精密水準(zhǔn)測量在地面沉降監(jiān)測中的必要性分析

摘要：地質(zhì)災(zāi)害對人類的危害不容小覷。我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害比較嚴(yán)重、受威脅人口最多的國家之一[1]，特別是在一些大城市和一些缺水嚴(yán)重的平原地帶，因城市化建設(shè)而加重地表負(fù)荷和因生活或灌溉而無節(jié)制地開采地下水而造成了地面沉降，其危害性尤為突出。如不及時加強(qiáng)監(jiān)測防治，將嚴(yán)重危害到人類的生存安全。目前我國對此十分重視，全國主要地面沉降重災(zāi)區(qū)均進(jìn)行了聯(lián)防聯(lián)控，監(jiān)測手段主要有精密水準(zhǔn)測量、InSAR技術(shù)、GPS監(jiān)測、分層標(biāo)布設(shè)等等。在此過程中，由于監(jiān)測新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，且越來越成熟，一些單位人員對常規(guī)測量方法—精密水準(zhǔn)測量重視不夠。本文以皖北平原亳州市區(qū)地面沉降檢測為例，結(jié)合各種檢測方法的優(yōu)缺點，分析了精密水準(zhǔn)測量在地面沉降監(jiān)測過程中的必要性。

關(guān)鍵詞：地面沉降；監(jiān)測手段；精密水準(zhǔn)測量；必要性分析

前言

隨著我國城市化和基礎(chǔ)建設(shè)的大力發(fā)展，由此所引起的大面積地面沉降已經(jīng)逐漸發(fā)展成威脅人類的一種主要地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，也引起了政府的高度重視。同時，針對地面沉降而采取的監(jiān)測方法也日漸成熟，主要有精密水準(zhǔn)測量、InSAR技術(shù)、GPS監(jiān)測、分層標(biāo)布設(shè)等等；各種監(jiān)測方法雖手段不同，但各有長處。其中，精密水準(zhǔn)測量是傳統(tǒng)意義上地表形變監(jiān)測的主要手段，其垂向監(jiān)測精度極高，可達(dá)到亞毫米級[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些與測量相關(guān)的新技術(shù)日漸成熟，如GPS測量技術(shù)具有全天候、高精度、自動化、高效率等顯著優(yōu)勢，InSAR技術(shù)具有區(qū)域覆蓋廣泛、空間分辨率高等特點，致使有觀點認(rèn)為精密水準(zhǔn)測量在沉降監(jiān)測中會逐漸被取代。實際上，為了更合理利用不同方法獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對高精度、高時間分辨率、高空間分辨率等不同地面沉降監(jiān)測成果進(jìn)行融合處理分析，才能更真實、有效、精確、全面地判斷沉降狀況和發(fā)現(xiàn)沉降規(guī)律。因此，每種監(jiān)測方法都必不可少，尤其是能獲得高精度垂向沉降量的精密水準(zhǔn)測量。

本文主要以皖北平原亳州市區(qū)地面沉降監(jiān)測為例，介紹其在水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)、施測、在不同時期獲取的高精度監(jiān)測數(shù)據(jù)分析等，闡述精密水準(zhǔn)測量在地面沉降監(jiān)測中的必要性。

1.監(jiān)測區(qū)概況和技術(shù)方法

1.1監(jiān)測區(qū)概況

亳州市位于安徽省西北部，地處皖北平原南端，距省城合肥330㎞，位于東經(jīng)115°53′～116°49′、北緯32°51′～35°05′，北依河南省商丘市，西與周口市鹿邑縣接壤，西南部與阜陽市毗連，東部與淮北市、蚌埠市相倚，東南部與淮南市為鄰，面積8374km2。

安徽省皖北片地面沉降一直比較嚴(yán)重，其中就包括亳州市區(qū)域，上級政府及相關(guān)管理部門對此十分重視。究其原因是多方面的，其中地下水過度開采是產(chǎn)生地面沉降的主要原因之一。主管部門對本地區(qū)的監(jiān)測工作也十分重視，但由于沉降區(qū)范圍較大，情況復(fù)雜，因此建立長期的地面沉降監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。本次監(jiān)測范圍主要在亳州市區(qū)。

1.2技術(shù)方法

本測區(qū)在開展工作之前，對于收集的資料進(jìn)行了詳細(xì)分析。由于測區(qū)內(nèi)沒有基巖標(biāo)，經(jīng)會商采用800m深已到基巖的BR01號地?zé)峋鳛槠鹚泓c。在不銹鋼地?zé)峋芸诒诤附訙y量標(biāo)志，引測上高程后，每次均將該點聯(lián)測至水準(zhǔn)網(wǎng)中。每期按規(guī)范要求，外業(yè)采集數(shù)據(jù)后，以BR01號起算精密平差，獲得各沉降點的相對高程值；經(jīng)比對后，提供可靠的整個市區(qū)地面沉降監(jiān)測點每個點的精準(zhǔn)沉降量。布網(wǎng)圖如圖1所示。

