乐清市天成乡地面沉降监测中水准测量的应用研究

摘 要：地面沉降的发展过程是不可逆的，一旦形成难以恢复，且影响持久。东部沿海地区由于早年地下水开采严重，地面沉降较为明显，给城市的持续发展带来了诸多的问题。该文基于该研究者多年来从事地面沉降监测工作经验，从水准监测网的布网原则和设计方案出发，对外业观测和内业数据处理中的关键技术进行了深入研究，提出一套适合地面沉降监测的方法和数据处理方案，并简要阐述了监测数据的管理与可视化方法，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借签意义。

关键词：地面沉降 水准测量 监测 方法

中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（a）-0057-01

该文结合乐清市天成乡地面沉降监测案例，主要介绍基于水准测量的方法进行地面沉降监测的原理，提出了监测数据管理与可视化方法，为区域沉降预测和治理提供科学、客观的依据。

1 监测区域概述

乐清市天成乡塘角-天成-万泽一带，因早期地下水开采历史悠久，导致含水层系统受压缩引起地面沉降，沉降迹象表现在局部房屋开裂，埠头村超过160亩农田因水浸无法耕种，个别井管抬升180～800mm，目前已形成约7km2的沉降区域，中心沉降达800mm。2005年以来，政府实施封井，限制地下水开采，加强地表水厂供水能力；并于2008年在该区域建立地面沉降监测网，对该区域地面沉降实行动态管理，便于对该区域地面沉降进行预测和加强防治工作。

2 地面沉降监测方法分析

目前国内外在地面沉降监测中使用的方法主要有：水准测量方法、三角高程测量方法、数字摄影测量方法、InSAR方法、GPS方法、InSAR和GPS数据融合技术等方法。

水准测量是传统的沉降监测技术，具有精度高、成果可靠、操作简便、仪器设备便宜等特点；随着电子水准仪的普及应用，水准测量劳动强度大大降低、数据处理也变得方便快捷，特别是该仪器对操作技能大大降低，有效的提高了成果精度和可靠性。

三角高程测量是一种间接测高法，通过观测两点间的水平距离和高度角来测定两点间的高差。三角高程的精度在很多场合受到限制，同时也影响了其应用范围。

数字摄影测量即利用摄影技术，实现数字化测图。形变监测时其操作方法比较复杂，仪器相对昂贵，其精度不仅与摄影测量精度有关，同时受DTM建模精度影响。

GPS具有全天候、自动化观测等优点，而且其测量精度高，成果稳定可靠。

InSAR是20世纪60年代出现的合成孔径雷达干涉技术，是合成孔径雷达SAR和电天文学干涉测量技术的完美结合。

GPS和InSAR两项技术是当今进行大范围地面沉降监的主要手段，技术上互有优势和不足，两者的融合可以更好的应用于大范围的地面沉降监测。

就目前来看，水准测量技术仍是小区域地面沉降监测中物美价廉的经典方法。

3 水准测量方法监测原理

3.1 沉降监测网的布点方案

由于地面沉降是缓变过程，为了测出地面沉降微小变形值，应在沉降区域布设一级基准网和二级沉降监测网，精度满足二等水准测量的要求。点位布设密度一般为1～2km。

3.2 施测方法和精度要求

项目采用中纬ZDL700电子水准仪进行施测，仪器按要求定期进行年检，使用配套的3m铟瓦条码水准标尺，施测时严格按照二等水准要求进行，测量顺序采用

往测：奇数站为后-前-前-后 偶数站为前-后-后-前

返测：奇数站为前-后-后-前 偶数站为后-前-前-后

水准测量时采用电子记录方式，以二等水准观测程序记录观测数据。每一测站视线长度≤50m，前后视距差≤1mm，每千米视距累积差≤3mm，视线高度≥0.3mm；同一标尺两次读数差≤0.4mm，两次读数所测高差之差≤0.6mm，检测间歇点高差之差≤1.0mm；每千米高差中数偶然中误差≤±1mm，全中误差≤±2mm；测段、区段、路线往返测高差不符值≤4mm，附合路线或环线闭合差≤4mm，检测已测段高差之差≤4mm（L为路线、区段或测段、附合路线或环线长度，以km为单位）；仪器中无法输入的其他信息，如天气、风力、成象、温度等，及时记录在测量手簿上。

3.3 观测中的注意事项

监测时间避开雨季，一般选择温度适宜、气温变化不大的11月份，同时尽量缩短野外联测时间。

观测时，路线、人员相对固定，路线一般选在车辆、人员相对干扰较少的稳定路面，避免跨越河流、湖泊等障碍物，方便施测；

每天观测前，电子水准仪都单测不小于20次进行预热。预热后测定i角一次，采用FOSTNER法，相邻两次i角之差小于3″。

在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，其中两脚与水准路线方向平行，另一脚随测站变换，轮换置于路线方向的左侧与右侧。

除路线转弯处外，每一测站上仪器与前后视标尺接近一条直线。

尺垫尽量置于坚硬地面，禁止为增加标尺读数，而把尺垫安置于壕坑中。

每一测段的往测和返测，其测站数均应为偶数站。由往测转向返测或由返测转向往测时，两根标尺互换位置，同时重新整置仪器。

同一测站上观测时，不得两次调焦；在观测中，若出现仪器震动、成象质量较差时，重复测量次数，至测量数据在限差内为止。

4 监测数据管理和成果分析

每天野外观测回来及时下载数据，并对数据进行分析整理，项目中由于引力、重力异常、正常水准面的影响极少，所以不作改正，只对标尺每米真长误差、温度进行改正，尺长改正数采用测前、测后检定的平均值。

内业计算时采用两人对算，平差软件采用《清华山维NASE V3.0》和《南方平差易PA2002》两套软件进行对算，求出各监测点的高程，监测点的高程取至0.1mm，两套软件平差计算结果符合要求时，最后采用《清华山维NASE V3.0》平差结果作为成果。

5 成果分析

天成乡通过6年间3次定期水准测量，获取了高精度的地面监测点高程数据，并将其作为该区域地面沉降监测的基础资料。监测点位累积沉降图和年平均沉降速率变化图表明：6年来，沉降监测点累积沉降量大小不等，累积沉降量最大19.0mm， 最小1.0mm，沉降速率最大3.17mm/a，最小0.17mm/a；大部分监测点沉降速率有明显减缓趋势。因此，政府实行封井措施，禁止深层地下水开采后，地面沉降治理初见成效。

6 结语

由于经费不足，二级监测点密度不够，中心沉降区外点位埋设较少，绘制沉降等值线图有一定困难。同时由于监测次数较少，监测周期间隔较长，目前尚难以发现监测区沉降规律和预测沉降趋势。

参考文献

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[2] 何国荣，冯在敏，冯克印，等.水准测量网监测在德州市地面沉降监测中的应用[J].山东国土资源，2012（6）：28-30.

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