王 超,李天文,劉詠梅 ,袁勘省

(西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710127)

地表沉降是一種普遍的地質(zhì)現(xiàn)象,尤其在人口稠密的三角洲地區(qū),地表沉降會(huì)給生產(chǎn)和生活帶來(lái)巨大影響。目前,世界 150個(gè)以上的地區(qū),包括墨西哥、中國(guó)、意大利、日本和美國(guó),都出現(xiàn)了地表沉降。影響地表沉降的原因有自然因素,但最為重要的因素是人類活動(dòng),如過(guò)度的開(kāi)采地下水、石油、天然氣、地?zé)豳Y源以及大型工程施工等。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料(Johnon 1991)估計(jì)全世界由于地表沉降造成的破壞和修復(fù)費(fèi)用為每年數(shù)十億美元,如美國(guó)休斯頓每年用于地表沉降的費(fèi)用為3 170萬(wàn)美元(Jensen 1995)。

1 引起關(guān)中地表沉降的因素

1.1 自然因素

地表沉降是一個(gè)長(zhǎng)期的持續(xù)的不斷運(yùn)動(dòng)變化的一個(gè)過(guò)程。各塊體內(nèi)部物質(zhì)在空間分布的不均勻性導(dǎo)致軟的巖層塌陷或者由于降水、風(fēng)力等自然因素對(duì)有腐蝕特性的巖石的化學(xué)和物理作用;不同年份的降水與蒸發(fā)量的不盡相同,導(dǎo)致有些年份降水量大有些年份蒸發(fā)量大,引起地下水的補(bǔ)給短期不足或者過(guò)多,從而導(dǎo)致承壓能力的失衡進(jìn)而引起地表沉降。

關(guān)中地處陜西位于鄂爾多斯塊體南緣,是我國(guó)重要的地震活動(dòng)和構(gòu)造變形區(qū)之一。根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示關(guān)中發(fā)生了多次輕微的地震,汶川地震對(duì)地表沉降都有一定的程度影響。此外引起沉降的還包括一些其他地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的次生危害,如泥石流在山前洪積扇表現(xiàn)的尤為突出;地裂縫由于雨水的灌注引起再次坍塌和加重等都可能對(duì)地表沉降帶來(lái)影響。

1.2 人為因素

伴隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展建設(shè)、眾多衛(wèi)星城市的雨后春筍以及新農(nóng)村建設(shè)等一系列城市發(fā)展,加上能源不合理的開(kāi)發(fā)與利用等等,小區(qū)域、小范圍的地表沉降已經(jīng)給人們的生產(chǎn)和生活造成了嚴(yán)重的影響,引起了人們的高度關(guān)注和重視。概括起來(lái),引起關(guān)中地區(qū)尤其是西安地區(qū)地表沉降人為因素的主要原因如下:

(1)關(guān)中平原地處半干旱地區(qū),尤其是每年的 7到 8月份,為滿足農(nóng)業(yè)用水需求開(kāi)采地下水資源,由于不合理開(kāi)采和過(guò)度開(kāi)采,致使很多地區(qū)形成水漏斗區(qū)。不止農(nóng)業(yè)用水,隨著城市化的發(fā)展人們對(duì)生活用水需求量的增大,地下水也得到不同程度的不合理開(kāi)采,此事雖然由于政府的強(qiáng)制措施得到緩解,但已造成的影響或者潛在的影響已經(jīng)不可避免了。

(2)大型工程建設(shè)過(guò)程中雖說(shuō)不開(kāi)采地下水,但在其過(guò)程中為了保證施工的順利進(jìn)行,進(jìn)行了一定程度的降水,致使巖層承壓能力失衡,為了形成一個(gè)新的平衡點(diǎn),在這個(gè)過(guò)程中勢(shì)必會(huì)引起地表沉降。

(3)大型工程建設(shè),如高層建筑、地鐵修建、橋梁架設(shè)、道路修建、大型廠房的建設(shè)等,在其建設(shè)過(guò)程中引起的或大或小的震動(dòng)建成之后新的壓力,這些都可能破壞原有的承壓平衡,為了達(dá)到新的承壓平衡,此過(guò)程中可能發(fā)生地表沉降作用。

