德州市地面沉降GPS监测网建设

梁 浩，刘 蕾，张永伟，孟凡奇

(1.山东省地质环境监测总站，山东济南，250014；2.山东省章丘市第五中学，山东济南250200)



德州市地面沉降GPS监测网建设

梁 浩1，刘 蕾2，张永伟1，孟凡奇1

(1.山东省地质环境监测总站，山东济南，250014；2.山东省章丘市第五中学，山东济南250200)

德州市地面沉降在山东省内较为典型。该研究简要分析了该地区地面沉降基本情况，在此基础上通过GPS监测点布设、GPS监测墩建设，初步建立了地面沉降GPS监测网络，并选取德州运河办、德州二屯等15个监测点2013年9～10月的监测成果进行分析，验证了监测数据的可靠性。

德州市；地面沉降；GPS监测网

地面沉降是指由于自然因素或人类工程活动引发的一种缓变性地质灾害。地面沉降造成地下水基础设施破坏、地面水准点失准、河流防洪能力降低等诸多灾害，引起社会和政府广泛关注，防治地面沉降在当前地质工作中尤为重要。

我国长江三角洲、华北平原、汾渭盆地等地区地面沉降灾害均有发生。山东省在区域上处于华北平原的最南缘，近年来地面沉降已成为较为突出和重点防治的地质灾害类型之一[1]。其中，德州地区地面沉降情况较为突出，已引起多方高度重视。地面沉降的发生发展和孕灾过程不易察觉，从而易忽视其广泛的社会危害性，增加了沉降控制与治理的难度和投入。因此，建立监测网络在防治工作中尤为重要[2]。

目前，地面沉降严重的城市，几乎都已制定了控制地下水开采的管理法令，同时展开了对地面沉降的系统监测和科学研究。以往地面沉降监测技术主要为大地水准测量，近年来，随着科技的进步和社会经济发展的需要，传统、单一的地面沉降监测方法逐渐被日益完善起来的新型、高效、多源、经济的方法所取代。布设 GPS 地面沉降观测点、星载合成孔径雷达干涉监测技术(D-InSAR)等都以其独特的优势被越来越多的用到地面沉降的监测中[3]。GPS是目前较为成熟的大地测量技术之一，以其高精度、高效率、自动化程度高及劳动强度高等优势应用到地面沉降的监测工作中，建立GPS监测网，在地面沉降监测工作中起着重要作用[4]。

1 德州市地面沉降情况简介

德州市深层地下水开采深度大，开采漏斗形成早、纵深大，漏斗中心水位埋深已经超过140 m，是国内较早发现地面沉降的地区之一，地面沉降较为突出，已产生一定危害。德州市区(以德城区为主)是鲁北平原地面沉降出现最早、影响最大、最为严重的地区，1991年起区内德棉集团附近区域累计沉降量已经超过1 200 mm，是山东省内目前有地面沉降资料记录累计沉降量最大的地区，且目前仍在不断发展。在该地区开展地面沉降监测预警工作意义重大，对于推动山东省其他地区的地面沉降防治工作具有示范作用[5]。

2 地面沉降GPS监测网建设

2.1 GPS监测点布设

德州市GPS监测网络在山东省内建设最早，监测时间较长。按照沉降中心地带重点部署、外围区域控制的原则，在德州地区进行了GPS监测点的野外踏勘、选点、监测点位拟定工作。初步拟定了德棉集团(德州市地面沉降中心)、二屯镇(山东与河北2省交界处)等重点监测地区以及津浦铁路(现京沪铁路)沿线等重要交通设施沿线等6处监测点。其余点位按照面上控制的原则平均分布在德州市辖区内。在此基础上，在拟定点位附近按照以下原则进行布点：交通便利，有利于其他测量手段进行与之联测；地面基础稳定，易于点的长期保存；视野开阔，视场内障碍物的高度角不超过15°；远离大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等)，其距离不小于200 m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50 m等[6]。

最终，在德州市共布设了15个地面沉降区域控制GPS监测点(图1)，其中最为地面沉降防治重点的德城区布设4个，陵县2个，其余齐河、禹城等县城各1个。初步建立了覆盖整个德州地区的GPS监测网络等地面沉降监测体系。

2.2 GPS监测墩建设

GPS点标石埋设所占土地需经土地使用者或管理部门同意，然后开始施工、埋石。埋设时坑底填以砂石，捣固夯实后浇灌混凝土底层；中部放上钢筋，然后再浇灌混凝土50 cm，将石柱用吊车居中放到混凝土上，石柱周围继续浇灌混凝土，在离地面10 cm时，浇筑水准标志，用土盖好，与地面相平；最后用大理石胶把归心盘牢固粘合在石柱顶部[7]。GPS监测墩示意见图2。

GPS点均埋设永久性的标石，基本骨架网的GPS标石安装强制对中标志，以便减少GPS测量的对中误差。为了提高监测质量、加强保护、树立形象、便于宣传等，GPS监测墩选定优质水泥柱作为墩体，墩体上刻有保护标志及保护条款、主管部门和监管单位、埋设时间。平整、清理标石周围2 m范围内土地，填绘相应点的GPS标石点记录埋石情况。

