基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统

光纤监测技术具有分布式、精度高等特点,在地面沉降监测中具有独特优势。但受限于监测成本较高与监测环境复杂,目前地面沉降光纤监测多通过人工采集数据,限制了在特殊环境变化情况下地面沉降的实时信息获取。文章在地面沉降钻孔全断面光纤监测技术的基础上,设计并建立了基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统。该监测系统利用弱反射光栅、时分复用、物联网和数据库等技术,通过4G无线通信手段实现了地面沉降在线自动化监测和远程数据实时采集,并通过客户端系统软件实现数据的存储、查询和分析。将其应用到衡水地区地面沉降监测中,结果表明:钻孔内土层压缩变形主要发生在以黏性土为主的隔水层（Ad2、Ad3、Ad4）;受季节性地下水开采的影响,钻孔100～400 m深度范围内砂土含水层存在波动变化,在监测期内,冬季略回弹,随后春季地下水开采量增大,地下水位下降,土层呈现压缩趋势。监测结果验证了该系统的可行性与准确性,使得整个地面沉降监测流程趋于自动化、规范化和低成本化,具有广泛的应用前景。     

安徽省蚌埠市固镇县地面沉降孕灾条件分析

安徽省蚌埠市固镇县位于安徽省北部,地质灾害主要为地面沉降。本文基于InSAR解译数据,结合水准测量、野外现场调查结果对固镇县地面沉降进行分析,结果表明：固镇县沉降速率为2～20 mm/a,一般在2～10 mm/a,平均累积沉降量为30 mm;固镇县地面沉降的发生主要是受可压缩层地层与地下水开采结构的影响。     

人为因素导致的地面沉降

天然气、石油、地下水、地热热水和卤水等流体运移出地下储存地层时,地层耗尽了流体而产生压缩变形,这些变形传递到地表表面就形成了人为的地面沉降。在本文中:(1)列举了世界上主要的地面沉降区域;(2)论述了引发地面沉降的力学机制,这些可以量测的地面沉降发生在地下含水层体系、天然气气田和石油油田之上;(3)描述了目前可以用于地面沉降测量和岩石变形原位测试的技术手段;(4)简要介绍了几个地面沉降预测的数值模型;(5)说明了用于控制地面沉降发展和减轻相关环境影响的几种防治措施。     

关中地区垂直形变场及其动态演化特征

应用关中地区20余年的精密水准资料,用分段线性速率动态平差法进行统一起算基准的拟稳平差计算．得出了197l～1976、1976-1980、1980-1986和1986～1996年度的垂直形变速率图,从动态的观点研究了关中地区地壳垂直形变场的演化特征。研究结果表明：（1）地壳垂直形变场有规律的变化与区域应力-应变场的微动态活动有关,青藏亚板块和华北亚板块对关中地区的构造变形交替起主导作用,并产生了不同形变特征;（2）地壳垂直运动不是线性的。有加速、反向和停顿,长期平均垂直运动速率低于各时段的变化;（3）地壳垂直变化与断裂活动密切相关。垂直形变的逆继承性构造活动时期远小于继承性构造活动时期;（4）西安是一个特殊沉降区。由于过量开采地下水引起地面急剧下降。     

利用CEEMD分析中国沿海GNSS站高程时序变化

利用完备经验模态分解方法（CEEMD）对我国沿海地区6个GNSS基准站（2010—2018）的高程时序数据进行了处理分析。结果表明：CEEMD在高程时间序列分析中具有一定的优越性,可准确分解出各GNSS站高程时序中存在的周、月、季节、年等变化周期项,其中周年运动是主要贡献项,各站高程时间序列的短周期变化与潮汐变化周期具有密切关联性;沿海GNSS站的地面沉降既具有区域的一致性,又存在区域间差异性,其中D区DBJO、DZJJ站呈现先下降后上升的趋势,N区NZUH、NWZU站呈下降趋势,B区的BZMW呈上升趋势,而同海区的BLHT站则呈显著的下降趋势。     

