地面沉降监测论文

地面沉降监测论文（精选12篇）

地面沉降监测论文 第1篇

地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程经济活动影响下,由于地下松散地层固结压缩,导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象)。

地面沉降是一种缓变的地质灾害,不仅对开发建设有严重的地质灾害隐患,而且对现有建设、市政基础设施、农业生产、人民生活等造成直接损害,也造成运力下降、挡潮和排水等间接损害。随着我市经济开发区建设速度的加快和农村城镇化进程的不断推进,加强地面沉降的监测工作,建立具有统计、分析、预测等功能的全市地面沉降管理信息系统,获得对地面沉降的系统认识,对避免建设中的不利因素、合理利用土地、保持城市建设与环境协调发展有重大作用。根据有关地质资料研究显示,苏州市区北部是苏州市区地面沉降较为严重的地区,因此选择该区域作为市区地面沉降监测的启动区具有一定的代表性。

二、测区概况

本测区位于苏州市市区北部,测区面积约175平方公里,该区域由于早期存在大量地下水开采问题,形成了以黄埭为中心的沉降漏斗区,自1979以来,该区域水准点位最大沉降量达1.55米,1995年以后加强了地下水开采量控制和回灌,取得显著效果。近年来政府部门已经采取措施基本停止了该区域的地下水的开采工作,使得该区域地面下沉速率明显减缓,且已有小范围上升的迹象,但仍有部分区域存在下沉现象,因此,地面沉降监测工作刻不容缓。

三、监测网的布设

监测网分两级布设。对全测区布设地面沉降监控网,对以黄埭镇为中心的重点沉降区域布设地面沉降监测网。

地面沉降监控网的布点:结合全测区地质结构、测区规划、原有水准点情况选取1个基岩点作为固定起算点,利用77个原有城市水准点、新布设5个水准点作为沉降监控网点。监控点间距约2~3公里,线路总长约400公里。

地面沉降监测网的布点:结合重点沉降区域地质结构、测区规划、原有水准点情况选取2个基岩点作为固定起算点,利用26个原有城市水准点、新布设143个水准点作为沉降监测网点。监测网点间距约500~1000米,线路总长约600公里。

四、数据采集

1. 数据采集采用等级水准测量方法获取各沉降监测点的高程,以定期观测手段获取各监测点的沉降量;针对不同区域采取不同的观测精度。

对于地面沉降监控网区域,覆盖整个苏州市区北区,地面沉降较为均匀且沉降量较小,采用二等水准联测所有监控点,二等水准观测采用DNA03型精密电子水准仪进行。对于地面沉降监测网区域,由于其局部沉降量较大,测区相对较小,则采用测量联测所有监测点,三等水准观测采用NA2型水准仪进行。

2. 首次测量时应采用碎部观测精度测量各监测点、监控点的平面坐标,供绘制等值线图使用。

3. 地面沉降监控网观测周期为一年,地面沉降监测网观测周期为六个月。

五、数据处理

1. 数据处理

数据采集后应对观测数据进行各项改正,改正的内容应包括:正常水准面不平行的改正、重力异常改正、水准标尺长度误差改正、水准标尺温度改正。

由于本课题研究的对象为小区域地面沉降监测网,正常水准面不平行的改正、重力异常改正对小区域的影响极小,可以忽略不计,故本项目未做上述两项改正。

2. 平差计算

地面沉降监控网是基于“I宁沪5 7”基岩点作为固定基准点而布设的,形成了多5个闭合环。地面沉降监测网是基于2基岩点作为固定基准点而布设的,形成了3 9个闭合环。

平差计算采用北京清华山维新技术开发有限公司的工程测量控制网微机平差系统NASEW95进行。为确保成果的可靠性,平差结束后还应采用不同的软件进行验算,平差验算采用武汉大学测绘学院的“科傻控制测量数据处理软件”进行。

六、沉降分析

经过多期水准观测后,就可以对地面沉降监测点的沉降量进行分析,建立地表模型,绘制沉降量等值线图,从而获得该区域的沉降量情况。上图为经过六期观测后获得的地面监测区域的地面沉降等值线图。

七、结束语

苏州市区北区地面沉降监控网、监测网已进行了6期观测,经过对连续6期测量数据分析,苏州市区北区存在着不均匀的地面沉降现象,该区域内呈现出了数个沉降漏斗中心迹象,因此应该通过进一步持续不断地、周期性地实施该区域的地面沉降监测工作,为该区域地面沉降作出统计、分析、预测,为避免城市建设中的不利因素、合理利用土地、城市规划管理、决策提供科学的依据。

参考文献

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[5]王丽瑛,李秀玲,陈文杰.天津市滨海新区地面沉降数据库.中国地质灾害与防治学报.1998年5月,第9卷第2期

地面沉降监测论文 第2篇

InSAR技术是20世纪后期发展起来的一种新的测量方法,由于其具有能够实现全天时、全天候的对地观测,现已成为空间对地观测技术的研究热点.D-InSAR技术是在InSAR技术基础上发展起来的一种可以用来检测地面微小运动的`新技术,其可以监测厘米级,甚至毫米级形变的精度.文中分析了D-InSAR技术用于形变监测中存在的误差及其减弱措施,并对该技术在西安地区的应用作了相应的分析.

作 者：杨成生 侯建国 季灵运 马静 YANG Cheng-sheng HOU Jian-guo JI Ling-yun MA Jing  作者单位：杨成生,马静,YANG Cheng-sheng,MA Jing(长安大学,地质工程与测绘工程学院,陕西,西安,710054)

侯建国,HOU Jian-guo(长安大学,地质工程与测绘工程学院,陕西,西安,710054;黑龙江工程学院,黑龙江,哈尔滨,150050)

地面沉降的中国应对 第3篇

因为地面沉降的反应滞后，且进程缓慢，以毫米为单位计算的沉降率，人们不易察觉。上世纪20年代，上海是我国最早发现地面沉降迹象的城市。据统计，现在上海市区地面累计沉降量超过2米，历史上最大年均沉降量曾达到110毫米。陶庆法说，“尽管这样，人们仍然不会有明显的感受，只有看到不断升高的抽水井井台时，大家才能明白地面矮下去了。”上海人可能因为看到外滩不断加高、加固的防汛墙才意识到地面沉降的发生。而真正开始重视，却是在上世纪60年代中期。

地面沉降除了给城市建筑物、地下管道形成破坏以外，更直接的影响就是经济损失。根据中国地质调查局等部门评估，几十年来，长三角地区因地面沉降造成的经济损失共计3150亿元。其中上海地区最严重，直接经济损失为145亿元，间接经济损失为2754亿元；华北平原地面沉降所造成的直接经济损失也达404.42亿元，间接经济损失2923.86亿元，累计损失达3328.28亿元。

陶庆法介绍说，“目前我国地面沉降的重灾区主要是长江三角洲地区，华北平原和汾渭盆地这三个区域。”

据中国地质调查局公布的《华北平原地面沉降调查与监测综合研究》及《中国地下水资源与环境调查》显示：自1959年以来，华北平原14万平方公里的调查范围内，地面累计沉降量超过200毫米的区域已达6万多平方公里，接近华北平原面积的一半。其中，天津地区的沉降中心最大累计沉降量一度高达3.25米。调查和监测结果显示，华北平原不同区域的沉降中心仍在不断发展，并且有连成一片的趋势；长江三角洲地区最近30多年累计沉降超过200毫米的面积近1万平方公里，占区域总面积的1/3。上海市、江苏省的苏锡常三市沉积中心区的最大累积沉降量分别达到了2.63米、2.80米，并出现了地裂缝灾害。

陶庆法说，“地层是塑性的，不是弹性的。如果是弹性的，加上压力后缩下去，当压力放开就可以回复。但地面沉降很难修复，所谓的反弹也相当有限，即便把地下水控制住之后，可能也反弹一点，但是那个量相当小，基本可以忽略不计。”

虽然某些天然因素可以造成地面沉降，但地面沉降的主要原因还是人为的：地下水、石油、天然气、地热等资源的过度开采；城市建筑；重大工程造成地基土体发生缓慢变形……这些都在不知不觉中改变着我们脚下的大地。目前，我国以及世界上主要沉降区的资料都证实，过量开采地下水是造成地面沉降的主要原因。

近30年来，随着中国城市化、工业化进程的高速发展，地表水的污染日益严重，人们的生产、生活越来越多地依赖地下水，人们对于地下水的开发利用一直在迅速增加。综合水利部公布的数据，在20世纪70年代，中国地下水的开采量为平均570亿立方/年，80年代增长到年均750亿立方，而水利部最新数据显示，2009年地下水的开发利用量已经增到1098亿立方/年。

目前，在中国655个城市中，有400多个以地下水为饮用水源，北方城市对地下水的依赖更重，目前北方城市65%生活用水，50%的工业用水以及33%的农业灌溉都是主要依靠地下水。

“全国地下水超采区域300多个，面积达19万平方公里，严重超采面积达7.2万平方公里。”水利部水资源司副司长于琪洋10月28日在新闻发布会公布了这组数字。

正是因为不合理开采地下水而使很多城市发生了地面沉降，使得国内沉降中心个别点的最大累计沉降量不断升高。沿海地区的大连、秦皇岛等城市地下水水位的下降，引起海水入侵，导致地下水水质恶化，其中山东、辽东半岛海水入侵更加严重。

华北平原之所以成为地面沉降的重灾区，也是由于多年的地下水超采。华北平原总面积为13.6万平方公里，人口约1.11亿，包括北京、天津、河北省的全部平原及河南省、山东省的黄河以北平原，是中国政治、经济中心和主要粮食生产基地。但人均水资源量每年仅为335立方米，不足全国平均水平的1/6。且华北平原地表水分布不均，使得地下水成为大华北经济社会可持续发展的重要支柱，很多城市的地下水开采量已占总供水量的70%以上。

