鄭州市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)工程綜述

摘要：本文主要介紹了鄭州市地面沉降監(jiān)網(wǎng)建設(shè)情況，為監(jiān)測網(wǎng)下一步運(yùn)行維護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：地面沉降;監(jiān)測網(wǎng);建設(shè);鄭州市

中圖分類號：X8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.136

Abstract：This paper mainly introduces the construction of the ground subsidence supervision network in Zhengzhou City， and provides reference for the next operation and maintenance of the monitoring network.

Key words：Land subsidence;Monitoring network;Construction; Zhengzhou City

鄭州市位于河南省中部，北臨黃河，西南部有黃土丘陵與嵩山相接。市區(qū)已發(fā)現(xiàn)明顯的地面沉降現(xiàn)象，但此前對城市地面沉降并未進(jìn)行長期系統(tǒng)的儀器監(jiān)測，缺乏系列的監(jiān)測資料，對發(fā)生地面沉降的原因、機(jī)制缺乏認(rèn)識，不能為城市規(guī)劃提供可靠的資料依據(jù)，不利于城市的可持續(xù)發(fā)展。為指導(dǎo)鄭州市的城市發(fā)展規(guī)劃、保護(hù)城市地質(zhì)環(huán)境安全、規(guī)范市政設(shè)施和建筑物的設(shè)計(jì)與施工，開展了鄭州市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目。

1 建設(shè)目標(biāo)

在系統(tǒng)收集、綜合分析鄭州地面沉降相關(guān)地質(zhì)調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，開展鄭州環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，建立包括基巖標(biāo)、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測孔、水準(zhǔn)測量標(biāo)石、GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測站等組成的較為完善的地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，采取InSAR監(jiān)測、水準(zhǔn)測量、GNSS連續(xù)監(jiān)測、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測等空中、地面、地下立體手段，查明地面沉降分布狀況。

2 監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)情況概述

鄭州市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)主要包括水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)、GNSS監(jiān)測網(wǎng)、地下水監(jiān)測網(wǎng)及基巖標(biāo)的建設(shè)。其中水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)是由本次新建水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)和工作區(qū)內(nèi)收集的水準(zhǔn)點(diǎn)共同組成;GNSS監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)采用GNSS監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，滿足觀測要求;地下水監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)主要是結(jié)合現(xiàn)有監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)，根據(jù)地面沉降監(jiān)測需求，滿足相關(guān)規(guī)范要求;基巖標(biāo)作為鄭州市地面沉降監(jiān)測的參照點(diǎn)和水準(zhǔn)路線的起測點(diǎn)，是鄭州市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)鍵一部分。

2.1 水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)

水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)的選擇按照保證埋設(shè)標(biāo)志能充分體現(xiàn)沉降信息、安全和長久保存，并易于尋找，便于觀測的原則進(jìn)行，水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)后，經(jīng)過一個(gè)雨季才進(jìn)行觀測。在完成水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)后，及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場點(diǎn)之記制作，利用鋼尺從標(biāo)志中心量至臨近固定地物測量距離，要求測量3個(gè)及以上邊長，繪制詳細(xì)位置圖。填寫點(diǎn)位所在地、交通路線和點(diǎn)位詳細(xì)說明等信息。點(diǎn)之記測量平面采用2000國家大地坐標(biāo)系，高程采用2000國家大地坐標(biāo)系大地高。

本次共建設(shè)水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)280個(gè)，利用以往水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)201個(gè)，建網(wǎng)后在2017年10月開展了1次一等、二等水準(zhǔn)測量工作，水準(zhǔn)測量670km（一等水準(zhǔn)370km、二等水準(zhǔn)300km），并和2012年、2015年監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了對比，制作了地面沉降等值線圖，該項(xiàng)工作完善了鄭州市的地面沉降水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)。

2.2 GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)

根據(jù)鄭州市地面GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測站設(shè)計(jì)共建設(shè)了7座GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測站，監(jiān)測站觀測墩高出地面3m;露天部分加裝了防護(hù)層與隔熱層，防止風(fēng)雨與日照輻射對觀測墩的影響;觀測墩鋼筋混凝土墩體埋于地面2m;觀測墩澆筑安裝強(qiáng)制對中標(biāo)志，并整平，墩外壁預(yù)埋線纜進(jìn)出的硬制管道，起到了保護(hù)線路的作用;觀測墩與地面接合四周做了5cm的隔震槽，內(nèi)填粗沙，可避免振動(dòng)對GNSS的影響;觀測墩具備完善的防雷設(shè)施，做好電力線、通信線、射頻線等進(jìn)入設(shè)備前的電涌保護(hù)，具有可靠的UPS電源。

2.3 地下水監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)

地下水水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測包括地下水水位統(tǒng)測和長期監(jiān)測兩部分，本次工作水位統(tǒng)測于4月份枯水期、8月份豐水期各開展1次，并在集中時(shí)間段完成;地下水水位長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測（人工監(jiān)測）周期為1～12月，頻率為3次/月;地下水水位長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測（自動(dòng)監(jiān)測）周期為1～12月，頻率為1次/日。

