樂清市天成鄉地面沉降監測中水準測量的應用研究

武曉龍

摘 要：地面沉降的發展過程是不可逆的，一旦形成難以恢復，且影響持久。東部沿海地區由于早年地下水開采嚴重，地面沉降較為明顯，給城市的持續發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測工作經驗，從水準監測網的布網原則和設計方案出發，對外業觀測和內業數據處理中的關鍵技術進行了深入研究，提出一套適合地面沉降監測的方法和數據處理方案，并簡要闡述了監測數據的管理與可視化方法，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借簽意義。

關鍵詞：地面沉降 水準測量 監測 方法

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

該文結合樂清市天成鄉地面沉降監測案例，主要介紹基于水準測量的方法進行地面沉降監測的原理，提出了監測數據管理與可視化方法，為區域沉降預測和治理提供科學、客觀的依據。

1 監測區域概述

樂清市天成鄉塘角-天成-萬澤一帶，因早期地下水開采歷史悠久，導致含水層系統受壓縮引起地面沉降，沉降跡象表現在局部房屋開裂，埠頭村超過160畝農田因水浸無法耕種，個別井管抬升180～800mm，目前已形成約7km2的沉降區域，中心沉降達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年在該區域建立地面沉降監測網，對該區域地面沉降實行動態管理，便于對該區域地面沉降進行預測和加強防治工作。

2 地面沉降監測方法分析

目前國內外在地面沉降監測中使用的方法主要有：水準測量方法、三角高程測量方法、數字攝影測量方法、InSAR方法、GPS方法、InSAR和GPS數據融合技術等方法。

水準測量是傳統的沉降監測技術，具有精度高、成果可靠、操作簡便、儀器設備便宜等特點；隨著電子水準儀的普及應用，水準測量勞動強度大大降低、數據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，同時也影響了其應用范圍。

數字攝影測量即利用攝影技術，實現數字化測圖。形變監測時其操作方法比較復雜，儀器相對昂貴，其精度不僅與攝影測量精度有關，同時受DTM建模精度影響。

GPS具有全天候、自動化觀測等優點，而且其測量精度高，成果穩定可靠。

InSAR是20世紀60年代出現的合成孔徑雷達干涉技術，是合成孔徑雷達SAR和電天文學干涉測量技術的完美結合。

GPS和InSAR兩項技術是當今進行大范圍地面沉降監的主要手段，技術上互有優勢和不足，兩者的融合可以更好的應用于大范圍的地面沉降監測。

就目前來看，水準測量技術仍是小區域地面沉降監測中物美價廉的經典方法。

3 水準測量方法監測原理

3.1 沉降監測網的布點方案

由于地面沉降是緩變過程，為了測出地面沉降微小變形值，應在沉降區域布設一級基準網和二級沉降監測網，精度滿足二等水準測量的要求。點位布設密度一般為1～2km。

3.2 施測方法和精度要求

項目采用中緯ZDL700電子水準儀進行施測，儀器按要求定期進行年檢，使用配套的3m銦瓦條碼水準標尺，施測時嚴格按照二等水準要求進行，測量順序采用

往測：奇數站為后-前-前-后 偶數站為前-后-后-前

返測：奇數站為前-后-后-前 偶數站為后-前-前-后

水準測量時采用電子記錄方式，以二等水準觀測程序記錄觀測數據。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；同一標尺兩次讀數差≤0.4mm，兩次讀數所測高差之差≤0.6mm，檢測間歇點高差之差≤1.0mm；每千米高差中數偶然中誤差≤±1mm，全中誤差≤±2mm；測段、區段、路線往返測高差不符值≤4mm，附合路線或環線閉合差≤4mm，檢測已測段高差之差≤4mm（L為路線、區段或測段、附合路線或環線長度，以km為單位）；儀器中無法輸入的其他信息，如天氣、風力、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，電子水準儀都單測不小于20次進行預熱。預熱后測定i角一次，采用FOSTNER法，相鄰兩次i角之差小于3″。

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

除路線轉彎處外，每一測站上儀器與前后視標尺接近一條直線。

尺墊盡量置于堅硬地面，禁止為增加標尺讀數，而把尺墊安置于壕坑中。

每一測段的往測和返測，其測站數均應為偶數站。由往測轉向返測或由返測轉向往測時，兩根標尺互換位置，同時重新整置儀器。

同一測站上觀測時，不得兩次調焦；在觀測中，若出現儀器震動、成象質量較差時，重復測量次數，至測量數據在限差內為止。

4 監測數據管理和成果分析

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

內業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》兩套軟件進行對算，求出各監測點的高程，監測點的高程取至0.1mm，兩套軟件平差計算結果符合要求時，最后采用《清華山維NASE V3.0》平差結果作為成果。

5 成果分析

天成鄉通過6年間3次定期水準測量，獲取了高精度的地面監測點高程數據，并將其作為該區域地面沉降監測的基礎資料。監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 結語

由于經費不足，二級監測點密度不夠，中心沉降區外點位埋設較少，繪制沉降等值線圖有一定困難。同時由于監測次數較少，監測周期間隔較長，目前尚難以發現監測區沉降規律和預測沉降趨勢。

參考文獻

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