虽然国家以及各级政府对地下水的开采有总量的控制，但是陶庆法告诉《中国新闻周刊》，“总量控制是一笔大账，是一定面积的平均开采量。而因为开采布局不合理，个别地区超采严重，就会形成区域性漏斗状凹面。”华北平原已经成为世界上最大的“漏斗区”。包括浅层漏斗和深层漏斗在内的华北平原复合地下水漏斗，面积达73288平方公里，占华北平原总面积的52.6%。

据统计，全国已形成区域地下水降落漏斗100多个，面积达15万平方公里。华北平原深层地下水已形成了跨冀、京、津、鲁的区域地下水降落漏斗，甚至有近7万平方公里面积的地下水位低于海平面。

近20年来，因为国内一些重点城市开始控制地下水的开采，大部分城市的地面沉降率有所降低，但因中小城市和农村地区地下水开发利用量大幅度增加，地面沉降范围已从城市扩展到农村，并在区域上连片发展，地面沉降量呈现此消彼长的特点。长江三角洲和环渤海地区就是典型代表，地面沉降已发展成为两个跨省市的区域性地面沉降区，不但制约了当地可持续发展和城镇安全，而且对铁路、公路、地下油气管线、防洪防潮设施等基础工程设施构成威胁。

由于地面沉降是地下水超采造成的，最直接、有效的办法就是严格控制地下水的开采。现在我国各地区主要采取的办法就是关井，禁止或者限制开采。近些年为控制地下水的开采，我国各地区都在制定相应的地方性条例、法规。但是监管能否到位，是让陶庆法深感头疼的一个问题，“取地下水太方便了，就地打一口井就取水了。”

除了控制开采量，国内还有些地区采取回灌的办法增加补给，对于缓解地面水位下降和由此引发的地面沉降也非常有效。在陶庆法看来，“压采地下水的关键就是要解决替代水源。人们生活需要用水、工业、农业生产都需要用水，不解决用水矛盾问题，防治地面沉降就是一句空话。”这个问题尤其在华北地区比较突出，华北的地下水过量开采主要是用于农业灌溉，要是不解决华北大平原农村农用灌溉用水问题，地面沉降的解决也只能是纸上谈兵。

为了解决替代水源问题，我国很多地区在搞跨流域引水，有省与省之间的调水，还有区域间的调水。目前国内重大战略性工程“南水北调”，正是为了缓解北方水资源短缺而实施的大规模跨流域引水工程。

目前，全国还没有建成统一的地面沉降监测网，包括各地区也没有统一的区域性监测网，所以难以掌握整体的变化规律，即使条件最好的长江三角洲地区也只是按省市行政区在逐步建立。

10月28日，国务院批准通过了 “国家级地下水监测工程”，这是我国第一次针对地下水启动大规模的工程。

D-InSAR监测地面沉降的应用 第4篇

关键词：合成孔径雷达,地面沉降,差分干涉测量

1 概述

合成孔径雷达干涉测量:一种微波遥感技术, 通过对同一区域进行双天线同时观测或单天线重复观测获取数据, 再结合观测平台的轨道数据来获取高精度、高分辨率的地面高程信息。差分干涉测量, 是在雷达干涉测量的基础上, 通过已有的数字高程模型去除地形信息的影响, 最终仅仅得到地表的形变信息。现有的资料表明, 差分干涉测量可获得高精度地面信息。鉴于此, 本文结合西安地区的SAR影像数据, 通过“两轨法”获得西安地区地面沉降信息。

2 差分干涉测量“两轨法”基本原理

通过对两幅SAR影像得到干涉图, 此时干涉图中既有形变信息, 又有地形信息, 再结合外部DEM, 将地形信息从干涉图中去除掉, 最后获得只有形变信息的干涉相位图。

由以上公式可以看出干涉相位对地形变化非常敏感, 测量精度可达波长级。如ERS-1/2系统为例, 当地表位移2.8cm时, 将会产生相位2π的变化。而只有当h≥4500cm时, 才能产生同样的效果。

3 实验及结果分析

3.1 西安地面沉降现状

自20世纪50年代起, 由于受到地下水的过量开采, 整个西安地区出现了不同程度的地面沉降。主要位于北郊的辛家庙, 沙坡村, 大雁塔, 东八里村, 西北工业大学。到1993年, 最大累计沉降量达1776mm。由以往数据看出, 西北郊、东南郊地区沉降量较大, 如图2.

3.2 西安数据

为了分析差分干涉技术探测城市地面形变, 以西安形变场为例进行实验。实验选用欧空局ERS-1/2卫星分别于19930129和19930305、19960107和19960701的原始数据, 采用gamma数据处理软件, 经SAR成像处理, 形成单视复数据 (SLC) , 图幅的中心位置为N34.44°、E108.72°, 影像覆盖整个西安市。

3.3 数据处理结果

930129-930305的差分干涉测量结果图3可以看出, 经过了35d, 基本保持有良好的相干性, 但是斑点噪声较严重, 但是从图3 (a) 中也可以清晰的看到, 矩形的黑线是西安市的城墙。因为两幅影像相隔时间间隔较短, 从图3 (a) 与图3 (b) 的对比中看出, 仅在城墙的东南方向有明显的地面沉降条纹。

960107-960701的差分干涉测量结果如图4所示, 通过较长一段时间的变化 (175d) 可以看出两幅影像干涉情况良好, 干涉条纹清晰可见, 与930129-930305相比较而言, 发现以西安城墙为中心, 东南郊、北郊都有非常明显的干涉条纹, 表示沉降量较大, 而西北郊相对而言没有明显的干涉条纹, 沉降量较小。

通过对930129-930305、960107-960701两组影像分别进行两轨法差分干涉, 得到了相应的形变信息, 如图5。

图5中, 横、纵坐标分别表示经纬度, 图例表示沉降量。经过35d, 整幅影像相干性良好, 西安市最大沉降量达到3cm, 位于南郊;经过175d, 影像中只有靠近市区区域相干性良好, 其余都有失相干现象, 最大沉降量达到10cm, 位于西南郊、南郊。

4 结论

由于地下水的严重开采所造成城市地面沉降现象, 需要用相应的技术监测并加以维护。通过差分干涉测量, 可以获得地面沉降中微小形变, 经过与常规地面监测结果对比, 沉降趋势基本一致, 证明该方法是简单可行的, 尤其对于城市用地变化小, 植被覆盖少的城市地区来说, 干涉情况良好, 可以得到较高精度的形变信息。在处理干涉影像时, 为了获得精度较高的形变信息, 选择两幅相干性较好的影像对于干涉结果十分重要。

参考文献

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上海地面沉降及其对城市安全影响 第5篇

上海地面沉降及其对城市安全影响

地面沉降是上海最主要的地质灾害.半个多世纪以来,地面沉降已使上海区域地貌形态发生显著变化,目前中心城区高程普遍小于3.5m.监测资料表明,累计地面沉降总量对城市防汛产生重大影响,而地面沉降在空间上的发育不均匀性,对穿越不同地面沉降速率空间的.线性城市基础设施的安全运营影响是严重的.

作 者：魏子新 王寒梅 吴建中 方志雷 刘国彬 Wei Zixin Wang Hanmei Wu Jianzhong Fang Zhilei Liu Guobin  作者单位：魏子新,王寒梅,吴建中,方志雷,Wei Zixin,Wang Hanmei,Wu Jianzhong,Fang Zhilei(上海市地质调查研究院,上海,72)

刘国彬,Liu Guobin(同济大学,上海,200092)

刊 名：上海地质 英文刊名：SHANGHAI GEOLOGY 年，卷(期)： “”(1) 分类号：P5 关键词：地面沉降   城市安全   防汛墙   地铁  

宁波关停全部地下井防止地面沉降 第6篇

这个看起来像《日本沉没》之类科幻电影的标题，却出现在了一些宁波专业人士的预测中。究其缘由，就是因为宁波复杂且特殊的地质环境结构，以及多年来无度的开采地下水。

当然，这只是基于不采取任何应对措施的极端预测，不过宁波有关方面已开始重视，老三区的地下水开采已被全面叫停，最后一口地下井也于2008年12月26日封存完毕。接下去，每位宁波市民都有义务对私采地下水的行为进行监督。

传言

2030年宁波城区全被淹

近来，网络上流传着这样一种耸人听闻的预测：如果宁波的地下水开采和回灌还不能做到同步，到2030年，宁波城区有可能在大潮时全部被淹！

不光是网络，这一说法也在宁波一些政府部门里开始局部流传。按照这一预测，如果宁波市区地下水保持前期较高的采灌水平，那么到2010年，沉降中心累计沉降将达570毫米，地面沉降漏斗范围也会进一步扩大；到2030年，沉降中心累计沉降就能达770毫米，地面沉降漏斗范围将扩大到300平方公里。届时，若不考虑城市设防，大潮时整个宁波市区将全部受淹。

就此，记者采访了相关地质专家，他们都表示“无法想象”。

“这种预测完全没有考虑积极因素，比如地下水开采的控制，比如城市防洪建设。但从理论上说，这种极端的预测也是有道理的。”宁波市国土部门的专家给出了相对中肯的意见。

证实

宁波已形成“大漏斗”

和丰纱厂，宁波创办较早的一家近代工厂，宁波早期工业的象征之一。然而，正是这一批早期工业的象征，数十年前开始大量开采地下水，导致宁波的地面沉降慢慢开始。

地面沉降，是指由于自然因素或人为因素作用，引起地表垂直变形的现象，自然因素中包括地震、火山活动等，而人为因素中，地下水开采、工程建设等都是重要因素。

宁波市有关部门一直以来都在对地面沉降进行着严密监测，监测范围覆盖了整个宁波城区，包括：海曙、江东二区的大部，江北、鄞州、镇海的部分。2007年，地面沉降“漏斗”面积已达290多平方公里，而宁波建成区的总面积，目前只有大约220平方公里。

