蚌埠市固鎮縣域地面沉降監測與分析

朱正華

摘要：近年來，地面沉降對城市帶來的影響越來越大，地面沉降監測成為城市安全一項必不可少的工作。通過對蚌埠市固鎮縣域進行地面沉降監測，分析各區域沉降大小及沉降原因。由于監測區域內一等水準點被破壞而無法利用，本次監測選取三等水準點并通過聯測的方式對沉降監測成果進行分析。結果表明選取的所有水準點地面穩定性良好，縣域整體地面沉降變形較小。也說明針對地面沉降問題，該縣近年來采取的地下水采集控制等系列保護措施有效，可以防止地面沉降。

關鍵詞：城市安全；地面沉降；沉降監測；聯測；沉降分析

地面沉降已成為世界各大城市面臨的主要工程地質問題之一[1]。目前全球陸續出現大型地面沉降的主要城市已有150多個，如美國休斯敦、日本東京、泰國曼谷等城市以及我國的上海市、滄州市等均已陸續出現不同程度的地面沉降[2]。安徽省皖北片區的地面沉降一直以來比較嚴重[3、4]，其中就包括蚌埠市固鎮縣區域，上級人民政府及當地相關工業管理部門一直十分重視，究其原因是多方面的，其中地下水過度開采是產生地面沉降的主要原因之一，因此安徽省地質環境監測總站對該區域的地下水質量監測從未有過間斷。但由于整體沉降地區監測范圍較大，情況復雜，具體監測范圍區域劃分不清晰，長期以來一直未能形成統一的地面沉降監測系統。針對以上各種原因，本次監測項目依據實際工作情況，對蚌埠市固鎮縣地面沉降進行了新一輪的沉降監測與分析，為政府決策提供依據。

1.監測區概況及監測內容

1.1測區地理概況

蚌埠市（含轄縣）位于安徽省北部，地處我國南北地理分界線秦嶺—淮河一線，淮河中游，是京滬鐵路和淮南鐵路交會點，同時也是京滬高鐵和京福高鐵的交匯點[5]。本次監測區域是蚌埠市下轄縣固鎮，地處北緯33°10′～33°30′和東經117°02′～117°36′之間。

1.2技術方案

根據之前沉降觀測資料，收集的兩個一等水準起算點，但均被破壞。結合實際情況，采用沉降區邊緣且保存完好的三等水準點Ⅲ2803高程作為起算，聯測其他各監測點，測定各監測點高程，再與已有的國家三等水準點高程作比較。

2.沉降監測技術路線

2.1選取水準路線及觀測儀器

此次沉降監測由7個國家三等水準點和9個沉降點共16個點組成一個二等水準閉合環的水準路線，總長約80km，地面沉降控制區劃分及水準路線如圖1所示。

測區使用Trimble DINI03電子自動安平水準儀，安平精度±0.2″，高程測量電子讀數：0.3㎜，并經鑒定合格。水準標尺為Trimble廠生產的銦瓦合金鋼帶水準尺，經檢定合格。二等水準主要技術指標如表1所示[6]：

水準儀的i角大小很大程度上影響到水準儀觀測值的精度[7]，本次監測結合測區實際情況，在作業前、中、后分別進行檢查，其值均小于15″，并記在電子水準手簿上備查區。

2.2基準點和監測點布設

基準控制點的選取原則[8]包括：①基準點的選擇要遠離施工區域以及周圍軟區域；②布設在緊密且不易沉降的地面；③分布應該合理，均勻分布于所測區域，且互相校驗不應少于3個點組成的三角形。

監測點的布設原則[9]包括：①布設區域若有建筑物，則距離建筑物墻體10m～20m布設測點；②布設于地面堅實處且能反映監測區域總體沉降趨勢；③與基準點之間通視良好、距離適中。

