地面沉陷监测技术探讨

陈宏杰

摘要：地面沉陷监测技术作为地质灾害研究系统工程之一，它不仅是地质灾害研究的重要工作，而且是有效预防和控制地质灾害的先决条件和关键手段。有效预防地质灾害，或者更加合理先进地治理地质灾害，都需要对地面沉陷进行及时准确地预测其时间和空间。本文总结了地面沉陷监测技术的应用现状，对地面沉陷监测方法的发展趋势进行了预测，进而提出了地面沉陷监测技术优化的基础和原则，优化整合。

Abstract： The ground subsidence monitoring technology as one of the geological disaster research system engineering， is not only the important work of the geological hazard research， but also is the prerequisite and the key means of effective prevention and control of geological disasters. Effective prevention of geological disasters， or more reasonable and advanced geological disasters control， all need for timely and accurate prediction of land subsidence time and space. In this paper， the application status of ground subsidence monitoring technology is summarized， and the development trend of ground subsidence monitoring method is predicted. Then the foundation and principle of ground subsidence monitoring technology optimization are put forward.

關键词：地面沉陷监测技术；现状；水准测量；发展趋势

Key words： ground subsidence monitoring technology；status；level measurement；development trend

中图分类号：P642.26 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）17-0238-03

0 引言

我国建立的地面沉陷群测群防网络基本覆盖了全国的山区丘陵县市，每年有效避灾上千起。目前，群测群防监测手段大多采用人工收集方式，存在数据收集不及时、信息覆盖面不足的缺点。所谓地面沉陷监测，是指在专业技术人员的帮助下专业调查的基础上，利用专业设备与专业技术的动态变形监测地面沉陷，分析和预测，以及一系列的专业技术的综合运用。自20世纪末以来，地面沉陷监测理论与技术方法有了很大的进步。本文总结了地面沉陷监测技术的应用现状，预测了地面沉陷检测技术的发展趋势，综合基础设施提出了另一种地面沉陷监测技术优化原则。

地面沉陷防治工程属于地质工程学的范畴。地质工程学是20世纪80年代末，90年代初，才在我国产生的一个新的学科，是研究与解决从规划到竣工乃至工程运行后效的全过程的与地质有关的工程问题的科学。地质灾害防治工程是对自然或人为作用产生的有害地质现象进行防范与防治，包含了对地质生态环境合理开发与管理的思想。

1 地面沉陷的类型与监测方法技术

在我国，大多数地面沉陷现象都是人为因素引发的，据有关资料统计，近年来我国每年因地质灾害造成的经济损失约占各种自然灾害的1/4至1/5，因此，减少或制止破坏生态环境行为、及时采取地面沉陷预防和防治措施，是我国当前减少损失的首要途径。

笔者以龙游县为例对此进行讨论。

随着龙游县经济社会的快速发展，人类工程活动规模与强度不断加大，滑坡、崩塌、泥石泥等地质灾害时有发生，一定程度上影响了龙游县国民经济持续健康发展和社会安定。

截止2008年7月，龙游县共发现地质灾害及隐患点157处。灾害类型有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等四种，以滑坡地质灾害为主，达102处，占地质灾害点总数的65%，次为崩塌25处，占16%，泥石流24处，占15%，地面塌陷6处，占4%。从规模来看以小型为主，共153处，占地质灾害总数的97.5%，中型4处占2.5%/。

为此，龙游县建立以群测群防网络体系、突发性地质灾害预报预警系统为主，搬迁工程、治理工程为辅的地质灾害防治体系。

首先，建立群测群防网络体系。进一步健全和完善覆盖全县所有灾害隐患点和县—乡（镇）—村三级地质灾害群测群防网络体系及相应的管理和工作责任制，使之覆盖到地质灾害高、中易发区和有灾害点的行政村（自然村），落实预警和监测责任人。对纳入群测群防的灾害隐患点，要逐点落实责任主体和监测责任人，选择合适的监测手段和方法，逐点记录并建立监测技术档案，为科学决策提供依据。