这个“漏斗”是有中心的，这个中心就在江东民安路与江东北路交叉口附近，也就是前和丰纱厂附近。这个沉降中心累计地面沉降量已经超过500多毫米。据介绍，这个区域之所以会成为“漏斗”中心，就是因为几十年前这里一直集中了一批无序利用地下水的工厂。

危害

地面沉降危及城市安全

宁波市区地面沉降始于上世纪60年代中期。至今，地面沉降漏斗面积仍呈缓慢扩大趋势。宁波市地质环境监测站的有关专家介绍说，宁波市地面沉降初期主要是集中、大量开采地下水引起的，进入上世纪90年代以后，大规模城市化建设诱发的工程性地面沉降问题便逐年凸显，而地面沉降已造成宁波城市防汛和抗洪能力下降，城市排污、泄洪能力降低，市政基础设施破坏，城市建设和维护费用增加等，并业已制约城市规划、建设和可持续发展。

应对

除应急井等外，市区地下井全部封存

庆幸的是，宁波市有关部门已经意识到了这一点，并在积极采取行动。

2008年年中，宁波市编制了《宁波市地面沉降“十一五”防治规划》，确定了具体目标，其中海曙区、江东区和江北区等23个街道(镇)为禁采区，除留下水位监测和应急供水井外，其余开采井作封井处理，2008年底达到零开采。

2008年12月26日，宁波市公用事业监管中心会同市水利、国土部门的有关人员，对宁波市城区内最后一口应封存的地下井进行封存验收。在此前一年半时间里，有关部门先后封存验收了宁波中磊纺织有限公司、华美线业公司等13家单位20口地下井，这使得宁波市所有的地下井全部停止了运作。

公用事业监管中心的负责人告诉记者，自从上世纪80年代末至2000年，宁波市城区凿地下井达40余口，每年度地下水最高取水量达300余万立方米，引发地下水位下降，导致市城区局部地区地面沉降。

从2000年起，宁波已经停止新凿地下井审批并实行地下水计划开采制度，对原批准取用地下水资源的企业和单位实行计划控制，限量开采；同时，相关部门还计划于2007年8月至2008年12月底，分步实施封存地下井工作。到2008年12月26日，这一工作终于画上了句号。

不过，封存地下井也并非完全“一刀切”。记者了解到，宁波市目前还保留了个别用于监测、回灌和应急的地下井。这里特别要提到的是应急井，据了解，鉴于地表水水质相对较差、易受污染的特点，为预防突发性重大水污染事件的发生，宁波要求必须留有一定数量的应急井，以保障市民在非常时期的饮用水需求。宁波特别在限采区内选定了一些成井时间短、结构清楚、井管材质好、出水量大的井，在紧急情况下，这些每天出水量可以达到大约2万多吨的深井将被启用。

呼吁

发现企业偷采地下水

请拨96310举报

虽然宁波市区的地下井全部关停，但是有关部门心中的石头还是没有完全落地：“接下去就要查处个别偷采地下水的企业了。”

宁波市公用事业监管中心介绍说，由于工业用水价格较高，一些企业会偷偷在厂区里打一口地下井，利用源源不断的地下水进行工业生产。不久前，该中心就会同水利、国土部门，进行了宁波城区地下井用水企业单位专项检查，结果就发现一家客车厂和一家洗涤中心在擅自开采地下水资源。

“工业企业偷采地下水，往往井深都达到七八十米，这种井会一刻不停地将地下水大量抽出地面，这对地层的影响是非常大的。”地质环境监测站的专家告诉记者。“倒是一些农村居民打井取水的行为，对地层几乎产生不了什么影响，一来生活用水量毕竟有限，地下水的回灌完全可以抵消这部分用水，二来这种井不会打很深，取走的也只是浅层的地下水。”专家说。所以，对于企业偷采地下水的行为，必须进行严厉的打击。但是由于企业打井隐蔽性较高，检查起来难度很大，因而宁波市公用事业监管中心也希望广大市民能积极参与到保护地下水的行动中：“每一位宁波市民，包括每一位企业的员工，都有义务保护地下水资源；一旦发现禁采区内有企业在开采地下水，市民可以立即拨打96310进行举报！”

如果按照“2030年宁波可能被淹”的说法，保护地下水，其实就是在保卫我们的家园。

提醒

管住地下水

还要管工程性地面沉降

地下水的限采工作，正在顺利进行中。但是地质环境监测站还是特别提出：“不要以为地下水管住了，宁波就不会地面沉降了。”

这里要提出的另一个问题，就是工程性地面沉降。自上世纪90年代以来，宁波市区城市建设规模的扩大，大量高层建筑物的兴建和建筑群的形成，施工规模的扩大及地下开挖深度的增大，由地面荷载、建筑工程深基坑开挖及降水引起的工程性地面沉降在日益加剧。

资料显示，宁波地面沉降所形成的漏斗面积，2007年较2005年扩大了40多平方公里。扩大的区域主要集中在城市建设较集中的新兴开发区及大规模居住小区。截至2007年，宁波市区地面沉降大漏斗中，出现了诸多工程性地面沉降小漏斗，鄞州中心区就是一个典型的例子。而对于工程性地面沉降的防治方法，目前尚处于起步和探索阶段。

地面沉降监测论文 第7篇

1.1 区内地面沉降特征

矾山镇孟家窑村北部位于矾山磷矿西部矿床上方的地表区域, 该区域位于矾山盆地的东南边缘, 距矾山镇3km, 毗邻109国道和G95高速公路, 交通便利, 图1为监测区域光学遥感示意图。监测区为丘陵地貌, 东西两侧为高山, 中央为盆地, 矾山磷矿矿区入口位于东侧山体, 矿区通风口位于西侧山体, 西区矿脉主要位于孟家窑村北部地表以下400m, 东西走向, 横穿盆地。矿山西区地质构造复杂, 水文地质问题严重, 断裂纵横交错, 形成地下水道, 地层岩性透水性强, 形成松散岩类空隙水和基岩构造裂隙水。矿山开采, 地下水不断涌出, 需要大量的排水才能继续施工作业。地下水的大量抽取、矿体的不断开采, 造成地表和地下的地质灾害不断涌现。据调查, 孟家窑村北部地区曾多次出现地面沉降, 最大范围为直径3m, 深1m。附近的几户居民多次听见下方矿区爆破声, 房屋和地面有明显震感。为了保证矿区内部和外部的安全, 该矿区主要采用充填法进行采矿, 也进行了相应的变形监测, 虽然减少了地质灾害发生的频率, 但充填法实施需要一个时间过程才能使充填物和周边围岩稳定, 内部的监测手段也具有局限性, 需要外部的监测手段的配合才能提高安全系数。

1.2 区内监测技术手段

合成孔径雷达差分干涉测量技术 (简称D-In SAR) 是基于合成孔径雷达干涉技术 (简称In SAR) 发展起来的一种监测地表形变的技术。该技术通过雷达主动发射电磁微波, 在地表形成后向散射, 接收并分析散射回波, 进行干涉处理, 获取地面信息, 然后采用差分的手段, 去除地形干扰干涉相位, 得到地表微小的三维形变信息, 从而达到监测的目的。由于该技术具有观测精度高、实时监测、不受大气和地形的限制、监测范围广等优点, 该技术已经在地质灾害监测等众多领域得到广泛的应用, 尤其是在地表沉降方面的顺利实施, 解决了我国众多地区由于各种原因引起的地表沉降问题, 为地表沉降的后期预警和治理提供了有力的技术和理论支持, 促进了我国遥感事业的发展, 保障了国民生命财产的安全, 使地质灾害监测事业走上了新的台阶。

2 卫星雷达数据选取

当前在轨雷达卫星多种多样, 不同的雷达卫星其轨道参数不尽相同, 本次地面沉降区域位于盆地内, 地势平坦, 大气干扰程度低, 所以对雷达卫星的要求不高。由于该地区的地面沉降缓慢, 所以要求雷达卫星要存在历史存档数据, 以便与编程数据进行差分干涉处理。

ERS-2卫星是由欧空局于1995年发射的合成孔径雷达卫星, 分辨率<30m, 宽幅为100km, 采用C波段进行全天候、全天时获取地表散射信息。经过调查, 覆盖监测区域的历史存档数据正是此颗雷达卫星, 如图2所示, 其中深蓝色框线为历史存档数据覆盖区域, 天蓝色曲线代表涿鹿县县界, 红色点为本次监测的地理位置。同一卫星轨道参数的历史存档数据为3景, 分别为2009年7月20日、2009年9月28日、2009年11月2日。此3景历史存档数据时间序列约为2个月, 可以利用三轨法手段进行差分干涉处理, 得出地表形变信息。

3 沉降监测基本原理

与其他测相技术一样, SAR相位观测值φi (i=1, 2) 的大小由雷达波传播距离ρi (i=1, 2) 和地面分辨单元的散射特性决定的, 该分辨率单元的干涉相位为:

其中ξi为与雷达分辨单元的散射性质有关的相位延迟, λ为雷达波长。

根据去除地形信息方法的不同, D-In SAR技术可以分为二轨法、三轨法和四轨法等, 本次采用常规的三轨法进行数据处理。三轨法:首先利用同一地区三景影像生成两幅干涉条纹图, 一幅反映地形信息, 一幅反映地表形变信息, 然后进行去地平和相位解缠, 最后利用差分干涉测量原理计算得到地表信息。

4 SARscape数据处理

ENVI SARscape软件是在ENVI遥感图像处理软件的基础之上研发的, 如图3所示, SARscape处理模块是ENVI主界面下的拓展模块。主要功能包括:雷达干涉测量、雷达强度图像处理、极化雷达干涉测量。支持多种雷达产品数据和原始数据, 提供SAR数据的数据导入、基线估计、多视处理、几何校正、辐射校正、去噪影像、地表变形分析等基本功能;同时支持极化SAR和极化干涉SAR数据的处理等功能, 处理结果可以达到mm级的位移。

