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盐城地区地面沉降的GPS实时动态监测试验研究 摘要：盐城地区属于地面沉降易发区，本文从盐城的工程地质和水文地质条件等方面论述了该地区地面沉降的成因。本文应用GPS网络RTK方法对盐城地区18个监测点进行地面沉降观测，并与二等水准测量结果进行比较，初步论证了GPS网络RTK测量代替二等水准测量的可行性。 关键词：地面沉降；GPS RTK；虚拟参考站 中图分类号：P642.26 文献标识码：A 1 绪论 与传统的测量方法相比，GPS RTK测量技术以其精度高、实时性和高效性，具有明显的优势；但GPS RTK测量精度受到多种因素限制，因此将其应用到不同地区、不同领域时必须做好试验研究工作。盐城地区位于江苏省北部，是地面沉降地质灾害易发区，地面沉降监测工作任务很重；与上海、天津和苏南一些城市相比，盐城地区将GPS测量技术应用于地质灾害研究的工作才刚刚起步，需要进行大量的基础性试验研究，才可能使这种先进的测绘技术在本地的工程建设中发挥应有的作用。 2 GPS RTK测量概述 GPS RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量定位技术，是GPS测量技术与数据传输技术相结合系统的产物。GPS RTK测量过程为：在基准站上设置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。 3 盐城地区工程地质及水文地质条件 盐城地区位于苏北平原东部，在东经11925至12056，北纬3245至34之间，盐城地区属平原地区，地势平坦低洼，地面海拔大部分在24米左右。盐城地区因处滨海河口地带，河道纵横，地形由西北、东南向中部缓倾。 依据全新世以来的海侵、海退、河湖变迁及其相关的松散沉积特征，盐城地区分为四大地貌区，即滨海冲海积平原、里下河泻湖平原、滨海辐射沙洲和废黄河三角洲。 区域地质构造隶属于我国东部新华夏系构造体系，区域地层发育受纬向构造体系和华夏系构造体系控制，形成一系列凹陷和凸起，自燕山运动以来，持续接受沉积。区域为巨厚的新近系和第四系覆盖。其中普遍发育的淤泥质粉质黏土呈饱和流塑状，夹少量粉土团块或薄层，无摇震反应，切面光滑，中等干强度，中等韧性，工程地质性质差。 按含水介质，盐城地区地下水可分为松散岩土孔隙水和基岩裂隙水两类。按含水层埋藏条件和水力特征，区内松散岩土孔隙水可分为四个含水层组，各含水层组特征如下： （1）潜水含水层组 该含水层时代相当于第四系全新世，含水层岩性以亚黏土与粉砂互层，局部为粉细砂、亚砂土，含水层厚度一般为1015m，富水性一般。地下水埋深一般为0.902.90m，水位受大气降水和地表水影响，随季节波动，年变化幅度达1.8m左右，其排泄以蒸发为主。 （2）第承压含水层组 该含水层时代相当于第四系上更新世，含水层顶板为黏性土，局部缺失，底板为黏性土与粉砂互层，含水层厚度一般为1025m，单井涌水量100500m3/d。该含水层与潜水水力联系密切，可间接接受降雨入渗、农田灌溉补给，人为开采利用及侧向径流为主要排泄方式。 （3）第承压含水层组 该含水层时代相当于第四系中早更新世，含水层岩性主要为细砂、粉砂和细中砂，含水层厚度一般为1585m，单井涌水量可达10002000m3/d，富水性较好。该层地下水以侧向补给为主，人为开采利用及侧向径流为主要排泄方式。近年来，受开采影响，地下水位有所下降。 （4）第承压含水层组 该含水层时代相当于第三系渐新世，含水层岩性主要为细中砂和中粗砂，含水层厚度一般为1545m，单井涌水量可达300800m3/d。该层地下水以侧向补给为主，补给条件较差。 