基于北斗定位地面沉降在线监测解决方案

基于北斗定位地面沉降在线监测解决方案

地球表面的海拔标高在一定时期内不断降低的环境地质现象叫地面沉降。地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降一种是地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下，由松散到细密的成岩过程，另一种是由于地质构造运动、地震等引起的地面沉降。人为的地表沉降主要是大量抽取地下水所致。

第一是开发利用地下流体资源。由于抽取地下水，在许多国家和地区产生了地面沉降。20世纪20年代，我国上海、天津在市区集中开采地下水的地区发生地面沉降。华北平原地下水降落漏斗和地面沉降已经引起广泛关注。

第二是岩溶塌陷。中国是世界上岩溶最多的国家之一。随着岩溶地区国民经济的飞速发展，岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发不断增强，由此引发的岩溶塌陷问题日益突出，已成为岩溶地区主要地质灾害问题。

第三是开采固体矿产。矿山塌陷多分布在矿山的采空区，以采煤塌陷最为突出。中国有约20个省区发生采空塌陷，以黑龙江、山西、安徽、山东、河南等省最为严重。

第四是工程环境效应。密集高层建筑群等工程环境效应是近年来新的沉降制约因素，在地区城市化进程中不断显露，在部分地区的大规模城市改造建设中地面沉降效应明显。

地面沉降的危害主要有：

损失地面高程，使洪涝灾害加剧，防洪、排涝工程效能下降

世界上有许多沿海城市，如日本的东京市、大阪市和新玛市，美国的长滩市，中国的上海市、天津市、台北市等，由于地面沉降致使部分地区地面标高降低，甚至低于海平面。这些城市经常遭受海水的侵袭，严重危害当地的生产和生活。为了防止海潮的威胁，不得不投入巨资加高地面或修筑防洪墙或护岸堤。

中国上海市的黄浦江和苏州河沿岸，由于地面下沉，海水经常倒灌，影响沿江交通，威胁码头仓库。1956年修筑防洪墙，1959～1970年间加高5次，投资超过4亿元，每年维修费也达20万元。为了排除积水，大得不改建下水道和建立排水泵站。

1985年8月2日和19日，天津市沿海海水潮位达5.5m，海堤多处决口，新港、大沽一带被海水淹没，直接经济损失达12亿元。1992年9月1日，特大风暴再次袭击天津、潮位达5.93m，有近100km海堤浸水，40余处溃决，直接经济损失达3亿元。虽然风暴潮是气象方面的因素而引起的，但地面沉降损失近3m的地面标高也是海水倒灌的重要原因。

地面沉降也使内陆平原城市或地区遭受洪水灾害的频次增多、危害程度加重。可以说，低洼地区洪涝灾害是地而沉降的主要致灾特征。无可否认，江汉盆地沉降、洞庭湖盆地沉降（现代构造沉降速率为10mm/a）和辽河盆地沉降加重了1998年中国的大洪灾。

建筑物、构筑物、公路、桥梁等遭受破坏

地面沉降特别是不均匀沉降破坏建筑物地基，严重影响建筑物的正常使用和寿命，影响地铁、越江隧道、桥梁、高速公路、高架道路、城市供水、供气等地下管网和西气东输管线、高层建筑等的正常运营

美国内华达州的拉斯维加斯市、因地面沉降加剧，建筑物损坏数里剧增。我国江阴市河塘镇地面塌陷，出现150m以上的沉降带，造成房尾墙壁开裂、楼板松动、横梁倾斜、地面凹凸不平，约5800m2时建筑物成为危房，一座幼儿园和部分居民已被迫搬迁。地面沉降强烈的地区，伴生的水平位移有时也很大，如美国民滩市地面垂直沉降伴生的水平位移最大达到3m，不均匀水平位移所造成的巨大剪切力，使路面变形、铁轨扭曲、桥墩移动、墙壁错断倒塌、高楼支柱和框架弯扭断裂、油井及其他管道破坏。