2.施測過程

2.1使用儀器

本測區(qū)使用4臺南方DL-2003高精度數(shù)字電子水準(zhǔn)儀，安平精度±0.2″，高程測量電子讀數(shù)0.3mm，并經(jīng)鑒定合格。

南方DL-2003高精度數(shù)字電子水準(zhǔn)儀使用的水準(zhǔn)標(biāo)尺為本廠配套的條碼標(biāo)尺，并經(jīng)鑒定合格。

2.2技術(shù)要求

二等水準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示[3]：

2.3水準(zhǔn)觀測

使用南方DL-2003高精度數(shù)字電子水準(zhǔn)儀觀測時，自動記錄各項數(shù)據(jù)，各項改正自動完成，各項觀測數(shù)據(jù)精度符合規(guī)范和技術(shù)設(shè)計書的規(guī)定。

2.3.1每天觀測前，儀器放置于陰影之下，讓儀器與空氣溫度趨于一致，接著對水準(zhǔn)儀進(jìn)行預(yù)熱，使儀器進(jìn)行不少于20次的測量。

2.3.2觀測順序：往返測，奇數(shù)站觀測順序為后—前—前—后，偶數(shù)站觀測順序為前—后—后—前。

2.3.3觀測過程：選擇地面堅固的地方并踩實尺墊，水準(zhǔn)尺用尺撐支撐穩(wěn)定，并使上下兩個氣泡居中。每一測段的往測和返測一般分別安排在上午和下午進(jìn)行，個別測段夜間觀測。

在市區(qū)進(jìn)行二等水準(zhǔn)觀測，選擇架設(shè)儀器的地點需非常小心。特別是遇到水泥路面和人行道，先仔細(xì)觀察地面是否穩(wěn)固，是否易受行人和車輛干擾；除了遇到路線拐彎處，每一站儀器與標(biāo)尺應(yīng)盡量保持一條直線，在水準(zhǔn)路線前進(jìn)途中，在安置儀器的三腳架時，應(yīng)盡量使其中兩個腳與路線方向平行，另1腳在路線的左側(cè)或右側(cè)。

2.3.4水準(zhǔn)測量觀測視線長度、視距差、視線高度均應(yīng)符合規(guī)范和設(shè)計的要求。

2.3.5同一測段往返測時，前后視標(biāo)尺互換。

2.3.6全線往返實測為266㎞。

2.4平差計算

平差計算在微機(jī)上利用清華山維軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差。

2.4.1平差精度

最大閉合差6.8mm，限差±25.9mm。（表2）

測段往返較差，最大是12.2mm，限差18.39mm。（表3）

2.4.2精度統(tǒng)計按二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求進(jìn)行。

3.成果分析

本次以二等水準(zhǔn)精度完成了亳州市區(qū)地面沉降監(jiān)測網(wǎng)的所有監(jiān)測點測量工作，同樣以BR01點起算經(jīng)精密平差后成果可靠，與2017年測量的水準(zhǔn)高程差值比較，可以反映出本市區(qū)兩年來地面沉降情況，最大達(dá)到57mm，也有的地方?jīng)]有沉降，詳見表4。

4.結(jié)論

通過2017年和2019年兩次測量，得到了每個監(jiān)測點亞毫米級垂向沉降量，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)：本市區(qū)存在明顯的地面沉降。由此了解了精密水準(zhǔn)測量在地面沉降監(jiān)測過程中的重要作用。與其他方法不同的是，在保證沉降監(jiān)測點不被破壞的情況下，精密水準(zhǔn)測量能精確、穩(wěn)點、可靠、長期、實時地采集數(shù)據(jù)。因測量設(shè)備越來越先進(jìn)，加上作業(yè)人員嚴(yán)格按規(guī)范操作，本次測量所獲得的覆蓋亳州市區(qū)不同地點沉降量具有很高的參照價值，為驗證其它監(jiān)測方法獲得的沉降成果的準(zhǔn)確性提供保障，也給政府部門防治沉降災(zāi)害提供了依據(jù)。綜上所述，精密水準(zhǔn)測量在地面沉降測量中不僅不會被替代，而且必不可少。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱耀琪.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治[M]， 2017.

[2]李更爾，周元華，等. InSAR、水準(zhǔn)及GPS數(shù)據(jù)融合處理方法[D]. 2017.

[3]肖學(xué)年，姬恒煉，葛志成，等.國家一、二等水準(zhǔn)測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修訂若干技術(shù)問題的研究[J].工程勘察， 2006（6）： 41-43.