三峡水库蓄放水对地壳形变影响的计算分析

利用资源三号(ZY-3)高分辨率多光谱遥感影像提取了三峡库区江河湖库水体数据,结合水位数据,通过负荷格林函数积分模型法模型计算出三峡水库蓄放水导致水位升降的过程中水体对地壳垂直及水平形变的影响。研究发现:(1)以1a为周期,三峡库区库岸及长江近岸地壳垂直及水平形变的趋势与水库的蓄放水时期对应;(2)三峡水库放水期间水位下降,水库库岸及长江近岸地面水平向内形变,方向指向江心,反之向外形变;蓄水期间水位上升,地面下降,反之地壳回弹。     

三峡水库蓄放水对地面重力变化的影响分析

针对目前对地面重力的影响分析多采用模拟计算,从而导致对蓄放水的影响范围和程度分析还存在不足的问题,该文利用资源三号(ZY-3)高分辨率多光谱遥感影像提取了三峡库区江河湖库水体数据,结合水位数据,通过负荷格林函数积分模型,计算出三峡水库蓄放水导致水位升降的过程中水体对地面重力变化的影响。研究发现:(1)以1a为周期,三峡库区库岸及长江近岸地面重力的变化趋势与水库的蓄放水时期对应;(2)三峡水库放水期间水位下降,水库库岸及长江近岸地面重力减小;蓄水期间水位上升,地面重力增大;(3)三峡水库蓄放水对库岸及长江近岸的地面重力影响最大可达1 000μGal以上,且距离长江中心线越近,地面重力变化越大。     

三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变与重力变化监测

监测三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,对三峡水库的安全运行和区域地质灾害监测防治等具有重要意义。本文从直接计算、实际测量和综合解算3个方面研究了三峡库水位变化过程中地壳垂直形变和重力变化。基于资源三号卫星影像提取的水体数据,结合水位数据,直接计算了三峡水库蓄放水从145~175m每隔5m的影响,地壳垂直形变最大可达30mm,对重力影响超过20μGal(1Gal=10~(-2) m/s~2)的范围距离长江中心线约2km内。库区较近的巴东CORS站(ES13)能够实际测量到库水位变化过程中的地壳垂直形变。由于目前三峡库区的CORS站和重力台站数量较少,分布不均,还不能满足紧密跟踪三峡库水位变化过程中的监测需求。利用三峡地区26座CORS站和部分重力台站数据,基于负荷形变理论和球谐分析方法,综合解算了库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,与实际CORS监测结果一致。通过对比分析发现,基于CORS站网的综合解算,能够有效提升对库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化的监测能力。     

三峡库区蓄水后地壳垂直变形场的模拟与分析

基于三峡库区DEM及现有GPS站点位置坐标数据,建立了三峡库区有限元网格模型,采用弹性有限元分析方法模拟计算水库蓄水至135 m1、56 m和175 m时库区地壳的垂直形变场;随后根据Farrell提出的质量负载原理产生的地壳形变理论计算库区蓄水至135 m时的库区垂直形变场;通过两种模拟方法对比可以看出变形等值线圈都包络河谷线,变形最大处都出现在香溪段,同时区域沉降是一个综合地质作用,水体的重力作用是主要诱因。     

长江三峡GPS处理结果和应变背景场

采用BerneseGPSSoftware 4 .2对长江三峡工程诱发地震监测系统GPS监测网络 1998～ 2 0 0 3年的 6期观测数据进行了处理 ,结果表明 ,三峡库区与华南块体的水平相对运动在 0～ 3mm/a(± 0 .1～± 2 .0mm/a) ;蓄水导致的垂直形变区域主要集中在茅坪 香溪 巴东库段 ,近岸点垂直沉降的量级在 10～ 35mm左右 ,最大峰值区域香溪约 35mm(± 8.6mm) ,垂直形变沿远离库中心方向迅速衰减。采用贝塞尔双三次样条函数模型拟合该地区的应变率 ,推算各类水平应变场 ,结果表明 ,蓄水前各种应变背景在 10 -9/a～ 10 -10 /a量级。作为构造稳定地区 ,三峡库区近期因蓄水导致大规模形变 ,从而诱发中强地震的可能性不大     

