地面沉陷監測技術探討

陳宏杰

摘要：地面沉陷監測技術作為地質災害研究系統工程之一，它不僅是地質災害研究的重要工作，而且是有效預防和控制地質災害的先決條件和關鍵手段。有效預防地質災害，或者更加合理先進地治理地質災害，都需要對地面沉陷進行及時準確地預測其時間和空間。本文總結了地面沉陷監測技術的應用現狀，對地面沉陷監測方法的發展趨勢進行了預測，進而提出了地面沉陷監測技術優化的基礎和原則，優化整合。

Abstract： The ground subsidence monitoring technology as one of the geological disaster research system engineering， is not only the important work of the geological hazard research， but also is the prerequisite and the key means of effective prevention and control of geological disasters. Effective prevention of geological disasters， or more reasonable and advanced geological disasters control， all need for timely and accurate prediction of land subsidence time and space. In this paper， the application status of ground subsidence monitoring technology is summarized， and the development trend of ground subsidence monitoring method is predicted. Then the foundation and principle of ground subsidence monitoring technology optimization are put forward.

關鍵詞：地面沉陷監測技術；現狀；水準測量；發展趨勢

Key words： ground subsidence monitoring technology；status；level measurement；development trend

中圖分類號：P642.26 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）17-0238-03

0 引言

我國建立的地面沉陷群測群防網絡基本覆蓋了全國的山區丘陵縣市，每年有效避災上千起。目前，群測群防監測手段大多采用人工收集方式，存在數據收集不及時、信息覆蓋面不足的缺點。所謂地面沉陷監測，是指在專業技術人員的幫助下專業調查的基礎上，利用專業設備與專業技術的動態變形監測地面沉陷，分析和預測，以及一系列的專業技術的綜合運用。自20世紀末以來，地面沉陷監測理論與技術方法有了很大的進步。本文總結了地面沉陷監測技術的應用現狀，預測了地面沉陷檢測技術的發展趨勢，綜合基礎設施提出了另一種地面沉陷監測技術優化原則。

地面沉陷防治工程屬于地質工程學的范疇。地質工程學是20世紀80年代末，90年代初，才在我國產生的一個新的學科，是研究與解決從規劃到竣工乃至工程運行后效的全過程的與地質有關的工程問題的科學。地質災害防治工程是對自然或人為作用產生的有害地質現象進行防范與防治，包含了對地質生態環境合理開發與管理的思想。

1 地面沉陷的類型與監測方法技術

在我國，大多數地面沉陷現象都是人為因素引發的，據有關資料統計，近年來我國每年因地質災害造成的經濟損失約占各種自然災害的1/4至1/5，因此，減少或制止破壞生態環境行為、及時采取地面沉陷預防和防治措施，是我國當前減少損失的首要途徑。

筆者以龍游縣為例對此進行討論。

隨著龍游縣經濟社會的快速發展，人類工程活動規模與強度不斷加大，滑坡、崩塌、泥石泥等地質災害時有發生，一定程度上影響了龍游縣國民經濟持續健康發展和社會安定。

截止2008年7月，龍游縣共發現地質災害及隱患點157處。災害類型有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等四種，以滑坡地質災害為主，達102處，占地質災害點總數的65%，次為崩塌25處，占16%，泥石流24處，占15%，地面塌陷6處，占4%。從規模來看以小型為主，共153處，占地質災害總數的97.5%，中型4處占2.5%/。

為此，龍游縣建立以群測群防網絡體系、突發性地質災害預報預警系統為主，搬遷工程、治理工程為輔的地質災害防治體系。

首先，建立群測群防網絡體系。進一步健全和完善覆蓋全縣所有災害隱患點和縣—鄉（鎮）—村三級地質災害群測群防網絡體系及相應的管理和工作責任制，使之覆蓋到地質災害高、中易發區和有災害點的行政村（自然村），落實預警和監測責任人。對納入群測群防的災害隱患點，要逐點落實責任主體和監測責任人，選擇合適的監測手段和方法，逐點記錄并建立監測技術檔案，為科學決策提供依據。

