长三角州地区地面沉降监测.doc

长江三角洲地区地面沉降监测摘要：该文是由中国地质调查局部署，江浙沪地调院开展的“长江三角洲（长江以南）地区环境地质综合研究”项目之子课题地面沉降监测网络规划方案研究之初步成果的介绍，着重介绍该地区地面沉降现状、地面沉降监测的技术方法和分布，并对今后监测工作做了一定的思考。关键词：长江三角洲 地面沉降 监测 网络长江三角洲长江南岸地区，包括江苏苏锡常、浙江杭嘉湖平原以及上海市是我国经济最发达，人口最为密集的地区之一。但是，本地区资源相当贫乏，国土开发程度很高，因而导致环境地质问题日益突出。因开采地下水所导致的地面沉降最早发生于上世纪廿年代初的上海市区，并在五、六十年代造成严重的灾害，八十年代，江苏苏锡常、浙江杭嘉湖地区地面沉降日趋严重。70年代以前，城市地区的纺织业发达，但能源紧缺，故大量集中开采地下水用于纺织厂的空调降温，导致城市地区严重的地面沉降。80年代以来，随着改革开放中城市周边地区的乡镇企业兴起，不仅其本身大量开采利用地下水，并且对污染防治普遍重视不够，导致水资源极为丰富的三角洲水网地区地表水质量普遍下降，使整个区域成为水质型缺水地区，加剧了广大农村地区居民用水紧张，促使地下水开采量的急剧增加，产生了区域性水位降落漏斗，故由此诱发的地面沉降目前已成为以城市为中心的区域性地质灾害。至90年代末，有面积近10000km2的范围累积沉降已超过200mm，并在区域上已连成一片，最大累积沉降量超过2500mm。尤为严重的无锡地区，因不均匀沉降，还引发了14处地面坍塌和地裂缝地质灾害，局部地区已形成长数千米、宽一、二百米不等的地裂缝带。同时，随着城市化程度的不断提高，产生了新的沉降因子，即在软土地区进行大规模、高密度的城市建设及工程活动，又进一步加剧了地面沉降。故目前地面沉降是本地区规模最大、持续影响时间最长、也是国内最早发现的同类地质灾害。由于地面沉降，使原来就以地势低洼为特点的太湖水网地区以及滨江临海地区地势更加低洼，使50年代大规模兴建的防洪排涝等水利工程严重失效，使本已遏止的洪涝灾害又趋加剧；由于地面不均匀沉降，导致构建筑物受损，市政基础设施破坏，造成巨大经济损失。长江三角洲是我国开展地面沉降勘察、监测、研究最早的地区。自1961年以来，为进行上海市地面沉降调查，开始系统的建立地下水动态监测网，兴建或利用已有地面水准点进行地面沉降监测，逐步建立基岩标、分层标监测不同土层的变形特征。苏锡常地区和杭嘉湖地区始建于80年代初期，并随着各类区域水工环地质调查评价工作的展开，得到了不断补充。到目前为止，长江三角洲地区地下水动态监测网络已覆盖全区，由地面精密水准监测网以及地下不同深度的基岩标、分层标在重要城市及地面沉降严重地区构成的立体监测系统已经初具雏型。并通过数十年的监测，已经基本掌握了重点地区的地面沉降时空变化规律，为研究进而控制地面沉降积累了极为丰富的数据资料，并在上海市区取得了世人瞩目的控沉效果。90年代末，随着新技术新方法的不断引进，GPS、自动化监测以及信息技术开始在本地区地面沉降监测中得到了应用。现分别简述如下：1地下水动态监测目前，长江三角洲长江以南地区主要利用地下水开采井，部分自建作为补充，共布设700余眼地下水动态监测井。平面上以城市和地下水集中开采区为重点覆盖全区，垂向上共监测一个潜水含水层和五个承压含水层，各含水层监测井分布相对合理。因此，地下水动态监测网络构成了地面沉降监测网络的一个重要组成部分，并为研究地面沉降机理，评价地下水资源积累了40余年的监测资料，建立了庞大的地下水动态数据库。