基于SRTM-DEM数据的三峡库区蓄水负荷模型及其地表重力与形变响应模拟

以三峡库区蓄水负荷变化为切入点,研究了库区因蓄水导致的地表重力与形变响应。通过高分辨率SRTM-DEM数据与三峡库区主干道及各支流边界的地形对应关系,构建得到不同蓄水水位下的蓄水负荷模型,并且给出了不同水位与库区整体库容量体积及受淹面积之间的数学拟合关系。在此基础上,结合弹性负荷响应理论及macson拟合方法,计算得到整个库区在蓄水第2阶段与第3阶段地表重力场及形变场的空间分布,以及库区蓄水库容量变化的60阶次球谐系数结果,并与GRACE监测结果进行了对比分析。GRACE去除CLM4.5模型后的陆地水储量可认为与三峡库区蓄水变化直接相关,两者之间的差异可能包含了在巨大水体负荷压力下出现的地下水渗透效应。本文理论模拟结果以期为实际观测资料的对比分析和相关校正提供支撑。有助于挖掘库区滑坡活动及水库地震等与库水负荷变化之间的关系。     

三峡库区垂直形变有限元模拟分析

基于SRTM3-DEM数据,利用ANSYS软件自底向上地建立了三峡库区有限元模型。模拟了三峡水库蓄水至135,156和175 m时的垂直形变场,主要形交区域为香溪口、坝址处和巴东段。通过分析可知,垂直形变主要由水体荷载引起,影响范围为距库岸20 km,地层深度为17 km。结合地质资料发现:坝址两端地质构造相对稳定,香溪口附近较复杂。     

利用CORS站网监测三峡地区环境负荷引起的地壳形变与重力场时空变化

受地球动力学因素特别是地球表层大气、地表水及地下水动力环境影响,地面站点位置、地球重力场及大地水准面随时间变化。以三峡地区CORS站网为主,少量重力台站为辅,采用负荷形变与地球重力场严密组合方法,综合确定了2011-01-2015-06三峡地区环境负荷驱动的地壳形变与重力场月变化,结果显示:（1）CORS站网具备地壳垂直形变、大地水准面及地面重力变化的监测能力;（2）三峡地区地壳垂直形变年变化幅度36.1 mm,大地水准面年变化幅度28.2 mm,地面重力年变化幅度117.4 μGal;（3）CORS站网地面重力变化监测精度水平不低于流动重力场重复测量;（4）CORS站网地壳垂直形变与地面重力变化监测具有一定的外推预报能力。     

非构造形变对区域网GPS垂直形变的影响

文章定量分析了积雪、土壤水、海洋非潮汐3种非构造因素对中国大陆典型GPS连续站和区域网流动站垂直形变的影响特征;逐点计算了这些非构造因素对区域网GPS垂直形变的影响量级,得到经过非构造形变改正的中国大陆2009-2011GPS垂直速度场;并将通过荷载修正后的GPS垂直速度场与通过水准数据获得的中国大陆长期垂直速度场相比较.结果表明:修正后的区域网GPS垂直形变场能更加准确可靠地描述地壳的垂直运动.     

“陆态网”GPS与GRACE的中国大陆地表垂直形变对比分析

基于中国大陆构造环境监测网络的连续GPS观测数据,比较分析了中国大陆234个GPS台站和GRACE得到的地表垂直形变。GPS和GRACE垂直形变具有较好的一致性,反映了地表质量变化是引起GPS垂直形变非线性变化的重要因素之一,但二者也存在着一定的差异。为定量分析GPS和GRACE垂直形变的差异,探讨了热膨胀效应对GPS垂直位移的影响及区域地壳结构对GRACE估算地表垂直负荷形变的影响。结果表明,中国大陆50%以上的GPS台站热膨胀垂直形变周年振幅不小于1 mm;对GPS进行热膨胀效应改正后,中国大陆GPS与GRACE垂直形变具有更好的一致性;GPS与GRACE垂直形变周年振幅比值由1.07±0.06变为1.01±0.05;热膨胀效应可以解释6.2%的GPS与GRACE垂直形变的差异,热膨胀效应改正可使GPS和GRACE垂直形变的一致性相对增加11.2%。是否顾及区域地壳结构引起的GRACE估算中国大陆垂直负荷形变的相对差异为2.5%。     