其次，建立突發性地質災害預報預警系統。利用計算機技術和地理信息系統技術，建立龍游縣突發性地質災害預報預警系統。加強與氣象、水利等相關部門的協作和信息共享，不斷總結經驗，改進預測預報技術方法，進一步規范預報預警工作程序。

最后，輔以搬遷工程與治理工程。從而有效地降低了地質災害發生的風險性。

2 巖土工程地質災害防治技術的基本原則

①預防為主，綜合治理，盡可能將災害損失減少到最低限度。

②因災施治、有的放矢。根據滑坡、崩塌、泥石流等地質災害的規模、形態和地質結構特征，穩定狀態和危險程度，形成原因和變形破壞機制，危害對象及其重要性以及地質環境和施工條件等因素，合理選擇防治方案以及治理技術和方法。

③從加固、改良地質體和消除或削弱動力地質作用著手。由于地質災害是有缺陷的地質體，在一種或多種動力地質作用下形成的，因而地質災害防治應該從加固、改良地質體和消除或削弱動力地質作用這兩個方面著手進行。

3 地面沉陷監測技術的現狀

①常規監測方法成熟的技術，精密的設備，設備具有較高的性能水平。目前位移監測地質災害，可以進行毫米級別監控，高精度位移變形監測方法能識別0.1毫米的位移。

②3d立體監測方法的多樣化。由于采用多用有效方法結合對比檢查，以及因此從空中，地面立體災害監測深部的網絡，是加強和推進地質災害評估的綜合鑒別能力，提高了地質災害預測能力。

③地質災害監測技術逐漸與其他領域的先進技術密切聯系。伴隨著深入發展高科技，衛星、航空遙感等空間技術逐步完善和應用。一些高精度地球物理的發展，使得勘察技術和地質災害監測技術往往合并，通過技術處理，推廣，這種技術被逐漸應用于區域和單位災害的監測中。

近年來，雖然我國的地質災害監測工作研究取得了很大的成就，并且積累了豐富的經驗，極大地提高了我國地質監測預警水平，但仍然存在一些不足，其主要表現在：

①多樣化的地質災害監測技術，多樣化的儀器設備設施，可重復性高，在適用的范圍內，精度，自動化和成本等因素的設施，往往造成了設備資源的浪費，效果不突出。

②其研究結果更關注一個特定的項目或應用程序的角度，地質災害災情的機制，由于各種檢測技術較低的基礎上的因素，優化整合研究方法程度。

③研究和開發設施，數據分析，與相關的定性與定量關系，地質災害目標參數水平的理論研究，監測數據的產生解釋往往會有大的誤差分析產生。

4 地面沉陷監測方法技術發展新趨勢

隨著現代化新技術、新方法和新手段的不斷涌現，地面沉陷檢測新技術發展呈現了新的發展趨勢。

①地面沉陷監測技術呈自動化、電腦化和系統化方向發展。地質災害監測儀器的研究開發因電學、光學、信息技術和計算機技術的發展帶來了活力。越來越擁有豐富的信息種類和監測方法，越來越提高了一些監測方法的監測精度、操作方便性，通過現代通訊技術的發展使其準確性、安全性和自動化程度有了極大的提高。與此同時，技術含量不斷提高，降低經濟成本，并為經濟監測地面沉陷奠定基礎。

②擁有更為先進的常規監測方法技術，精密的設備，高水平的設備性能。地面沉陷的監測方法的位移可以進行毫米級別監控，可以實現0.1毫米精度。可見地面沉陷的常規監測技術方法變得更加先進，使用的設備性能越來越高，準確性更高。

③3d立體監測方法的多樣化。由于采用了多種有效方法結合對比檢查，以及在空中，實體表面深度立體監測網絡，使得綜合判斷能力加強，多樣化的地質災害監測方法極大地促進了提高地質災害評估預測能力。