4.1 In SAR处理

4.1.1 基线估计

基线是两雷达天线的矢量几何关系, 基线估计的目的是为了估算基线的空间和时间特征, 利用几何特征进行相位计算, 是差分干涉处理的首要步骤。SARscape处理过程中, 通过两景图像, 进行基线估计, 生成两个曲线关系图, 分别为用该像对测量到的理论上的高程精度和形变精度与相干性的关系, 即得高程和形变精度随着相干性增加而提高。

4.1.2 干涉图生成

干涉图的生成是利用原始数据生成地表的相位和强度信息, 得到初期监测结果, 其数据要求非常严格, 主要要求卫星的存档数据和轨道参数在多期数据在要具有相关性, 才能生成干涉图。处理过程中, 在主界面中输入两期SLC数据, 经过轨道参数设置, 即可输出数据是经过配准和多视的两景数据的干涉图和主从影像的强度图。得到主从影像的强度图:_pwr、干涉图:_int、去平后的干涉图:_dint、合成相位:_sint、以及斜距DEM:_srdem。每个结果都相应地生成了TIF格式的文件, 位于工作窗口的左侧的根目录下, 便于直接查看。

4.1.3 自适应滤波及相干性计算

自适应滤波是去除干涉图像中的噪声和大气干扰, 即对上一步去平后的干涉图 (_dint) 进行滤波, 去掉由平地干涉引起的位相噪声, 减小由于数据采集过程中混淆的误差, 此软件提供常用的4种滤波方法。相干性计算是为了计算干涉成果的相干系数, 检查并分析干涉结果的准确性, 最后生成干涉的相干系数图和滤波后的主影像强度图。

4.1.4 相位解缠

在In SAR数据处理中, 干涉相位图可以解算出地表高程值和地表位移量。通常在干涉图中只能获得相位值的主值部分, 模糊了相位的整周数, 确定相位整周模糊度就是相位解缠的关键, 这样才能得到精确的地表三维信息。相位是以2π为模, 无论传播多长的距离, 相位值只是在做以2π为模的循环。数据处理过程中, 相位解缠是对去平和滤波后的位相进行解算, 最后得到解缠后的相位图。

4.1.5 轨道精炼和重去平

当输入精确的轨道信息, 为了矫正相位偏移, 所以要进行轨道参数的修正, 矫正的结果不会生成新的数据文件, 而是将解缠图像头文件中的信息做了修正。此过程需要手动的选择控制点, 生成默认为参考DEM的坐标系GEO-GLOBAL WGS84的重去平后的一系列结果, 得到轨道精炼计算出的偏移量。

4.1.6 生成DEM

这一步是把相位信息进行高程转化, 同时转换为DEM并进行地理编码, 得到DEM文件、相干图像、分辨率图像和精度图像。

4.2 D-In SAR处理

(1) 基线估计

②生成干涉图

(3) 滤波和相干性生成

(4) 相位解缠

⑤轨道精炼和重去平

(6) 相位转形变以及地理编码

(7) 生成形变图

D-In SAR数据处理过程中, 前5步的处理过程与In SAR数据处理过程一致, 唯一区别是SARscape软件把DIn SAR数据处理放在一个专门的模块, 方便进行对比处理。实际中两者的处理原理是一样的, D-In SAR是基于In SAR技术发展起来的, 利用In SAR数据处理得到的干涉结果进行差分处理即为D-In SAR。

In SAR数据处理的第6步是生成地理编码后的DEM。

D-In SAR数据处理的第6步和第7步是将经过绝对校准和解缠的相位, 结合合成相位, 转换为形变数据, 最后生成形变图, 默认得到的是LOS方向 (沿雷达斜距方向) 的形变。

如图4所示, 利用软件自带的3景SCL演示数据, 采用三轨法得到的变形干涉图, 颜色的深浅程度表示变形的剧烈程度。

5 可行性分析与评价

地面沉降监测论文 第8篇

煤矿区地面沉降监测不仅可以提供地下开采的位置,而且对煤炭开采引起的环境影响和对开采位置正上方建筑物的破坏的估计都是比较有用的[1]。虽然地面沉降具有地点和时间的不确定性,但是通过周期性地获取大范围内地面沉降分布图,结合实际的矿区作业方式,将对矿区沉降的监测和预测具有极大的帮助[2]。

传统的定点形变监测方法,如水准测量、全站仪和GPS等,对于微小形变而言,其观测精度可以达到毫米甚至亚毫米级。但是对于大空间尺度下微小形变监测而言,难以布设较大数量的有效观测点,且观测周期长,观测结果只反映了测站点的形变量,难以得到大范围内的整体形变结果。然而,合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术作为新兴的空间测量技术,具有全天时、全天候、高度自动化、低成本、快速准确等优势,且能够对研究区域进行大尺度连续覆盖的面状观测。合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术可以进一步用来进行长期的地表形变监测,这使其在煤矿区地表形变的监测中具有巨大的优势,无疑将成为一种未来煤矿区地面沉陷监测极具潜力的空间对地观测技术[3,4]。

D-InSAR技术被广泛应用于城市地面沉降、火山、地震形变、滑坡等监测,但将D-InSAR技术用于煤矿区开采沉陷监测方面还不太成熟,对此进行研究具有重要的理论和实际意义[5~7]。因此,为了为矿区安全开采和塌陷区环境综合治理提供科学依据,并进一步研究D-InSAR技术在煤矿区监测中应用的可行性及其能力,使用D-InSAR和GIS技术对葛亭煤矿区进行地面沉降监测,将D-InSAR结果导入GIS中并作后处理,叠加数字正射影像图(DOM)和开采平面等其它空间信息来解译地面沉降,并以多种形式对结果进行分析和可视化,提高沉降评估过程,从而避免或减小沉降对人们带来的潜在危险和对自然环境的影响,为煤矿区开采引起的地面沉降监测提供全新快速有效的方法,也为数字矿山建设提供数据保障。

1 试验区和数据选择

1.1 试验区

葛亭煤矿位于济宁煤田西北部,地理坐标为东经116°28'30″~116°32'30″,北纬35°29'30″~35°32'30″。矿井占地面积约为20.9km2。测区内地形平坦,地势东北略高,西南稍低,地面标高平均为+38m。虽然该矿区仅有11年的开采历史,但是矿区采空区已经开始慢慢在扩大,地面沉降影响区域也在不断的蔓延,逐渐影响到了矿区的生产和发展及其周围的环境。试验区位置及其DOM影像图如图1所示。

1.2 数据选择

为了避免地形误差对干涉形变测量的影响,我们收集了2004~2005年和2008~2009年的7景C波段ENVISAT ASAR数据为干涉处理数据源,选取其中垂直基线较小的6对影像进行差分干涉处理。外部DEM选用的是美国国家航空航天局(NASA)向公众提供的SRTM DEM 3 arc-second 90m空间分辨率数据,高程精度为10m,用以模拟地形相位并从干涉图中去除。7景ENVISAT雷达影像形成的6对SLC干涉对的具体参数如表1所示。

2 差分干涉处理

常规D-InSAR技术由于受基线误差、大气误差、地形误差、时间失相关等因素的影响,测量精度往往达不到实际要求,需要采用一定的手段和方法尽可能地去除这些误差源的影响。基于GAMMA平台,采用精细的二轨D-InSAR方法,针对误差源利用一些特殊的处理步骤和去除方法,尽可能减少误差的影响,最终获得可靠的沉降测量值。关键处理步骤主要包括干涉对配准、基线估计和相位解缠等。

(1)为了提高影像配准精度,我们采用了一种基于SLC数据和参考SLC雷达几何框架下的DEM数据之间的互配准查找表的配准算法,该查找表基于试验区的DEM数据,在两幅SLC数据的几何框架间建立了连接。这意味着地形引起的偏移在建立查找表时得以考虑。这种配准方法对于高分辨率数据、长基线像对或具有不同频率的数据对(比如TerraSAR-X,ALOS PALSAR or ERS-ENVISAT数据),效果更好。

(2)基于地面控制点的基线估计方法:地形相位去除后,首先对差分干涉图进行解缠,与模拟地形相位相加,得到总干涉相位;然后基于相干性选取相干性较高的点作为控制点,且比较均匀地分布在整幅图像上,避免选取形变区域内的点,因为形变分量的加入会使模型发生偏移;接着提取控制点上的相位值和地面高程值;最后利用非线性的最小二乘估计算法求解基线参数。

(3)相位解缠:由于干涉相位是以2π的模的形式缠绕的,所以必须添加2π的整数倍来恢复绝对相位差,这就需要相位解缠。相位解缠采用的是枝切法,这样在解缠过程中通过残差识别,避免对低相干区域的解缠,从而阻止了解缠误差在整幅图像上的传递。

通过上述一系列精细的差分干涉处理步骤,我们获取了6对SLCs干涉对相应时间内煤矿区的沉降图。将得到的D-InSAR结果导入GIS中做后处理,叠加DOM和开采平面等其它空间信息来解译地面沉降。图2为数据处理过程及其结果导入GIS中后处理流程图。

3 误差分析

在InSAR技术应用过程中,存在许多的影响因素,导致最终误差的存在,主要影响因素包括时间失相干、空间失相干、大气影响和季节性因素的影响等。对于形变监测而言,地形误差的存在也会影响形变监测的精度,但是基线较小的干涉对可以克服地形误差的影响。根据高程模糊度公式:

式(1)对于ENVISAT卫星的ASAR传感器,其微波波段为C波段(波长5.6cm),卫星高度为786km,中心点入射角选取21°,于是可以得到干涉对的地形高程敏感度(见表1),SRTM DEM的绝对高程精度是16m,相对高程精度是10m,由于InSAR测的是相对量,所以这里采用相对高程精度。由表1中的高程模糊度可知,10m的高程误差对于高程模糊度最小的第4幅干涉图来说,最大会引起半个条纹的误差,即1.4cm,对其他干涉图来说引入的误差会更小,而一般煤矿沉降短时间内也会达到几十到上百个厘米,再加上矿区地形起伏很小,所以地形误差不会影响沉降监测。

图3表示的是解缠后的差分干涉图(多视强度图为背景图)。从图3中可以清晰地看出在试验区内存在着3个主要的沉降区域,分别编号为A、B和C。干涉对1到干涉对3表示的是2004~2005年间的差分干涉图,干涉对3的时间间隔是干涉对1和干涉对2的时间间隔之和,故干涉对3的沉降幅度和沉降范围也是干涉对1和2的对应之和(下面将具体讨论)。通过三幅差分干涉图的比较,可以看出干涉对3受某些噪声的影响(部分深色区域)。试验区的范围比较小而且地下开采使用的是长壁开采技术,因此开采沉降在卫星几个重访周期里可能达到几百米的空间延伸和几十厘米的垂直形变。和低频率的大气影响相比,沉降具有更高的空间频率,它的相位信号主导了差分干涉相位。所以,大气因素对该试验区的影响较小[8]。

干涉对4到干涉对6表示的是2008~2009年间的差分干涉图,通过对比这三幅干涉图来研究随着时间的推移地下开采沉降幅度和沉降范围的变化趋势。从三幅干涉图对比可以看出,虽然干涉对6与干涉对4相比具有更短的空间基线,但是干涉对6受噪声影响较大,相干性较差。图4为干涉对4和干涉对6的相干图,从图中可以明显地看出干涉对4的相干性较好。一般来说,空间基线越短,干涉对的相干性越高。但是由于干涉对6的雷达图像是在4月和6月获取的,正是农作物生长的季节,地表作物的变化对相干性影响很大,而干涉对4的雷达图像获取的时间为12月和2月,正处于冬季,受地表作物影响要小得多,从干涉对4可以看到较明显的形变干涉条纹。所以,要想选取相干性较好的SAR数据,一般在秋冬季节选取。

4 结果分析

一般来说,利用雷达差分干涉图可以分析矿区地表的变化,进而可以推断地下煤矿的开采情况,而开采沉降具有小空间范围内大的地表面沉降特点。地下煤矿开采将导致接下来的几个月内几厘米到几十厘米的沉降,并且一年之后,当地面覆盖稳定时,沉降量能够达到1m。沉降量依赖于开采的深度和地面覆盖的地质特征等[9]。

D-InSAR结果与开采平面、开采计划和水准测量数据等其它信息的比较是定性和定量分析的基础,从不同渠道获得的数据在同一坐标系统下可以通过GIS来解译并交叉验证,并且在GIS的帮助下,可以系统地分析D-InSAR结果并以多种方式来显示。

4.1 沉降空间位置分析

将D-InSAR形变结果LOS方向的形变图转换为垂直向沉降图并导入GIS中进行后处理(如图5所示),可以实现对矿区地面沉降量的定性估计。根据已有资料可知,2004年5月~2005年4月对B区工作面进行了回采工作,由干涉对1和干涉对2可以清晰地看到该时间段内由D-InSAR获取的沉降图的开采沉降区域的位置与开采工作面的分布基本一致。由于干涉对3的时间间隔是干涉对1和2的时间间隔之和,从图5中可以看出,干涉对3中A和B区域的沉降范围基本上是干涉对1和2的沉降范围之和,但在数值上有所差别。从图中还可以清晰地看到B区域的沉降随着开采时间的延长,沉降中心由东北向西南移动,并且沉降区域明显扩大,沉降范围向西延伸。A区域的沉降范围和沉降幅度明显减小,主要是由于该时间段内对B区进行回采工作,A区暂时搁浅,沉降幅度越来越小直至沉降区域趋于稳定。

2008年12月~2009年5月对C区工作面进行了回采工作,由图5干涉对4到干涉对6可以看到该时间段内地下开采引起的地面沉降的位置和开采平面的分布也是基本一致的,并且沉降位置和范围随着时间的推移在不断的变化,图5中C区沉降中心由东南方向向西北方向移动且沉降量逐渐减小,由于干涉对6时间失相干比较严重,受季节性因素影响较大,所以得到的沉降图噪声比较多。

4.2 沉降定量分析

通过D-InSAR技术处理并结合GIS技术获得了试验区各时期的沉降量,干涉对1到干涉对3在相隔70d、35d和105d的时间间隔内发生的最大沉降量分别为45mm、46mm和54mm。干涉对4到干涉对6的最大沉降量分别为41mm、28mm和27mm。

将D-InSAR监测结果与水准测量结果进行比较,如表2所示,从表2中可以得出2004年11月~2005年3月地面沉降幅度比较大,D-InSAR监测结果和水准测量结果相差较大,D-InSAR监测平均最大沉降量为29.5mm/35d,水准测量得到的为564mm/35d;而2009年3月~2009年6月地面沉降幅度较小,虽然水准测量的时间间隔与D-InSAR干涉对监测的时间并不相同,但其平均沉降量的数量级是一致的。造成D-InSAR监测结果和水准测量结果相差较大的主要原因是由于2004~2005年间地下开采沉降幅度过大,相位梯度太高,引起了沉降中心附近区域的不连续,导致了沉降图解缠的错误,所以不能精确地恢复高度的变化,D-InSAR测量的沉降结果被低估了,也就是高相位梯度引起了ENVISAT干涉图中的相位解缠错误。对于形变梯度变化很大的煤矿区沉降来说,在形变梯度超出一定量级时,D-InSAR技术是无法探测到的,这是由InSAR技术本身决定的。所以,使用ENVISAT数据进行矿区监测,在开采引起的沉降量较大时,差分干涉图在形变梯度较高的地方,会不可避免地出现相位解缠误差(当使用最小费用流算法时),从而会低估形变量。需要采用合理的方法或手段来减小高相位梯度对矿区沉降监测的影响。

图6是2004~2005年由D-InSAR结果得到的开采沉降剖面图(剖面由A到B)。由于剖面C的时间间隔是剖面A和剖面B的时间间隔之和,故剖面C的沉降幅度和沉降范围也应是剖面A和剖面B对应之和,但是从图6(b)可以看到剖面C并没有反应出期望的沉降幅度A+B,这就是由于2004~2005年间地下开采沉降幅度过大,相位梯度太高,引起了沉降中心附近区域的不连续,导致了沉降图解缠的错误,所以不能精确地恢复高度的变化。

我们使用GIS工具的另一个优势是地面沉降可以用多种方式进行分析和可视化,如沉降剖面图、沉降等值线图和3D可视图等。图7表示的是使用3D可视图来显示干涉对2最终的开采沉降图,这样既可以简单、直观地看出沉降的位置和范围,又可以清晰地看出沉降中心的位置。

5 结论与讨论

通过对2004~2005年和2008~2009年7景C波段ENVISAT ASAR数据的处理,得到了相应时间间隔内的矿区地面沉降图。将D-InSAR结果导入GIS中做后处理,叠加DOM和开采平面等其它空间信息来分析地面沉降,并以剖面图、3D可视图等进行显示。通过多期结果的相互验证,并与水准资料进行了比较,试验结果表明:

(1)D-InSAR可以清楚地给出矿区地面沉降分布,获得的矿区沉降范围和位置与实际的基本吻合。

(2)沉降幅度较小的区域在数量级上和实际沉降量相一致,D-InSAR获得的最大沉降量是22mm/35d,水准测量的最大沉降量是33mm/35d。沉降幅度较大的区域由于相位梯度太高导致最终沉降值和实际值相差较大,主要是因为相位梯度太高导致干涉图完全失相干,最终导致相位解缠错误,得不到实际的沉降值。

(3)由于高相位梯度对试验区沉降幅度较大的区域影响较大,所以下一步工作将考虑减小或消除高相位梯度的影响。比如使用L波段的ALOS PALSAR数据,相对于C波段数据,L波段SAR干涉能够保持较高的相干性而且受植被的影响较小,虽然L波段对地面沉降探测的精度比C波段的低,但是时间序列的L波段SAR数据能够形成更有效的D-InSAR结果,而且使用ALOS PALSAR数据对植被覆盖区域的煤矿区开采引起的地面沉降进行监测也是较好的选择。

(4)D-InSAR结合GIS技术在煤矿区地面沉降监测中的应用基本上是可行的,但将其作为一项实用技术来应用还是需要解决很多的问题,如数据的选取、高相位梯度等。

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地面沉降危害及防治对策 第9篇

一、地面沉降发生的机理

地面沉降 (land subsidence) 又称为地面下沉或地陷, 是指在一定的地表面积内所发的地面水平面降低的现象，是一种不可补偿的永久性环境和资源损失。地面沉降具有形成缓慢、持续时间长、影响范围大、防治难度大的特点。据分层标高资料显示, 粘性土层压密造成的沉降约占77.6%，砂层占22.4%，因此沉降主要是由粘性土层压密造成的。在开采地下水时, 承压含水层减压，上下粘土层的孔隙水压力相对上升，形成指向含水层的水头梯度，粘土层的孔隙水向含水层急剧排出，引起粘土层压密;在粘土层释水过程中，水体流动和渗透力使粘土结构变形或破坏;粘土层释水结果，土层重力场发生变化，在沉降中心区，塑性粘土出现挤压，侧向移动;抽水在含水层中产生强水流动，使含水层颗粒趋向紧密排列，紧密度主要与抽水强度和时间有关。上述综合影响的结果，在地面表现为地面沉降。