2常规精密水准测量自1961年以来，在上海市市区兴建或利用已有地面水准点建立了地面沉降水准监测网络，通过不断调整、补充，至90年代末上海地区在市区和近郊区已先后建立了由9个环（浦西5环，浦东3环，浦东、浦西联测1个环）组成的地面沉降等水准网、等水准测线，郊区分别在浦西、浦东形成了2个“目”字形等联测水准网络，约394公里（浦西262公里，浦东132公里），并构成了以小闸基岩标J1-1、佘山基点为起算点，共38座基岩标、450座普通水准点的自由网，实际控制面积为1600km2。通过上海市地质调查研究院每年定期进行精密水准测量，对上海市市区及近郊区实施地面沉降监测。而对于全市范围地面沉降的调查则是收集测绘系统不同时期进行水准测量的资料加以整理分析获得的。近年来又加强了上海市城市生命线工程（地铁一二号线、轻轨明珠线、防汛墙等）及其他典型建筑物等重点城市建设工程的地面沉降监测工作。同时，颁布了上海市监测设施管理办法，使地面沉降监测和控制逐步纳入法制管理体系。80年代，杭嘉湖平原地区和苏锡常地区通过收集水利、城建、交通等部门根据各自目的在不同时间和不同地区进行的水准测量资料，并开展实地调查来了解地面沉降现象的，故对区域上地面沉降的了解不十分系统。80年代末浙江省地质环境监测总站开始对嘉兴市区地面沉降进行系统监测，并逐渐向外扩展，监测面积由开始的200km2增至2001年的3500km2。苏锡常地区水准测量工作主要集中在中心城市，并以城建部门测量为主。上述工作对掌握本地区的地面沉降发育状况提供了宝贵的数据资料。3 基岩标、分层标测量为监测地下不同深度各土层的变形特征，自60年代以来先后在上海全市范围内共布设38座基岩标，48组深、浅不同的分层标，埋设了20组共216个孔隙水压力测头。通过与地下水动态同步监测，为研究地面沉降机理、研制三维或准三维地下水渗流土层变形耦合数学模型奠定了丰富的资料基础。目前，苏锡常地区在常州市已有一组基岩标、分层标组的基础上，也在重点城市地区抓紧进行建设基岩标、分层标，杭嘉湖地区也已进行了规划。!4GPS地面沉降监测网建设以提高对地面沉降的快速反映能力为目的，1998年利用Ashtech双频GPS信号接收机在上海市杨浦区进行地面沉降监测可行性研究，取得较好结果，采用大地高（椭球高）进行测量，当不向传统的正常高（海拔高）进行转换时，其精度达到3mm，能够满足地面沉降监测的精度要求。因此，2000-2001年期间，本地区开始筹建GPS地面沉降监测网络。以网联、边联形式，连接各观测点的基线平均长度为20km进行布网，各网点埋设坚固永久性GPS观测墩作为监测点共72座，组成本地区GPS地面沉降监测基准网（一级网），以此对全区的测量精度进行控制。其中，苏锡常地区由于以往水准监测工作比较薄弱，江苏省地调院在组建基准网的同时，集中力量对GPS二级网也进行了建设，在锡西地区建立地面沉降监测示范区，采用普通水准标石共50座，控制面积达850余km2，并在其他地区建设100余座标石构成了区域GPS监测二级网。通过对基准网点进行三角点连测，再对已知历史沉降信息的水准点进行GPS测量，在确定测区大地水准面精细结构的基础上，将各测点椭球高程（大地高）转变为海拔高程（正常高），并与各点以往水准测量结果对比，从而初步查明该地区累积沉降量及年均沉降速率的分布规律。