其次，建立突发性地质灾害预报预警系统。利用计算机技术和地理信息系统技术，建立龙游县突发性地质灾害预报预警系统。加强与气象、水利等相关部门的协作和信息共享，不断总结经验，改进预测预报技术方法，进一步规范预报预警工作程序。

最后，辅以搬迁工程与治理工程。从而有效地降低了地质灾害发生的风险性。

2 岩土工程地质灾害防治技术的基本原则

①预防为主，综合治理，尽可能将灾害损失减少到最低限度。

②因灾施治、有的放矢。根据滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的规模、形态和地质结构特征，稳定状态和危险程度，形成原因和变形破坏机制，危害对象及其重要性以及地质环境和施工条件等因素，合理选择防治方案以及治理技术和方法。

③从加固、改良地质体和消除或削弱动力地质作用着手。由于地质灾害是有缺陷的地质体，在一种或多种动力地质作用下形成的，因而地质灾害防治应该从加固、改良地质体和消除或削弱动力地质作用这两个方面着手进行。

3 地面沉陷监测技术的现状

①常规监测方法成熟的技术，精密的设备，设备具有较高的性能水平。目前位移监测地质灾害，可以进行毫米级别监控，高精度位移变形监测方法能识别0.1毫米的位移。

②3d立体监测方法的多样化。由于采用多用有效方法结合对比检查，以及因此从空中，地面立体灾害监测深部的网络，是加强和推进地质灾害评估的综合鉴别能力，提高了地质灾害预测能力。

③地质灾害监测技术逐渐与其他领域的先进技术密切联系。伴随着深入发展高科技，卫星、航空遥感等空间技术逐步完善和应用。一些高精度地球物理的发展，使得勘察技术和地质灾害监测技术往往合并，通过技术处理，推广，这种技术被逐渐应用于区域和单位灾害的监测中。

近年来，虽然我国的地质灾害监测工作研究取得了很大的成就，并且积累了丰富的经验，极大地提高了我国地质监测预警水平，但仍然存在一些不足，其主要表现在：

①多样化的地质灾害监测技术，多样化的仪器设备设施，可重复性高，在适用的范围内，精度，自动化和成本等因素的设施，往往造成了设备资源的浪费，效果不突出。

②其研究结果更关注一个特定的项目或应用程序的角度，地质灾害灾情的机制，由于各种检测技术较低的基础上的因素，优化整合研究方法程度。

③研究和开发设施，数据分析，与相关的定性与定量关系，地质灾害目标参数水平的理论研究，监测数据的产生解释往往会有大的误差分析产生。

4 地面沉陷监测方法技术发展新趋势

随着现代化新技术、新方法和新手段的不断涌现，地面沉陷检测新技术发展呈现了新的发展趋势。

①地面沉陷监测技术呈自动化、电脑化和系统化方向发展。地质灾害监测仪器的研究开发因电学、光学、信息技术和计算机技术的发展带来了活力。越来越拥有丰富的信息种类和监测方法，越来越提高了一些监测方法的监测精度、操作方便性，通过现代通讯技术的发展使其准确性、安全性和自动化程度有了极大的提高。与此同时，技术含量不断提高，降低经济成本，并为经济监测地面沉陷奠定基础。

②拥有更为先进的常规监测方法技术，精密的设备，高水平的设备性能。地面沉陷的监测方法的位移可以进行毫米级别监控，可以实现0.1毫米精度。可见地面沉陷的常规监测技术方法变得更加先进，使用的设备性能越来越高，准确性更高。

③3d立体监测方法的多样化。由于采用了多种有效方法结合对比检查，以及在空中，实体表面深度立体监测网络，使得综合判断能力加强，多样化的地质灾害监测方法极大地促进了提高地质灾害评估预测能力。

④涌现了新的技术和方法。伴随着科学技术的进步，地质灾害监测涌现了一大批新的技术和方法，如调查与监测技术方法的融合，激光扫描、智能传感器新技术的发展等，从而为地质灾害监测技术的发展提高了科技保证。