二、地面沉降发生的原因

（一）地质原因。

从地质因素看，自然界发生的地面沉降大致有下列3种原因：一是地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生沉降;二是因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降;三是地震导致地面沉降。

（二）人为原因。

1、引起地面沉降的主要人为原因是过度开采地下水。据不完全统计，全国因地下水超采引发的地面沉降总面积已超过6万km2。地面沉降的大面积发生，使许多城市的道路桥梁、港区码头、地下管线等市政设施遭到破坏，地面塌陷、农田废耕、楼房裂缝，防洪标准降低，各种监测基准点偏差，直接影响到国民经济各部门建设。2、除开采地下水之外，开采地热等资源也会在一定程度上造成地面沉降。沿海某些地区蕴藏有丰富的地热资源，地下热水开采量逐年增加, 抽取地下热水引起水位下降，地层内孔隙水压力减少有效应力增加，必然引起地层进一步压实而导致地面沉降。3、地表荷载也是引起地面沉降的原因之一。由于城市规模扩大，高大建筑物不断增加，铁路、桥梁等交通设施及运输荷载的影响，地表荷载加重，这在一定程度上也加速了地面的沉降。

三、地面沉降的危害

（一）地裂缝频发危及城乡安全。

地面沉降一个很大的危害就是出现地裂缝，二者在成因上有一定联系。地面沉降比较均匀时，其破坏性显得不那么突然，而不均匀时，就容易出现地裂缝，两者的叠加，其危害性更大。

（二）城市管网遭到破坏。

城市给水管道、供气管道、电线、光缆等随地面不均匀沉降而弯曲变形，导致管道漏水漏气，进而折断，引起停水、停电、通信中断等事件，直接影响市民生活及工业生产，给当地人民的生命财产安全造成巨大威胁。上海市曾发生地面沉降折断大口径 (300mm) 煤气管导致煤气泄漏事故。

（三）铁路安全受到威胁。

由于地面沉降造成铁路路基不均匀下沉，铁路安全受到威胁。如京沪铁路从沧州市沉降中心穿过，由于铁路路基下沉，在沧州市地面沉降中心地段，路基碎石垫层已加厚了500mm，不仅造成经济损失而且影响铁路安全运行。

（四）河床下沉，河道防洪排涝能力降低，影响南水北调等引水工程安全；

桥下净空变小影响泄洪和航运。

（五）地面沉降引起的安全高程损失会使抗御洪水、台风的能力下降。

地面沉降能够降低城市河道堤防的防洪标准，使河道汛期泄洪能力下降，使市区容易内涝, 排污能力减低。

（六）地面标高是城市测绘、城市规划建设等的重要基准。

由于地面沉降使地面水准点失效, 地面高程资料失真，易使城市规划建设、城市土地利用混乱，需要经常性修测，加大了城市测绘工作量和资金投入。有时甚至会影响其他领域的测量工作。

（七）地面沉降会减低土地利用价值。

目前，我国东部一些城市建设已经面临土地紧缺的局面，地面沉降将使城市用地更加紧张，进而使部分购房者和开发商利益受损，如地面不均匀沉降引起的房屋开裂。

（八）

地面沉降能使许多机井套管上串，泵房地面及墙体开裂，抽水设施变形或断裂。

（九）

地面高程资料及观测和测量标志大范围失效。

四、控制地面沉降的措施

为有效控制地面沉降，我们应以地下水严重超采区为控制和治理的重点，加大投入，加快治理，通过工程措施与非工程措施并举，使地下水严重超采区的超采形势得到明显改善。以点带面，推进一般超采区的控制和治理。

（一）工程性措施。

1、修建或加高加固防洪堤、防潮堤、防洪闸、防潮闸以及疏导河道、兴建排洪排涝工程，垫高建设场地，适当增加地下管网强度等，以减小因沉降区地面标高降低而引起的积洪滞涝、海水入侵等次生灾害。2、人工回灌地下水，通过补充地下水水量来提高地下水水位。在此，我们需要特别强调的是，地下水尤其是深层地下水是处于天然状态的优质地下水源，用劣质水或未经处理的废水回灌，这些水与地下水混合后，由于地下水的运动而污染含水层，所引起的后果是相当严重的。因此，地下回灌水质必须满足一定的要求，必须把微生物含量、总无机物量、重金属、难降解有机物等控制在一定的范围之内。

（二）非工程性措施。

1、要加强地面沉降调查与监测工作，查明地面沉降及致灾现状，研究沉降机理，找出沉降规律，预测地面沉降速度、幅度、范围及可能的危害，为控沉减灾提供科学依据并且建立预警机制。2、根据水资源条件，限制地下水开采量，防止地下水水位大幅度持续下降，控制地下水降落漏斗规模。加强地下水动态监测，采取有效措施，防止出现新的地下水超采区。3、根据地下水资源的分布情况，合理选择开采区，调整开采层和开采时间，避免开采地区、层位、时间过分集中。4、从地下水超采区水资源条件和实际状况出发，结合当地经济社会发展和生态建设需要，科学规划地下水资源开发利用总体布局，明确不同阶段地下水超采区控制和治理的目标和任务，采取建立机制、强化管理、合理配置、有效保护和涵养水源等综合治理措施，实现地下水资源的可持续利用。5、超采区地表水与地下水应进行联合调度与合理配置。优先利用地表水，严格限制开采地下水，充分利用其他水源 (雨水、污水处理回用、海咸水等) ，同时采取调整用水结构、调整水价等多种宏观调控手段，促进水资源配置结构趋于合理，逐步控制地下水超采。6、加强超采区水资源的统一管理，以实现地下水采补平衡为目标，根据各地实际，实行超采区地下水年度取用水总量控制和定额管理，采取综合措施，实行计划用水，强化节约用水。

五、控制地面沉降的根本性措施

控制地面沉降的关键是严格执行环境成本内部化的经济政策，即谁开采深层地下水，要按照全成本 (包括水资源费、开采成本、地面沉降损失费) 向用户全额收费;同时，要通过立法限制深层地下水的开采。如果真正做到这一点, 谁还会花30多元一吨水的高昂代价去开采深层地下水呢!其结果必然是深层地下水开采量大幅度减少, 地面沉降也就得到控制了, 这足以在极短的时间内化解深层地下水资源无序开发与地面沉降的矛盾。

六、结语

地面沉降一旦形成便难以恢复, 其发展过程基本上是不可逆的, 影响也是持久的。值得庆幸的是, 我国已开始重视这个问题, 加大了地面沉降监测的投入, 对地面沉降的机理、防治等方面的研究取得了一系列成果。但是, 以往我国对地面沉降研究的重点及监控措施的投入只限于沿海大城市, 而在沿海其他沉降地区, 对地面沉降研究和监测工作仍然十分薄弱, 今后这些地区的经济建设将继续快速发展, 需水量也将相应的不断增长, 如果地面沉降得不到控制, 将会出现整治跟不上发展、从而造成地质环境日趋恶化的严峻局面。

摘要：本文根据中国地面沉降现状, 分析了地面沉降的发生机理、引起地面沉降的原因以及地面沉降所带来的危害, 并提出了控制地面沉降的工程性措施、非工程性措施及根本性措施。

关键词：地面沉降,现状,发生机理,原因,危害,措施

参考文献

[1]张迎珍.地面沉降危害及防治对策.科技情报开发与经济, 2007, 17 (1)

[2]赵常洲等.地面沉降成因与危害.西部探矿工程, 2006

[3]孙雪涛.加强地下水管理控制地面沉降.水资源管理, 2006, 43 (2)

地下水位下降引起地面沉降的分析 第10篇

随着人类社会经济的发展和人口的增加, 地面沉降问题越来越严重, 沉降面积不断扩大, 在人口密集的大中城市, 地面沉降现象尤为严重。因此, 地面沉降的发生固然有一定的自然地质原因, 但它与人类活动密切相关, 主要是人类的不当行为带来的后果。在我国, 地下水的不合理开采是地面沉降的主要诱因。

据不完全统计, 目前, 全国已有70多个城市发生了不同程度的地面沉降, 沉降面积已达6.4万平方公里, 沉降中心最大沉降量超过2米的有上海、天津、太原、西安等城市, 其中天津60%的地面发生沉降, 塘沽区的沉降量达到3.1米。地面沉降的大面积发生, 使许多城市的道路桥梁、港区码头、地下管线等市政设施遭到破坏, 地面塌陷、农田废耕、楼房裂缝, 防洪标准降低, 各种监测基准点偏差, 直接影响到国民经济各部门建设。

那么, 地下水位下降是怎样引起地面沉降的呢?