三峡库区“阶跃”型滑坡变形机理与预警模型

自2003年蓄水以来,三峡库区已查明的滑坡或潜在滑坡高达5000余处,这些灾害对三峡水库的持续运营、大坝、航道及库区居民的安全造成了严重的威胁。通过研究滑坡的变形特征、诱发因素及失稳机制,有助于开展滑坡的稳定性评价,并构建预警预报模型。以三峡库区八字门滑坡为研究对象,综合分析降雨、库水位、人工和自动GNSS监测等数据,结合勘查资料及野外宏观巡查,研究了滑坡的变形特征及失稳机理,并确定合理的预警判据及阈值。研究表明:①八字门滑坡整体变形明显,处于蠕动变形阶段,滑坡变形主要集中于每年5—9月,滑坡累积曲线呈现典型的“阶跃”状变形特性。②滑坡的变形受斜坡结构、岩性等因素的控制,水库水位下降是滑坡变形的主要驱动因素,并与库水下降速率正相关。另外,特大暴雨和持续降雨在水位下降阶段、水库低水位运行期及水位上升期会促进滑坡变形,是滑坡的次要驱动因素。③通过精细化数据分析以及改进切线角法获取的八字门滑坡出现“阶跃”变形的位移速率阈值为4.6 mm/d,7 d累积降雨量阈值为60 mm,库水位阈值为159 m,库水位下降速率阈值0.4 m/d。     

固体潮对三峡地区地壳垂直形变和重力变化的影响分析

利用IERS协议上的方法和DE405星历文件,基于三峡地区CORS站和重力台站位置,计算了从2011年到2015年6月固体潮每2 h对三峡地区地壳垂直形变和重力变化的影响,并计算了2012年12月14日大潮期间固体潮影响分布。研究发现,三峡地区固体潮有很强的周期性,存在半月和半年的长周期、一天和半天的短周期。三峡地区农历每月月中和月底前后有2次大潮,月中和月底的大潮潮差相差约1/4;每年冬季（月球赤纬28°36',约11、12、1月）和夏季（约5、6、7月,太阳高度角接近最大）大潮潮差大,春季和秋季大潮潮差小。大地高最大潮高0.346 m,最低潮高-0.190 m（参考历元2000.0）;固体潮对重力与对垂直形变影响异相,最大值110 μGal,最小值-200 μGal。区域固体潮呈明显的条带分布,固体潮对垂直形变与重力变化影响的增减方向相反。本文的研究成果可用于CORS站、重力台站的固体潮影响分析,为局部固体潮相关研究提供参考。     

Time variations of the Earth's gravity field and crustal deformation due to the establishment of the Three Gorges reservoir

A method is developed with which to predict time variations of the Earth's gravity field and crustal deformation due to mass loading. Using this method, changes to the original geodetic datums can be estimated. This is applied to the Three Gorges area of China, due to the construction of the Yangtze river dam. Results indicate that the probable maximum crustal deformation and changes in gravity, elevation and deflection of the vertical will be 7.8mm, 4.7mgal, 19.0mm and 0.61 arc seconds, respectively. These changes are of importance for the establishment of monitoring operations both during and upon completion of the dam.     

Prediction of surface horizontal displacements, and gravity and tilt changes caused by filling the Three Gorges Reservoir

 Horizontal displacements, and gravity and tilt changes induced by filling the Three Gorges Reservoir are modeled using elastic loading Green functions. When the water surface reaches its highest level, the effects become maximum on the reservoir banks. The longitudinal and latitudinal components of the horizontal displacements reach −8.2 and 7.7 mm respectively, gravity is increased by up to 3.4 mGal, and the prime vertical and meridian components of the tilt changes are −7.8 and −17.5 arcseconds respectively. Accordingly, the filling of the reservoir will influence values observed from global positioning system (GPS), gravimetry and tilt measurements in the area. The results given can be used to provide important corrections for extracting earthquake-related signals from observed data. Received: 19 January 2001 / Accepted: 3 September 2001     

三峡库区综合信息空间集成平台框架设计与实现

在举世瞩目的三峡工程建设和百万移民的浩大工程即将结束之际,三峡工程建设的重点必然转移到库区建设和管理维护上来.库区建设的成败维系三峡工程的成败,维系库区安全和经济社会协调发展.从分析三峡库区信息资源现状情况入手,从体制、标准、空间技术手段等多层次地对三峡库区综合信息空间集成平台项目的集成框架进行了设计和实现.     

重力测量在三峡库区形变监测中的作用

阐述了重力测量在三峡库区形变监测中的作用。