5 地质灾害监测技术优化的基础和原则

监测技术优化原则：根据地质灾害的类型，确定上级监控元素，监测内容与方法优化组合，要根据不同类型的地质灾害的类型从而选择最合适的地质灾害监测技术，使地质灾害监测技术更具备针对性，能更快更准确地对地质灾害进行监测。所以，对于地质灾害的监测技术要始终坚持贯彻监测技术优化原则，进一步提高地质灾害检测技术水平，从而提高监控效率和实用性。

①高精度監测原则：基于监测基准体系，建立覆盖主要公路、乡村公路的高程监测网和矿区四等水准网，运用水准监测技术，实现从全局到局部的高精度沉陷监测体系；利用主动遥感技术，建立基于PS、CR的解算模型和InSAR卫星数据差分计算，融合GPS、水准、InSAR数据，构建变形分析模型，获得每期沉陷数据，分析沉陷规律和特征，建立卫星监测体系，形成点面结合、优势互补的地面沉陷监测网。比如：将WGS84下的平面坐标转换至1980西安坐标系下成果；根据似大地水准面精化成果，获取测区范围内的高程异常值，将大地高成果转换至正常高成果；定期进行GPS监测网测量，分析其稳定性，建立监测基准体系。当然为减小高程监测网建设工作量，充分利用InSAR的永久散射点（PS点）和人工角反射器（CR）进行高程监测。高程监测网在某区域内，沿主要交通道路、重要城镇道路、矿区道路、开采影响区域的村镇道路，布设适当的三等水准网；并选择区域内具有代表性的PS点，CR（人工角反射器）设置点并入三等水准网；进行三等水准观测和解算。每年进行多次测量，构建监测框架，作为PS-InSAR、CR-InSAR的验证点，建立高程监测体系。

②最优经济原则：第一，在追求高度，精准，先进的监测技术同时，要选择最成熟的，更高层次的应用程序监控技术；其次，对于一些危害较大的大型地质灾害，选择更高的专业化监控技术和方法，实行专业的操作和维护，由此降低风险程度。对于规模小的灾害体，可以选择操作简单，直观的宏观检测技术，由低水平测量监控人员操作。要依据实际情况出发，选择最合适的专业监测技术，降低经济成本，从而实现地质灾害监测技术的最佳经济原则。通过InSAR数据选择，建立重点监测地区人工角反射器，通过购置的监测区域内一年时序InSAR卫星数据，建立基于PS的解算模型和InSAR卫星数据差分数据，融合GPS、水准、InSAR数据，构建变形分析模型，获得每期沉陷数据，分析沉陷规律和特征，建立卫星监测体系。

③终极目标：地面沉陷监测的过程中，要根据不同种类的材料和不同类型的地面沉陷的组成，动态成因类型，变形和破坏特点，形状特征，发展阶段，导致结果等不同因素的影响，适用于不同类型的地面沉陷监控要素方法，提高监测效率，网络监控点模式在时间和空间上的安排要合理。与此同时，提高监测的技术要求，从而建立一个集成的合理解决方案，以优化典型的地面沉陷监测，更快更好地实现地面沉陷监测技术的最终目标。

6 结论

地面沉陷监测是多种学科综合为一体的技术体系，要想有效地预防地面沉陷，或者超前之力地面沉陷，必须进行准确的地面沉陷监测技术，只有全面地把握地面沉陷的形成发展规律，才能真正把握其发展方向，以提高地面沉陷监测技术水平。

参考文献：

[1]施斌，徐洪钟，张丹.BOTDR应变监测技术应用在大型基础工程健康诊断中的可行性研究[J].岩石力学与工程学报，2012.

[2]魏彪，王开成，冯鹏等.测氡技术的工程地质应用及其在三峡库区滑坡监测中的应用展望[J].重庆交通学院学报，2013.

[3]代家乐，陈其明，于军，原绍波.常用金矿采空区地面沉陷监测方法分析[J].世界有色金属，2016（12）.