一、水位下降引起地面沉降的机理

地面以下的是土层, 土是地壳表层的岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积而形成的松散堆积物。它是由固体土颗粒、水和空气三项物质组成, 主要特点就是它的散粒性和多孔性。土具有压缩性 (土体受力后体积减小的特性) , 土层在受到附加应力作用后, 会产生压缩变形, 引起沉降。

土中应力包括自重应力和附近应力两种, 自重应力是指由土的自重引起的应力, 附加应力是指由建筑物荷载在土中引起的应力。

自然界中的天然土层, 形成至今又有很长的时间, 在本身的自重作用下引起的土的压缩变形早已完成, 自重应力一般不会引起地面沉降, 但是地下水位下降会引起土中原水位以下自重应力的增加, 增加值可作为附加应力, 会引起地面沉降。

土层从受力到压缩稳定有一个时间过程, 所需的时间与土的渗透性、压缩性、孔隙比、排水条件等因素有关系。

土体被压缩实质就是土中的孔隙体积的减小, 饱和土 (孔隙中冲满水的土) 的压缩就是土中孔隙水的逐渐排出而使孔隙体积减小所致。

有效应力原理提出:饱和土体受力后, 土中某点的总附加应力σ可分为有效应力 (外荷载在土骨架中引起的应力, 使土体产生变形) 和孔隙水压力u (外荷载在孔隙水中引起的应力, 不会使土体产生变形) 两种;饱和土体受力后, 土中某点的总附加应力σ等于有效应力与孔隙水压力之和, 即σ=σ′+u。饱和土体的压缩过程就是孔隙水压力向有效应力的转化过程, 也就是孔隙水压力的消散和有效应力的增长过程。土层的有效应力发生变化是导致土层压缩的根本原因。在水位下降后, 原水位与降后水位之间的土体以及降后水位以下的土体, 都是饱和土体, 随着时间的推移原水位与降后水位之间的土体由饱和土变成不饱和土, 降后水位以下的土体一直都是饱和土, 它们的压缩过程遵循有效应力原理的。

在这里先不考虑土体的压缩过程, 只考虑压缩稳定后的地面沉降。图一为土层情况, 图二为水位下降前的自重应力的分布, 图三为水位下降后的自重应力分布, 图四为由于水位下降引起的附加应力的分布 (图三的自重应力分布减去图二的自重应力的分布) 。

土中自重应力的计算公式:

$\text{σ}{}_{\text{c}\text{z}}=\underset{\text{i}=1}{\overset{\text{n}}{{\displaystyle \text{Σ}}}}\text{γ}{}_{\text{i}}\text{h}{}_{\text{i}}$

式中:γi是第i层土的重度, 地下水位以下的土采用浮重度计算;

hi是第i层土的厚度。

二、用分层总和法简化计算水位下降后的地面沉降

分层总和法假设地基土是均质、连续、各向同性的, 而且是侧限 (只能发生竖向变形不能发生侧向膨胀) 的。分层总和法将地基压缩范围内的土层分为若干薄层, 采用室内压缩试验的成果e～p计算每一层的沉降量, 再求和。

在这里只需分两层计算地面沉降, 原水位与降后水位之间的土体作为第一层, 附加应力为三角形分布如图四所示, 变形量为s1;降后水位以下的土体作为第二层, 附加应力为矩形分布 (将沉降计算深度简化到图示的第三层) , 变形量为s2, 由于水位下降引起的地面沉降。

根据分层总和法计算沉降的公式:

$\text{s}=\frac{\overline{\text{σ}}{}_{\text{z}\text{i}}\text{h}{}_{\text{i}}}{\text{E}{}_{\text{s}\text{i}}}$

式中:$\overline{\text{σ}}$zi是第i层土的附加应力的平均值;

hi是第i层土的厚度;

$\overline{\text{σ}}$zihi是第i层土的附加应力面积;

Esi是第 i层土的压缩模量。

则有:

$\text{s}{}_1=\frac{\frac{1}{2}(\text{γ}{}_2-{\text{γ}}^{\prime })\text{h}{}_2{}^2}{\text{E}{}_{\text{s}2}}$

$\text{s}{}_2=\frac{\frac{1}{2}(\text{γ}{}_2-{\text{γ}}^{\prime })\text{h}{}_2\text{h}{}_3}{\text{E}{}_{\text{s}3}}$

s′=s1+s2

用分层总和法计算的结果与实际沉降值是有偏差的, 由于实际土层不是均匀的, 而且在压缩时有侧向变形等, 同时考虑到其他因素对沉降的不确定性影响及为简化计算起见, 引进了沉降计算修正系数Ψ, 得出水位下降引起的最终沉降量, 即

S=ΨS′

超采地下水是许多城市地面沉降的主要原因。虽然超采地下水引起地面沉降的机理相同, 但不同地区由于其地层概况、地形地貌、土的性质以及地下水的存储和开采情况不同其地面沉降与反映出不同的特征。

地面沉降对地区的经济、社会环境已造成重大危害, 为应对危机, 各地已通过加强地下水开发利用管理、控制地下水超采、调整地下水开采层次、加强地下水回灌、逐步实现地下水采补平衡、建设引水工程等方式控制地面进一步下沉。

值得庆幸的是, 我国已开始重视这个问题, 加大了地面沉降监测的投入, 对地面沉降的机理、防治等方面的研究取得了一系列成果。但是, 以往我国对地面沉降研究的重点及监控措施的投入只限于沿海大城市, 而在沿海其他沉降地区, 对地面沉降研究和监测工作仍然十分薄弱, 今后这些地区的经济建设将继续快速发展, 需水量也将相应的不断增长, 如果地面沉降得不到控制, 将会出现整治跟不上发展、从而造成地质环境日趋恶化的严峻局面。

参考文献

地面沉降监测论文 第11篇

实施地面沉降调查、地面沉降监测、地下水控采与超采区治理、地面沉降防治技术创新四大工程，使全国地面沉降恶化趋势在十年内得到有效控制

记者：请您介绍一下这部“十年规划”的具体目标和整体思路吧。

陶庆法：总体目标是：查明全国地面沉降灾害现状、发展趋势、形成原因及分布规律，建立重点地区地面沉降监测网络；建立健全政府主导、部门协同、区域联动的地面沉降防治工作体系；形成适合我国国情的地面沉降防治与地下水控采技术方法体系。地面沉降防治管理制度进一步健全完善，地面沉降监测、地下水控采、地面沉降综合防治能力明显提高，地面沉降恶化趋势得到有效遏制，防治地面沉降灾害的长效机制进一步健全，防灾减灾体系基本建立。

《规划》把十年的工作分成了两个阶段。

近期目标（2011—2015年）：完成长江三角洲、华北平原、汾渭盆地等主要地面沉降区和高速及重载铁路沿线等重大工程区的地面沉降调查，初步建立主要地面沉降区、重点城市及重大工程区的地面沉降监测网络。完成地面沉降区的地下水超采复核，划定地下水禁采区和限采区，控制并逐渐压缩地下水超采规模。建立以控制地面沉降与合理开采地下水为基础的区域地面沉降防治与地下水管理技术支撑体系，初步遏制地面沉降继续恶化的趋势。

远期目标（2016—2020年）：完成全国地面沉降调查，基本掌握全国地面沉降的分布规律，建立全国地面沉降监测网络，实现对主要地面沉降区、重点城市和重大工程区地面沉降的有效监控，地面沉降监测与防治技术体系、管理体系进一步完善，通过实施重点地区水资源配置与地下水禁采限采、含水层恢复修复工程，地面沉降恶化趋势得到有效控制。

说到思路，应该可以浓缩为四句话、32个字：统筹规划、因地制宜，突出重点、注重实效，依靠科技、综合防治，分级负责、协调推进。

记者：“突出重点”指的是什么？

陶庆法：是指优先推进长江三角洲、华北平原、汾渭盆地等主要地面沉降区和高速及重载铁路沿线等重大工程区内的地面沉降防治工作。

记者：地面沉降是不可逆的，那是不是事先的预防比治理更关键？

陶庆法：都很重要，预防是前提，但预防和治理都是遏制地面继续沉降的重要措施。防治的主要任务是：调查、监测地面沉降，管好地下水资源，实施治理工程，建立地面沉降防治管理体系。

最基础的还是调查和监测。

在长江三角洲、华北平原、汾渭盆地等主要地面沉降区，大量开采地下水、地热、油气等地下流体资源的城市和地区以及重大工程区开展以基底构造、第四系结构、含水层结构等为主要内容的综合调查与地面沉降专项调查，全面查明地面沉降分布、成因、发展趋势和灾害损失，进行地面沉降地质灾害损失评估。开展地面沉降灾害风险评估，研究提出地面沉降分区控制目标和防治对策建议，为地面沉降防治工作提供决策依据。

在地面沉降调查评价的基础上，逐步建立长江三角洲、华北平原、汾渭盆地、松嫩平原、珠江三角洲、江汉—洞庭湖平原等重点地区，以及高速及重载铁路、高速公路、南水北调工程、西气东输等重大工程区的地面沉降监测网。同时，结合地下水动态监测网建设，实现地面沉降三维监测和实时监控。

再有就是要严格地下水资源管理，因为地下水超采是产生地面沉降的主要原因，只有实现对地下水的合理开发才是防治地面沉降的根本途径。比如：统筹配置地表水、地下水和其他水源，严格地下水开发利用总量控制和水位控制、复核和划定地下水超采区等。

记者：那已经发生地面沉降的又如何治理呢？

陶庆法：实施含水层保护工程。在地面沉降严重地区，采取拦蓄雨洪水、水土保持等工程措施，加大降水渗入量；采取地下水人工回灌措施，增加地下水补给量。

实施地下水直接替代工程。通过实施跨流域调水、井灌区节水改造和再生水利用等工程建设，增加替代水源，保障压采地下水后的生产和生活用水需求，达到控采和防治地面沉降的目的。

实施治理工程。对地面沉降严重的低洼地区，要修建和完善防汛、防涝、防风暴潮工程设施；对引发的地裂缝，要采取工程措施处理，以保障建筑物安全。

记者：根据《规划》，这十年，我们将集中人力物力财力做哪些大事情？

陶庆法：可以归纳为地面沉降调查、地面沉降监测、地下水控采与超采区治理、地面沉降防治技术创新等四大工程。

通过实施地面沉降调查工程，查明我国主要地面沉降区的地质背景和地面沉降灾害状况，研究提出防治对策，为地面沉降防治提供科学依据。在规划期内将重点开展长江三角洲、华北平原、汾渭盆地等主要地面沉降区，大量开采地下水、地热、油气等地下流体资源的城市和地区以及高速及重载铁路沿线等重大工程区的地面沉降调查，覆盖区域30万平方公里。

通过地面沉降监测工程，健全完善以基岩标、分层标、 GPS、水准点等为主要监测设施的地面沉降监测网络，结合地下水监测网建设，并辅以InSAR监测技术手段，构建主要地面沉降区区域控制监测网和重大工程地面沉降专项监测网，实现对我国主要地面沉降区的有效监控。