地下水水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測目的是分析地面沉降與地下水水位動(dòng)態(tài)變化及地下水開采降落漏斗之間的關(guān)系。結(jié)合鄭州市已有的地下水監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)，依據(jù)建點(diǎn)原則對地下水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化，擴(kuò)大了監(jiān)測范圍、拓展了監(jiān)測層位，使監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)更加趨于合理，為地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)奠定了監(jiān)視的基礎(chǔ)。優(yōu)化情況如下：地下水水位長期監(jiān)測點(diǎn)104個(gè)，其中新增26個(gè);統(tǒng)測點(diǎn)300個(gè)，其中新增40個(gè);地下水自動(dòng)監(jiān)測井26個(gè)，其中新增16個(gè)。

2.4 基巖標(biāo)建設(shè)

基巖標(biāo)作為鄭州市地面沉降監(jiān)測的參照點(diǎn)和水準(zhǔn)路線的起測點(diǎn)，是鄭州市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)鍵一部分。其工作目的是：通過地質(zhì)鑒別取芯鉆探施工和物探測井了解建設(shè)場地新生界的地層結(jié)構(gòu)、厚度、巖性特征等;根據(jù)場地基巖面埋深情況，確定基巖標(biāo)的建設(shè)參數(shù);利用鉆探鉆孔將標(biāo)桿安裝鑲嵌入穩(wěn)定基巖，通過基巖標(biāo)桿體構(gòu)件將其引至地面，成為測量基準(zhǔn)點(diǎn);以穩(wěn)定基巖面為參照，監(jiān)測鄭州地區(qū)松散層地面

沉降情況及其發(fā)展趨勢，為鄭州市地面沉降監(jiān)測和預(yù)防控制服務(wù)，提供數(shù)據(jù)信息。

基巖標(biāo)建設(shè)施工于2017年2月開工，5月完成標(biāo)桿安裝與標(biāo)底澆注，并于8月完成靜力水準(zhǔn)儀開展自動(dòng)監(jiān)測?；鶐r標(biāo)建標(biāo)深度732.0m，保護(hù)管深度727.0m，進(jìn)入基巖62.0m，采用中溫高抗水泥和粘土球分段固井方式。標(biāo)底鑲嵌在三疊系泥質(zhì)砂巖中，進(jìn)入基巖67.0m。保護(hù)管、標(biāo)桿采用優(yōu)質(zhì)石油套管，標(biāo)底、扶正器、標(biāo)頭采用不銹鋼材料定制，保護(hù)管內(nèi)采用礦物質(zhì)機(jī)油防腐防銹，材質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求。建標(biāo)同時(shí)建設(shè)地面標(biāo)（地面水準(zhǔn)點(diǎn)）1座，建標(biāo)深度2.0m。

2.5 信息管理系統(tǒng)建設(shè)

目的是為收集整理以往及本次鄭州市各類地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析后建立信息類別完備、伸縮性強(qiáng)的地面沉降數(shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)可擴(kuò)展的專題型GIS應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)，建立地面沉降監(jiān)測信息管理平臺，為鄭州市地質(zhì)環(huán)境合理利用與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保障;積極探索GIS在地面沉降監(jiān)測中的新模式，結(jié)合其強(qiáng)大的空間分析功能，提高地面沉降信息管理的整體技術(shù)水平與應(yīng)用能力。

系統(tǒng)建設(shè)基于多層架構(gòu)開發(fā)的理念，采用ArcGIS Server 10.2 + SQL Server +.Net平臺軟件開發(fā)模式搭建了一個(gè)瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)的信息管理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)自下而上可分為數(shù)據(jù)層（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）、服務(wù)供給層（信息管理）和應(yīng)用層（預(yù)測）三個(gè)部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“周期法與原型法并行，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)法作為有效補(bǔ)充”的有所側(cè)重、各展所長、相互促進(jìn)、三位一體混合型設(shè)計(jì)開發(fā)工作模式，循環(huán)往復(fù)、螺旋上升、不斷求精，全面推進(jìn)數(shù)據(jù)庫建設(shè)與信息系統(tǒng)開發(fā)工作。系統(tǒng)應(yīng)用程序采用VisualStudio 2012為開發(fā)平臺，C#為開發(fā)語言，EasyUI為界面庫，ArcGIS Server為組件庫搭建原型系統(tǒng)。

3 結(jié)論

本次工作共新建水準(zhǔn)監(jiān)測點(diǎn)280個(gè)，GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測站7座，地下水水位長期監(jiān)測點(diǎn)104個(gè)，基巖標(biāo)一座（孔深732m）。地面沉降監(jiān)測網(wǎng)主要由水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)、GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測網(wǎng)、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測、基巖標(biāo)組成。建網(wǎng)后每年可采取InSAR監(jiān)測、水準(zhǔn)測量、GNSS自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測等空中、地面、地下立體手段，查明地面沉降分布狀況及危害，預(yù)測地面沉降的發(fā)展趨勢，為鄭州市地面沉降防治工作提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]潘登，王繼華.鄭州市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)報(bào)告[R].河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，2018.

[2]潘登，豆敬峰，孫淼.鄭州市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)建議[J].環(huán)境與發(fā)展，2018（02）：139+141.

收稿日期：2019-07-23

基金項(xiàng)目：2015年河南省國土資源廳地質(zhì)環(huán)境類項(xiàng)目，任務(wù)書編號（豫財(cái)環(huán)〔2015〕55號），“鄭州市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)”。

作者簡介：潘登（1985-），男，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)樗きh(huán)地質(zhì)。