由于地面下降一些园林古迹遭到严重的损坏。如我国苏州市朴园内的亭台楼群阁、区廊假山，经常被水淹没，园内常年备有几台水泵排水。

桥下净空减小，内河通航能力下降

桥墩随地面沉降而下沉，使桥下净空减小，导致水上交通受阻。上海市的苏州河，原先每天可通过大小船只2000条，航运量达（100～120）×104t。由于地面沉降，桥下净空减小，大船无法通航，中小船只通航航也受到影响。

港口设施基本失效

地面下沉使码头大去效用，港口货物装卸能力下降。美国的长滩市，因地面下沉而使港口码头报废，我国上海市海轮停靠的码头，原标高5.2m，至1964年已降至3.0m，高潮时江水涌上地面，货物装卸被迫停顿。

据有关部门估计，上海地面每沉降1mm，就会造成1000万元的经济损失。40年来，上海因地面沉降造成的经济损失达2900亿元。苏锡常地区也造成了数百亿元的损失。由于地面沉降天津塘沽沉降中心的高程已不足1m，现有防潮堤不足以抵挡海水，1992年9月1日潮位达5.93m，部分码头、库房、工厂、农田被淹，仅这一次被淹的直接损失就达3.99亿元。总之，经济越发达的地区，地面沉降造成的损失也越大，严重影响着城市建设和经济发展。

地面沉降预防措施和监测

地面沉降与地下水过量开采紧密相关，只要地下水位以下存在可压缩地层就会因过量开采地下水而出现地面沉降，而地面沉降一旦出现则很难治理，因此地面沉降主要在于预防和监测。

法制措施

上海市为合理开采使用地下水，有效控制地面沉降，近年来坚持“严格控制、合理开采”的原则，加大对地下水开发、利用和管理的力度，取得了显著的成效。据上海市给水处的统计数据，1996年至今全市近郊地区共压缩停用深井185口，地下水的开采量从1996年的1.5×1012m3缩减到1999年的1.04×1012m3，使本市地下水开采量又恢复到20世纪80年代的水平;1999年全市平均地面沉降量比1998年减少1.94mm。为继续保持地下水开采量负增长的良好势头，上海市政府做出决定，2000年全市地下水净开采量要比上年同比递减300×104m3。

工程技术措施

目前，国内外预防地面沉降的主要工程技术措施大同小异，主要包括:建立健全地面沉降监测网络，加强地下水动态和地面沉降监测工作，开辟新的替代水源、推广节水技术，调整地下水开采布局、控制地下水开采量，对地下水开采层位进行人工回灌，实行地下水开采总量控制、计划开采和目标管理。

建筑物基础处理措施

查清地质构造，对高层建筑物的地基进行防沉降处理。在已发生区域性地面沉降的地区，为了减轻海水倒灌和洪涝等灾害损失，还应采取加高加固防洪堤、防潮堤以及疏导河道、兴建排涝工程等措施。针对密集建筑群诱发地面沉降的防治，上海采用了很多工程措施，如浅层高压缩性土加固与改良、复合地基控制沉降、优化建筑群基础持力层及基础传力方式、优化建筑容积率及建筑平面布置方式等。

地面沉降监测系统

自动化监测系统是利用传感器技术、信号传输技术，以及无线传输技术和软件技术，从宏观、微观相结合的全方位角度，来监测影响结构安全的关键技术指标，记录历史、现有的数据，分析未来的走势，以便辅助施工、监测单位决策，提升安全保障水平，有效防范和遏制重特大事故发生。 系统依托智能软件系统，建立分析变形预警模型，实现与短消息平台结合，当发生异常时，及时自动发布短消息到监测、施工管理人员的手机上并且支持语音报警功能，以便提供启动相应的预案。

系统优势：

实现对建筑物重要运行数据的实时采集、传输、计算、分析。

直观显示各项监测数据，监测数据的历史变化过程及当前状态。

一旦出现紧急情况，系统能及时的发出预警信息。

可实现安全监测信息的多级共享。

可实现安全预警信息的发布。