实施地下水控采和超采治理工程是控制地面沉降的重要手段。近期重点实施长江三角洲、华北平原、汾渭盆地地下水控采与地下水超采区治理工程。

通过实施地面沉降防治技术创新工程，着力提高地面沉降防治技术水平和支撑保障能力。

记者：如今，科技创新越来越显现出它的巨大力量。在地面沉降防治领域，科技创新将体现在哪些方面？

陶庆法：重点加强这样几方面的关键技术研究：地面沉降形成机理综合研究——弄清为什么；地面沉降的防治对策及防治技术研究——知道怎么办；地面沉降监测新技术研究——掌握最有效的监控手段；地面沉降信息管理系统——构成地面沉降防治“全国一盘棋”。

尽管地面沉降防治工作不断推进，但主要集中在“点”上，遏制其恶化和扩大的趋势，还需“全国一盘棋”

记者：据我所知，地质工作者早在上世纪五六十年代便开始就上海等地的地面沉降问题进行专题研究。那么，经过这么多年的积累和发展，编制和实施《全国地面沉降防治规划》是否已有了很好的基础？

陶庆法：首先，是法制的建立与健全。2003年11月24日国务院发布了《地质灾害防治条例》，将地面沉降纳入我国重点防治的地质灾害之一；上海、江苏、浙江等地则相继出台了地面沉降防治的地方性法规，制定和实施了地面沉降防治专项规划。在多年实践的基础上，地面沉降调查、监测与防治等技术规程逐步完善，正在形成国家标准。

其次，是区域地面沉降防治协调机制基本建立。2007年，国务院批准建立了国土资源部牵头，发改委、财政部、环保部等部门参加的全国地面沉降防治部际联席会议制度，进一步加强了全国地面沉降防治工作的组织、协调和管理。此前，上海市、江苏省和浙江省已共同建立了长江三角洲地面沉降监测区域协作联席会议制度，基本实现了长江三角洲地面沉降监测的整体联动，为促进跨地区地面沉降监测网络建设和综合防治奠定了基础。

第三，地下水控采与超采治理取得明显成效。针对地下水超采及其引发的地面沉降问题，相关省（区、市）以控采和治理超采为重点，加强了地下水资源管理，实行了地下水开发利用总量控制，划定了地下水超采区，公布了地下水禁采和限采范围，实施了地下水压采和限采。

第四，重点地区地面沉降调查监测工作得到加强。1999年以来，中国地质调查局等部门相继在长江三角洲、华北平原和汾渭盆地等重点地区开展了约13万平方公里的地面沉降调查工作，基本查明了区域地质背景和地面沉降变化规律；在部分重点城市及地面沉降严重地区初步建立了立体监测网，覆盖面积约11万平方公里。

第五，重点地区地面沉降综合防治成效显著。比如，上海市通过地下水限采和地下水人工回灌等措施，年沉降量已基本控制在10毫米以下；江苏省苏锡常地区，在2000年实施区域地下水禁采措施后，苏州、无锡和常州中心城区沉降已基本得到控制。沉降量和年平均沉降速率都大幅减小的还有天津、沧州、西安、太原等。

必须清醒地看到，我国地面沉降防治工作虽然取得初步成效，但地面沉降继续恶化的趋势还没有得到有效控制，地面沉降防治工作形势依然严峻，防治任务十分艰巨。

记者：目前就全国而言，地面沉降防治工作还有哪些明显的不足？

陶庆法：主要体现在以下方面：

一是地面沉降防治基础工作薄弱。目前，全国已有20多个省（区、市）发生了地面沉降问题，但地面沉降调查、监测仅局限于长江三角洲、华北平原和汾渭盆地三个主要地面沉降区；地面沉降监测网点覆盖区域小，尚未实现对主要地面沉降区的有效监控；区域地下水监测站网密度不足，难以准确掌握地下水开采区的地下水动态变化；广大农村地区普遍缺少地下水取水计量设施，难以对地下水的实际开采量实施有效的监督和严格控制。地面沉降调查范围和精度、监测站网控制密度等基础工作远不能满足地面沉降防治工作的需要，难以为防灾减灾提供可靠的决策依据。

二是地下水超采与地面沉降治理难度大。地面沉降多发生在水资源短缺地区。由于这些地区地表水严重匮乏或遭到污染，许多城市和农村地区不得不大规模开发利用地下水，造成了部分地区地下水严重超采并引发地面沉降。此外，一部分地区的产业结构和布局不合理，不考虑当地水资源条件，盲目开采地下水，发展高耗水高污染企业，更加剧了地下水超采和地面沉降。由于这些地区地下水替代水源有限，难以实行地下水大规模禁采和限采，加大了地面沉降防治工作的难度。

三是地面沉降防治经费缺乏保障。目前，防治地面沉降尚未形成稳定的资金投入渠道，没有资金保障，导致地面沉降监测网络、地下水水源替代工程等建设严重滞后，地面沉降防治工作难以推进。此外，地面沉降基础理论和防治技术方法研究滞后，地面沉降防治技术体系建设薄弱，支撑能力不强，亟待加强地面沉降防治科学研究和支撑体系建设，提高地面沉降防治技术水平。

四是地面沉降防治机制不健全。地面沉降防治工作尚未形成政府主导、部门协同、区域联动的工作体系和长效机制，地面沉降防治相关政策法规有待进一步完善，综合防治体系亟待加强。各级政府领导和相关部门对地面沉降防治工作重要性、紧迫性的认识还有待提高。

地面沉降监测论文 第12篇

1 天津中心市区地热开发利用现状

由于针对地热对地面沉降的影响进行研究，多年研究表明基岩地热水资源的开发利用对地面沉降的影响很小，因此本次报告中地热研究内容重点涉及新近系的明化镇组，由于地层原因馆陶组在市区开采井分布很少(市区只有4眼)，对于基岩储热层不做介绍。

经统计可以发现天津市区地热井主要集中在城市的东部和南部地区王兰庄地热田范围内，市区东北部有少数地热井属于山岭子地热田范围，总体以明化镇组热储层地热井及蓟县系雾迷山组地热井为主。

2010年市区及新四区共有新近系明化镇组地热井70眼，其中3眼为回灌井。市区及新四区开采量为342.9×104m3(2010年中心市区地下水开采量为249.4×104m3)，本年度该热储层的3眼地热井均无回灌量[4]。

从统计数据可看出:本年度该热储层以市区及新四区为集中开采区，虽然集中开采区开采量比2009年度有所减少，但仍占全市该层开采总量的72.9%(全市明化镇组开采量为470.1×104m3);本年度外围地区开采量增加了99.5×104m3。

2 地热开采引起地面沉降分析

通过前文数据可以看出，天津市中心市区随着地下水不断减采，市区及周边新近系地热水开采量(2010年342.9×104m3)已经大于市区地下水开采量(2010年249.4×104m3)。为了研究开采地热水对天津市区地面沉降造成的影响，本文选取小范围的研究示范区进行分析比较，示范区如图1所示。选择区域内有两组新近系明化镇组地热采灌井分别是NK-21,NK-21B和NK-22,NK-22B均属于南开海河楼所有的地热井，见图2，两组地热井均采取一采一灌运行模式，但由于新近系地层原因每年几乎没有回灌量，并且区域内无其他地下水开采井分布。

根据研究区最近的监测点:不268数据显示见表1,2001年～2002年间该监测点沉降量较小，随着海河楼区域建设开始(建设时间为2003年～2006年)，该监测点沉降量突然增大，到2007年工程建设完成，在2008年～2010年工程建设结束只有地热井持续开采期间，沉降量逐步回落并稳定在一个较高数值并始终高于施工之前的沉降值，沉降量并没有因施工停止而恢复到原先的程度，从监测点时间序列图3中可以分析得知，开采新进系地热的确会对地面沉降产生一定的影响。

由于天津市区分层标较浅，标组最深处只能反映市区350 m以下的沉降量，不能将开采地热引发的地面沉降数值完全分离，因此根据现有成果(塘沽分层标监测结果)，并且塘沽区新近系岩性与市区新近系岩性相似，进行地面沉降量与深层地热水开采量的方程拟合:

拟合方程为:

其中，S为开采层沉降量，mm;Q为开采层开采量，×104m3/年。

mm

当置信度为95%时，二者的相关系数为0.99，可用来计算地热开采量与沉降量关系。新近系明化镇开采井基本都集中在市区，由式(1)可得在市区由于地热因素造成的沉降量约4.5 mm。另外，市区附近西青区分层标深度可达566.2 m，本次研究认为566.2 m以下产生的沉降量均为地热水开采引起的，根据监测结果显示地热开采引起的沉降量约3.8 mm，因此可认为由开采新近系地热引起的地面沉降占中心市区总沉降量因素见表2。

由表2可见，地热的开采对中心市区地面沉降产生了3.8 mm～4.5 mm左右的沉降量，已经占天津市区沉降量的19%～27%，由此可见地热水的开采已经对天津市区的地面沉降产生了一定的影响。

3 结论与建议

天津市的地热开采已经对市区的地面沉降造成了影响，在地下水不断减采的前提下，控制地热水开采引起的地面沉降是现今的主要任务之一[5]。

在地下热水资源开采中应通过严格控制新近系开发利用规模，提高地热资源利用率，严格禁止非地热异常区的地热开发，提高地热回灌率等手段，预防地热资源开发利用加剧地面沉降灾害。

参考文献

[1]林黎,赵苏民,王心义.天津地热水开发利用状况及保护对策研究[J].河南理工大学学报,2006(2):105-110.

[2]马凤如,林黎,王颖萍,等.天津地热资源现状与可持续性开发利用问题[J].地震调查与研究,2006,29(3):222-228.

[3]张阿根,魏子新.中国地面沉降[M].上海:上海科学技术出版社,2005:55-72.

[4]2008～2010年天津地热资源动态监测年报[R].天津:天津地热勘查开发设计院,2008-2010.