5地面沉降数据自动采集示范工程为适时掌握地面沉降动态规律，2000-2001年分别在上海市华漕、北蔡、外滩、上棉一厂选择已建分层标组研制、安装了地面沉降自动化监测系统，利用自动化监测技术即采用静力水准监测仪通过连通容器实施分层标组多点联测，采用压力传感器进行水位观测，实现土层变形、地下水位等数据的自动采集、传输，并建立了上海市地面沉降监控中心，通过联网及网络化管理，实现远程遥控自动、同步定时和即时测量，并自动将监测数据并入地面沉降信息管理系统，根据监测网的维护需要建立数据位移修正数据库，实现各种监测数据（水量、水位、水准点和分层沉降等）的信息处理、分析，为控制地面沉降研究提供了新的方法和手段。自动化监测系统主要由地面沉降监测控制中心（主机）、有线通讯网和现场测量（从机）三大部分组成。系统通讯网为主机（微机+通讯卡）一般放置在监控中心，配备测控软件和数据库软件，负责管理从机的工作状态和取回各从机的测量结果及进行观测资料的分析处理和图表输出；通讯网络利用公共设施的电话网络实现；从机安置在测量工作现场，负责按主机设置的工作方式对各测点进行测量、结果保存及向主机传输。主机和从机的通讯接口为通讯卡，传输介质为电话装置，不同类型观测项目的从机可以方便地接入同一个通讯网，使得系统的扩充变得轻而易举。主机的测控软件与现场仪器的通讯接口的方式有现场和远程控制测量两种，这两种连接方式也可以同时采用，只需一套软件即可完成对上述各类仪器及两种通讯方式的管理。6上海市地面沉降监控中心建设为使上述地面沉降监测自动化监测系统能够实现网络化集中管理，2001年由上海市地质调查研究院建立了上海市地面沉降监控中心。其核心部分便是上海市地面沉降信息系统，该系统由地面沉降信息管理子系统、地面沉降测控子系统及地面沉降预测子系统组成。通过互联网可以对地面沉降监测自动化监测系统实施远距离遥控管理，同时可以对地面沉降自动采集、人工采集的数据进行综合集成，包括数据维护、管理、统计、分析、输出（包括网络传输）等，并且可以根据用户需求编制各种分析图件、报表及进行地面沉降预测。7下一步工作的思考长江三角洲地区通过广大地质工作者40余年的耕耘，先后建立了区域地下水动态监测网，城市水准监测网和基岩标、分层标监测设施。这些监测设施在局部地区开展地面沉降调查、监测和研究，采取地面沉降控制措施等发挥了积极作用。但因缺乏区域统一规划及以往采用的仪器设备陈旧、技术落后，地面沉降监测网络总体上不适应区域地面沉降的发展趋势和国内外监测技术不断更新的形势。因此，建设空间上分布合理，技术上先进可行的长江三角洲统一的地面沉降监测网络，是本区地质环境保护，社会经济建设规划，人口、资源与环境协调发展的必要保证。故笔者认为，在充分发挥传统监测方法优势的基础上，积极引用新技术、新方法（GPS、网络、GIS、自动监测等）进行区域地面沉降监测网络统一规划、分步建设。以此系统全面、适时掌握区域地面沉降的分布和发展规律，为进一步研究地面沉降成因机理，预报灾情发展态势，采取综合防治措施提供第一手资料。区域地面沉降监测网络可以分为三个层次，即：第一层次：选择地面沉降严重的大城市，如苏州、无锡、常州、嘉兴及上海等城市，建设全天候GPS观测站和地面沉降自动监测站，组建区域地面沉降监控中心，通过联网实现集中远程遥控自动、同步定时或即时实测，以此提高对城市地面沉降灾情的快速反映能力；第二层次：将已初步建成的GPS基准网以及在重点地区已经或将要建立的分层标组作为区域地面沉降骨干监测网，为规划区域地质环境保护、快速了解区域地面沉降分布状况奠定基础。同时，又可以为GPS地面沉降二级监测网提供精度保证。第三层次：根据本地区的地质环境背景、人类经济活动和社会经济发展规划、地面沉降的地区差异等按不同网度进行GPS地面