔn)測量方法、三角高程測量方法、數(shù)字?jǐn)z影測量方法、InSAR方法、GPS方法、InSAR和GPS數(shù)據(jù)融合技術(shù)等方法。

水準(zhǔn)測量是傳統(tǒng)的沉降監(jiān)測技術(shù)，具有精度高、成果可靠、操作簡便、儀器設(shè)備便宜等特點；隨著電子水準(zhǔn)儀的普及應(yīng)用，水準(zhǔn)測量勞動強度大大降低、數(shù)據(jù)處理也變得方便快捷，特別是該儀器對操作技能大大降低，有效的提高了成果精度和可靠性。

三角高程測量是一種間接測高法，通過觀測兩點間的水平距離和高度角來測定兩點間的高差。三角高程的精度在很多場合受到限制，同時也影響了其應(yīng)用范圍。

數(shù)字?jǐn)z影測量即利用攝影技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字化測圖。形變監(jiān)測時其操作方法比較復(fù)雜，儀器相對昂貴，其精度不僅與攝影測量精度有關(guān)，同時受DTM建模精度影響。

GPS具有全天候、自動化觀測等優(yōu)點，而且其測量精度高，成果穩(wěn)定可靠。

InSAR是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)，是合成孔徑雷達(dá)SAR和電天文學(xué)干涉測量技術(shù)的完美結(jié)合。

GPS和InSAR兩項技術(shù)是當(dāng)今進(jìn)行大范圍地面沉降監(jiān)的主要手段，技術(shù)上互有優(yōu)勢和不足，兩者的融合可以更好的應(yīng)用于大范圍的地面沉降監(jiān)測。

就目前來看，水準(zhǔn)測量技術(shù)仍是小區(qū)域地面沉降監(jiān)測中物美價廉的經(jīng)典方法。

3 水準(zhǔn)測量方法監(jiān)測原理

3.1 沉降監(jiān)測網(wǎng)的布點方案

由于地面沉降是緩變過程，為了測出地面沉降微小變形值，應(yīng)在沉降區(qū)域布設(shè)一級基準(zhǔn)網(wǎng)和二級沉降監(jiān)測網(wǎng)，精度滿足二等水準(zhǔn)測量的要求。點位布設(shè)密度一般為1～2km。

3.2 施測方法和精度要求

項目采用中緯ZDL700電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行施測，儀器按要求定期進(jìn)行年檢，使用配套的3m銦瓦條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺，施測時嚴(yán)格按照二等水準(zhǔn)要求進(jìn)行，測量順序采用

往測：奇數(shù)站為后-前-前-后 偶數(shù)站為前-后-后-前

返測：奇數(shù)站為前-后-后-前 偶數(shù)站為后-前-前-后

水準(zhǔn)測量時采用電子記錄方式，以二等水準(zhǔn)觀測程序記錄觀測數(shù)據(jù)。每一測站視線長度≤50m，前后視距差≤1mm，每千米視距累積差≤3mm，視線高度≥0.3mm；同一標(biāo)尺兩次讀數(shù)差≤0.4mm，兩次讀數(shù)所測高差之差≤0.6mm，檢測間歇點高差之差≤1.0mm；每千米高差中數(shù)偶然中誤差≤±1mm，全中誤差≤±2mm；測段、區(qū)段、路線往返測高差不符值≤4mm，附合路線或環(huán)線閉合差≤4mm，檢測已測段高差之差≤4mm（L為路線、區(qū)段或測段、附合路線或環(huán)線長度，以km為單位）；儀器中無法輸入的其他信息，如天氣、風(fēng)力、成象、溫度等，及時記錄在測量手簿上。

3.3 觀測中的注意事項

監(jiān)測時間避開雨季，一般選擇溫度適宜、氣溫變化不大的11月份，同時盡量縮短野外聯(lián)測時間。

觀測時，路線、人員相對固定，路線一般選在車輛、人員相對干擾較少的穩(wěn)定路面，避免跨越河流、湖泊等障礙物，方便施測；

每天觀測前，電子水準(zhǔn)儀都單測不小于20次進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱后測定i角一次，采用FOSTNER法，相鄰兩次i角之差小于3″。

在連續(xù)各測站上安置水準(zhǔn)儀的三腳架時，其中兩腳與水準(zhǔn)路線方向平行，另一腳隨測站變換，輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)。

除路線轉(zhuǎn)彎處外，每一測站上儀器與前后視標(biāo)尺接近一條直線。

尺墊盡量置于堅硬地面，禁止為增加標(biāo)尺讀數(shù)，而把尺墊安置于壕坑中。

每一測段的往測和返測，其測站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)站。由往測轉(zhuǎn)向返測或由返測轉(zhuǎn)向往測時，兩根標(biāo)尺互換位置，同時重新整置儀器。

同一測站上觀測時，不得兩次調(diào)焦；在觀測中，若出現(xiàn)儀器震動、成象質(zhì)量較差時，重復(fù)測量次數(shù)，至測量數(shù)據(jù)在限差內(nèi)為止。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)管理和成果分析

每天野外觀測回來及時下載數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，項目中由于引力、重力異常、正常水準(zhǔn)面的影響極少，所以不作改正，只對標(biāo)尺每米真長誤差、溫度進(jìn)行改正，尺長改正數(shù)采用測前、測后檢定的平均值。

內(nèi)業(yè)計算時采用兩人對算，平差軟件采用《清華山維NASE V3.0》和《南方平差易PA2002》兩套軟件進(jìn)行對算，求出各監(jiān)測點的高程，監(jiān)測點的高程取至0.1mm，兩套軟件平差計算結(jié)果符合要求時，最后采用《清華山維NASE V3.0》平差結(jié)果作為成果。

5 成果分析

天成鄉(xiāng)通過6年間3次定期水準(zhǔn)測量，獲取了高精度的地面監(jiān)測點高程數(shù)據(jù)，并將其作為該區(qū)域地面沉降監(jiān)測的基礎(chǔ)資料。監(jiān)測點位累積沉降圖和年平均沉降速率變化圖表明：6年來，沉降監(jiān)測點累積沉降量大小不等，累積沉降量最大19.0mm， 最小1.0mm，沉降速率最大3.17mm/a，最小0.17mm/a；大部分監(jiān)測點沉降速率有明顯減緩趨勢。因此，政府實行封井措施，禁止深層地下水開采后，地面沉降治理初見成效。

6 結(jié)語

由于經(jīng)費不足，二級監(jiān)測點密度不夠，中心沉降區(qū)外點位埋設(shè)較少，繪制沉降等值線圖有一定困難。同時由于監(jiān)測次數(shù)較少，監(jiān)測周期間隔較長，目前尚難以發(fā)現(xiàn)監(jiān)測區(qū)沉降規(guī)律和預(yù)測沉降趨勢。

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