利用水准数据的天津市地面沉降时空特征分析

地面不均匀沉降可能对城市的发展与人民的安全造成危害,天津市的地面沉降情况尤为严重。针对该问题,本文收集天津市2005—2012年、2016—2017年水准观测数据,以固定水准点位的沉降量、沉降速率、沉降加速率为状态向量,构建卡尔曼滤波模型,对天津市历年的水准观测数据进行滤波;根据滤波后的结果,本文利用多项式加权内插的方法,以距离、沉降速率、沉降加速率信息确定权值大小,对地面沉降情况进行内插;并以中误差作为精度评定参数,比较多种内插方法的精度。通过对内插结果的试验分析发现,2005—2017年天津市地面累计平均沉降量为394.477 5 mm,最大沉降量为1 143.5 mm;主要沉降区域为北辰、大港、塘沽等地区,且随着时间的增长,这些区域呈现漏斗式下沉。试验证明本文结合卡尔曼滤波与多项式加权内插的方式能够较好地反映地面沉降的时空特征分布情况并对未来一段时间的沉降情况进行预测,对天津市的城市发展及建设有一定的参考意义。     

地面沉降监测多源数据融合分析

地面沉降是区域性地面高程下降的一种地质现象,一般是由自然因素和人为因素的共同作用导致的。目前地面沉降监测的方法很多,各有优劣。本文结合武进中心城区地面沉降监测系列工程案例,对不同沉降监测方法产生的多源数据进行了分析、对比和融合,使成果兼具各种方法的优点,其不仅能更好地描述地面沉降的现状及预测地面沉降的发展趋势,而且可为后期地面沉降监测提供更加准确且丰富的数据基础。     

天津市地面沉降区地下水开采指标综合评定方法研究

实行地面沉降控制和地下水资源的统一管理,是天津市地面沉降防治工作的特色。本文针对地下水超采是影响天津市地面沉降主要因素的现状,通过对多年地面沉降监测以及地下水资源开发利用数据的分析,首先在全市范围内初步确定各乡镇2007年地下水开采指标或维持2005年实际开采水平,或选用一元回归分析方法建立地面沉降预测模型。在建模过程中,应用地质系统科学理论,综合考虑2001～2005年各年度地面沉降和地下水水位动态,将天津市划分为若干个子系统,每一子系统作为一个回归分析单元。为了将各计算单元的预测结果具体到各乡镇地下水资源开采指标制定中,结合各乡镇地面沉降现状和地下水替换水源条件,并根据计算单元内各乡镇地下水开采强度、地下水超采程度、沉降敏感度以及地下水位超限程度等因素进行压采规模的综合分级。这一方法已得到我市相关水资源管理部门的认同,并取得了较好的实践效果。     

高分辨率SAR影像在地面沉降监测中的应用

TerraSAR-X具有较高的地面分辨率、短波长以及高时间分辨率,为高精度地面沉降的监测提供了更大的契机。选取2011-12～2013-05的38景TerraSAR-X影像,采用PS-InSAR技术对常州武进区地面沉降状况进行监测,提取更多的PS点,获取了2011～2013年的地表形变速率,沉降细节更加丰富;同时对沉降的原因进行研究和分析,最后利用外部水准数据对其监测结果进行对比和验证,精度较高(达到了4.2 mm/a)。     

Sentinel-1A SAR影像及其在矿区地面沉降监测中的应用研究

详细介绍了Sentinel-1A SAR影像数据的基本参数、工作模式、应用领域等。利用2016.11.09—2017.03.09的5景Sentinel-1A C波段SAR影像数据进行矿区地面沉降监测试验。基于SARscape利用双轨D-In SAR技术进行差分干涉处理,得到了研究区地面沉降分布图,直观地再现了研究区在2016.11.09—2017.03.09的沉降分布、沉降量级等。结果表明济宁某矿区在监测期间地面相对稳定,未有大面积和大量级的地面沉降发生,4个干涉对监测到的最大沉降都未超过3 cm。