根据有关资料和地质调查，第、承压含水层是主要开采层，由于长期大量开采地下水，承压水头下降，其中第承压含水层地下水降落漏斗覆盖面积达1405.3km2，中心最大平均埋深约为40.04m；第承压含水层地下水降落漏斗覆盖面积达1755.1 km2，中心最大平均埋深约为47.43m。地下水的长期超采和地面建筑荷载的不断增加，造成地面沉降灾害的发生，对地质环境影响较大，已经形成地面沉降漏斗，目前盐城地面累积沉降量在400600mm之间。 目前盐城地区地面沉降监测的方法主要采用传统的水准测量，监测水准线路逐年增长，监测等级高，外业劳动强度大，内业数据处理效率不高，整个监测工作耗时长、投入大。因此将GPS RTK技术引入盐城地区地面沉降监测工作极为必要。 4 GPS监测网的布设 根据实验实验方案，在盐城地区共布设了18个GPS地面沉降监测点，这些监测点同时也是一等或二等水准点，这样就可以直接比较GPS测量与水准测量监测成果，以确定用GPS RTK测量代替二等甚至一等水准测量的可行性。 为了克服常规的单基准站RTK技术作业距离上的局限性，保证测量结果的精度，本实验采用网络RTK技术（虚拟参考站法，简称VRS），VRS系统包括控制中心、固定参考站和用户部分，控制中心即数据处理中心，是整个系统的核心，它通过通讯线与所有的固定参考站通讯；通过无线网络与移动用户通讯；由计算机实时系统控制整个系统的运行。固定参考站是固定的GPS接收系统，分布在整个网络中，一个VRS网络可包括无数个站，但最少要3个站，站与站之间的距离可达70km。固定站与控制中心之间有通讯线相连，数据实时的传送到控制中心。用户部分就是GPS接收机、调制解调器和移动电话。 以GPS1、GPS7、GPS16、GPS11、GPS13、GPS14为基准站，构成基准站网，最长的基线59.9km(GPS1GPS16),最短的基线26.0km（GPS14GPS11)。建立盐城地区GPS测量各误差改正模型，采用线性内插法求解改正数。 本实验采用二等水准测量与GPS实时动态测量对比方法，二等水准测量采用徕卡NA2精密水准仪和因瓦钢尺；GPS测量采用华测X91 GNSS双频多星GPS接收机。观测工作从2010年1月开始，到2011年3月结束。 5 GPS监测成果分析 通过对14个月以来的监测数据统计分析，GPS测量中误差在4.17.2mm之间，与二等水准测量精度相当，表2反映了GPS测量与二等水准测量测得的地面沉降情况。 GPS9和GPS15监测点受破坏未完成监测，从表2其它各监测点数据比较，GPS实时动态监测结果与二等水准测量结果最大较差为20.9mm，平均较差为5.1mm。 6 结论与展望 通过对盐城地区地面沉降的监测试验研究，获得了如下结论： （1）盐城地区普遍发育的新近系和第四系松散沉积构造是地面沉降产生的物质基础，而长期的地下水超采是地面沉降形成的主要原因；而从20102011年的监测情况分析，在地下水开采已经受到严格管理的情况下，某些监测点的地面沉降速率仍然偏大，这与工程建设规模扩大，地面荷载增加有密切的关系。 （2）与传统的水准测量相比，GPS RTK测量自动化、集成化程度高，作业效率高，外业劳动强度低，人为误差少，受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小保证了作业精度。 但单基站RTK测量误差随距离增加，其作业距离不能超过15km。因此本研究中尝试采用了VRS网络RTK技术，既克服了作业距离的限制，又节约了测量费用，数据的可靠性也得到保证。 （3）通过对比分析二等水准测量与GPS 网络RTK测量结果，证实了在盐城地区地面沉降监测中用GPS测量代替二等水准测量的可行性。 本研究中还有一些未竟的工作，如在理论上对GPS测量结果与精密水准测量结果进行一致性检验，VRS的算法研究，区域误差模型修正，监测点的优化等。此外还要在GPS测