④涌現了新的技術和方法。伴隨著科學技術的進步，地質災害監測涌現了一大批新的技術和方法，如調查與監測技術方法的融合，激光掃描、智能傳感器新技術的發展等，從而為地質災害監測技術的發展提高了科技保證。

5 地質災害監測技術優化的基礎和原則

監測技術優化原則：根據地質災害的類型，確定上級監控元素，監測內容與方法優化組合，要根據不同類型的地質災害的類型從而選擇最合適的地質災害監測技術，使地質災害監測技術更具備針對性，能更快更準確地對地質災害進行監測。所以，對于地質災害的監測技術要始終堅持貫徹監測技術優化原則，進一步提高地質災害檢測技術水平，從而提高監控效率和實用性。

①高精度監測原則：基于監測基準體系，建立覆蓋主要公路、鄉村公路的高程監測網和礦區四等水準網，運用水準監測技術，實現從全局到局部的高精度沉陷監測體系；利用主動遙感技術，建立基于PS、CR的解算模型和InSAR衛星數據差分計算，融合GPS、水準、InSAR數據，構建變形分析模型，獲得每期沉陷數據，分析沉陷規律和特征，建立衛星監測體系，形成點面結合、優勢互補的地面沉陷監測網。比如：將WGS84下的平面坐標轉換至1980西安坐標系下成果；根據似大地水準面精化成果，獲取測區范圍內的高程異常值，將大地高成果轉換至正常高成果；定期進行GPS監測網測量，分析其穩定性，建立監測基準體系。當然為減小高程監測網建設工作量，充分利用InSAR的永久散射點（PS點）和人工角反射器（CR）進行高程監測。高程監測網在某區域內，沿主要交通道路、重要城鎮道路、礦區道路、開采影響區域的村鎮道路，布設適當的三等水準網；并選擇區域內具有代表性的PS點，CR（人工角反射器）設置點并入三等水準網；進行三等水準觀測和解算。每年進行多次測量，構建監測框架，作為PS-InSAR、CR-InSAR的驗證點，建立高程監測體系。

②最優經濟原則：第一，在追求高度，精準，先進的監測技術同時，要選擇最成熟的，更高層次的應用程序監控技術；其次，對于一些危害較大的大型地質災害，選擇更高的專業化監控技術和方法，實行專業的操作和維護，由此降低風險程度。對于規模小的災害體，可以選擇操作簡單，直觀的宏觀檢測技術，由低水平測量監控人員操作。要依據實際情況出發，選擇最合適的專業監測技術，降低經濟成本，從而實現地質災害監測技術的最佳經濟原則。通過InSAR數據選擇，建立重點監測地區人工角反射器，通過購置的監測區域內一年時序InSAR衛星數據，建立基于PS的解算模型和InSAR衛星數據差分數據，融合GPS、水準、InSAR數據，構建變形分析模型，獲得每期沉陷數據，分析沉陷規律和特征，建立衛星監測體系。

③終極目標：地面沉陷監測的過程中，要根據不同種類的材料和不同類型的地面沉陷的組成，動態成因類型，變形和破壞特點，形狀特征，發展階段，導致結果等不同因素的影響，適用于不同類型的地面沉陷監控要素方法，提高監測效率，網絡監控點模式在時間和空間上的安排要合理。與此同時，提高監測的技術要求，從而建立一個集成的合理解決方案，以優化典型的地面沉陷監測，更快更好地實現地面沉陷監測技術的最終目標。

6 結論

地面沉陷監測是多種學科綜合為一體的技術體系，要想有效地預防地面沉陷，或者超前之力地面沉陷，必須進行準確的地面沉陷監測技術，只有全面地把握地面沉陷的形成發展規律，才能真正把握其發展方向，以提高地面沉陷監測技術水平。

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