3 监测成果分析

3.1 数据选取及解算

此次选取德州运河办、德州二屯等15个监测点2013年9～10月开展的监测成果进行分析。

3.1.1 外业观测概况。联测点外业使用TPS NET-G3A双频GPS接收机、TPSCR.G3天线观测，每个点观测3个时段，时段长度为23.5 h。

3.1.2 数据处理软件。采用2种平差方案，使用美国麻省理工学院(MIT)和Scripps海洋研究所(SIO)共同研制的GLOBK软件10.40版本进行数据处理。

3.1.3 平差方案。此次选取2000国家大地坐标系以及ITRF2005框架、2013.781历元下两种平差方案进行数据处理。

(1)2000国家大地坐标系。 在2000国家大地坐标系下，第一，约束所选取区域周边的国家GPS连续运行站、IGS站，做三维约束平差，求出该项目CORS站坐标；第二，约束所选取区域周边的国家GPS连续运行参考站、IGS站、该项目CORS站，做三维约束平差，求出该项目联测点坐标。

(2)ITRF2005框架、2 013.781历元。 在ITRF2005框架、2013.781历元下，选取同样的方法及数据，计算出该项目联测点坐标。

3.2 数据检验及精度

在2000国家大地坐标系下，德州市15个联测点空间直角坐标成果见表1。由表1可知，联测点空间直角坐标X分量的中误差平均值为±2.6 mm，最大值为±8.0 mm；Y分量的中误差平均值为±4.9 mm，最大值为±15.7 mm；Z分量的中误差平均值为±4.1 mm，最大值为±13.5 mm。

从监测点的中误差统计中可以看出，高程分量的精度虽然不及X方向的精度，但与Y方向精度较为接近，除一个监测点数据中误差超过10 mm，其余点均小于6 mm，可以满足该地区地面沉降监测的需要。

表1 德州市15个联测点空间直角坐标成果(2000国家大地坐标系)

4 结语

目前山东省内已经初步建成覆盖德州重要沉降区及区内主要铁路的GPS监测网络。对2013年德州市地面沉降GPS监测数据中误差值的分析验证结果表明，GPS沉降监测结果精度较高，可以满足德州市的地面沉降监测需要。该研究证明了该监测网络的可行性及数据可靠性，并初步掌握了区内地面沉降现状情况，对于山东省内其他地区地面沉降监测网络建设起到了重要的示范作用。

德州市地面沉降GPS监测网的建设为当地政府提供了重要的参考数据。然而受资金投入、监测设备、管理体制等多方面限制，对地面沉降的研究程度相对天津、上海等地区还有差距。建议今后该地区地面沉降防治工作中合理改善地面沉降监测方案，进一步深入开展地面沉降机理和防控对策研究，加快深层基岩标、分层标等其他地面沉降监测体系建设，以达到数据的实时采集、实时汇总、实时分析，提高监测效率，更好地为当地社会经济发展服务。

[1] 韩景敏.山东省地面沉降及其防治对策[J].中国地质灾害与防治学报，1998，9(2)：33-35.

[2] 赵子龙，金有，韩雪，等.三江平原地下水位变化及地面沉降分析[J].安徽农业科学，2015，43(14)：256-258.

[3] 高伟，徐绍铨，刘爱田，等.GPS 测量在城市地面沉降监测中的应用研究[J].山东农业大学学报(自然科学版)，2004，35(3)：395-400.

[4] 姜衍祥，杨建图，董克刚，等.利用GPS监测地面沉降的精度分析[J].测绘科学，2006，31(5)：63-65.

[5] 孟庆峰，戴鲁旗.德州市地面沉降现状及防治对策[J].山东国土资源，2008，24(11)：8-9.

[6] 杨建图，姜衍祥，周俊，等.GPS 测量地面沉降的可靠性及精度分析[J].大地测量与地球动力学，2006，26(1)：70-75.

[7] 梁浩，张永伟，胡玉禄，等.山东省地面沉降监测与防治研究2013年度工作方案 [R].山东省地质环境监测总站，2013.

The Construction of GPS Monitoring Network on Land Subsidence in Dezhou

LIANG Hao1, LIU Lei2, ZHANG Yong-wei1et al

(1. Shandong Geological Environment Monitoring Station, Jinan, Shandong 250014; 2. Zhangqiu No.5 Middle School, Jinan, Shandong 250200)

In Shandong Province, the land subsidence in Dezhou is typical. The basic situation of land subsidence in the area was analyzed, on the basis of this, through GPS monitoring site layout and GPS monitoring pier construction, GPS monitoring network on land subsidence was established. The monitoring results of 15 monitoring sites such as Dezhou Canal Office, Dezhou Ertun during Sep.-Oct. 2013 were analyzed, and the reliability of monitoring data was verified.

Dezhou City; Land subsidence; GPS monitoring network

梁浩(1987- )，男，山东郓城人，工程师，硕士，从事水文地质、工程地质研究。

2015-11-18

S 127

A

0517-6611(2015)35-351-02