2.3水準測量方案

觀測前，讓水準儀與空氣溫度趨于一致；路線設計時選好立尺點并踩實尺墊，水準尺用尺撐支撐穩定并使水準氣泡居中；在市區進行一、二等水準觀測時，觀察地面是否穩固，是否容易受行人和車輛干擾；作業中嚴格按照水準測量規范的觀測順序進行觀測，并復核觀測記錄；水準測量觀測視線長度、視距差、視線高度均符合規范和設計的要求。

本次觀測全線往返實測為125.2km，首次觀測時取三次數據的平均值作為初值，適當增加測量次數；定期校準水準點、測試點和儀器，保證測量的結果是連續且穩定的數值。本次觀測使用Trimble DINI03電子自動安平水準儀進行觀測，自動記錄各項觀測數據，各項改正自動計算完成，各項改正后的觀測數據精度符合規范和技術設計書的要求。

2.4平差計算

平差計算采用清華山維軟件進行數據處理。環線最長28.21km，觀測測段數11個。

2.4.1平差精度

由于該測區為二等水準聯測任務，結合實際每千米高差中數偶然中誤差為：±0.802mm，限差1mm。最大閉合差1.09mm，限差±21.24mm。測段往返較差最大是10.31mm，限差±13.71mm。

2.4.2二等水準的精度統計

二等水準的精度統計如表2和表3所列：

3.成果分析

由于無相應等級水準點起算，根據實地情況，選定離城區較遠且點位可靠的Ⅲ02803作為起算點，推算其他聯測已知水準點高程，以兩期水準高程差值來分析蚌埠市固鎮縣地面沉降情況。本次收集的三等水準點為安徽省第三測繪院于2005年施測的，經過單點起算并比較了聯測的已知三等水準點后，得到本地區的明顯沉降量。利用三等水準點與本次聯測成果對比如下：

由表4可知，監測點最大沉降為3.7mm，最小沉降為0.3mm，蚌埠市固鎮縣地面整體沉降較小，說明固鎮縣近年來地面沉降保護工作措施做得較好。測繪成果所有內容，符合《測繪產品檢查驗收規定》要求，產品質量也滿足《測繪產品質量評定標準》。

4.總結

本文基于精密水準測量技術對蚌埠十幾年來的地面沉降進行了監測。在缺乏一等水準控制點的情況下，采取以一個相對準確的控制點為基準以聯測的方式進行地面沉降監測，通過對監測成果進行分析所知該地區整體地面沉降變形較小，這說明針對地面沉降進行合理的地下水采集控制措施等可以有效地防止地面沉降。同時，通過本次監測需要注意到，沉降監測依賴于已知水準點，需要定期檢查已知水準點是否穩定可靠，以便為沉降監測提供監測基礎。本次沉降監測為蚌埠市固鎮縣區域基礎建設和城市規劃提供了基礎數據支持。

參考文獻：

[1]秦同春，程國明，王海剛，等；國際地面沉降研究進展啟示[J].地質通報， 2018， 37（3）： 503-509.

[2]王旭光，章啟兵，張婷，等；安徽淮北地區地下水資源開發利用問題和保護對策[J].治淮， 2018（3）： 16-18.

[3]肖學年，姬恒煉，葛志成，等；國家一、二等水準測量技術標準修訂若干技術問題的研究[J].工程勘察， 2006（06）： 41-43.

[4]岳建平，岳東杰，等；工程GPS水準測量的精度及其應用[J].測繪通報， 1999（11）： 27-30.

[5]何永明，潘翔，等；沉降觀測技術在某建筑中應用[J].施工技術， 2012， 41（006）：107-108+114.

[6]蔡林，杜柏利，等；精密水準測量以及ISO規范[J].黑龍江水利科技， 2005（01）： 27-27.

[7]楊浩，智文河，等；后方交會的嚴密平差方法[J].水利水電科技進展， 2001， 25（A01）： 152-153.

[8]李巖，郭充，田璐，等； DL101C數字水準儀在二等水準測量中的精度分析[J].海洋測繪， 2015，35（003）： 79-82.

[9]余銀普.淺談新舊《測繪產品檢查驗收規定》和《測繪產品質量評定標準》[J].四川測繪， 1998， 021（001）： 35-39.