(4)頻繁的交通運(yùn)輸造成的震動(dòng)長(zhǎng)期對(duì)其附近一定范圍之內(nèi)造成的影響也是引起地表沉降的一個(gè)重要原因。尤其是關(guān)中環(huán)線及各種高速鐵路、公路的建設(shè)及投入運(yùn)行。

(5)人類不合理的土地規(guī)劃利用,也是形成地表沉降的原因之一。

2 地表沉降的危害及預(yù)防必要性

2.1 地表沉降的危害

地表沉降造成的危害主要表現(xiàn)在[1]:

(1)破壞城市設(shè)施、妨礙城市建設(shè),地表不均勻引起的地表裂縫、不均衡下陷錯(cuò)動(dòng),從而造成建筑物、道路、井管等市政設(shè)施受到破壞。引起河道縱坡降變形,城市排水管道功能降低。主要表現(xiàn)在造成房屋和橋梁的開(kāi)裂、傾斜或倒塌;道路凹凸不平或開(kāi)裂;地下管道錯(cuò)裂失效;抽水井管上升,設(shè)備需不斷更新等。

(2)水患和潮災(zāi)加劇地表沉降是地面高程降低,積水滯洪,引起河水、湖水或者海水倒灌,河流泄洪能力降低,城市抗洪能力相應(yīng)降低。嚴(yán)重的滯洪積水問(wèn)題,不僅影響城市交通和環(huán)境,而且可能造成地下室和低層建筑物在汛期被水淹沒(méi),造成比較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

(3)影響城市規(guī)劃與建設(shè)等,地表沉降還導(dǎo)致觀測(cè)和測(cè)量標(biāo)志失效。隨著城市生態(tài)環(huán)境的變遷,環(huán)境整治費(fèi)用會(huì)劇增,經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)綜合效益將有所降低,直接或間接影響城市擁有的發(fā)展水平和發(fā)展規(guī)模。

(4)可導(dǎo)致或加重地下水的污染,地表沉降可導(dǎo)致汛期城區(qū)積水,洪水、污水不能及時(shí)排走,灌入地下,可能導(dǎo)致或加重地下水的污染,影響地下水的水質(zhì)、開(kāi)發(fā)與利用,影響人民群眾的身體健康,影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及建筑等公共設(shè)施的安全、使用、壽命和性能等。

2.2 沉降預(yù)防的必要性

目前,地表沉降的災(zāi)害如仍在繼續(xù)發(fā)展,不采取積極有效的措施,未來(lái)更嚴(yán)重的災(zāi)害是難以避免的。地表沉降涉及到生活中的很多方面,例如:古建筑的維護(hù)、城市規(guī)劃等等。2006年花巨資擬建的西安城市地鐵工程就面臨地表沉降的潛在的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題。因此有必要對(duì)地表沉降進(jìn)行有效的長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)工作,獲取有關(guān)這些緩變性地質(zhì)災(zāi)害變形信息,特別是通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)資料的積累,掌握變形規(guī)律,達(dá)到了解地表沉降的變化規(guī)律,為城市減災(zāi)防災(zāi)提供可靠依據(jù)。

3 地表沉降監(jiān)測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3.1 地表沉降研究方法

傳統(tǒng)地表沉降研究方法一般分為兩類:①特定點(diǎn)調(diào)查。主要是根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料、水位變化和地表沉降量進(jìn)行;不考慮地表沉降的空間分布,以此來(lái)獲取詳細(xì)的信息(Helm,1975;Leak,1991等);②區(qū)域調(diào)查。模擬區(qū)域地下水流動(dòng)和地表沉降,并提供控制地表沉降的地下水抽取方案(Esaki等,1995,1996;Teatini,1995)。傳統(tǒng)方法對(duì)沉降數(shù)據(jù)處理都是手工進(jìn)行的,工作效率低下,建立模型的可靠性與精確性存有疑問(wèn)。近年來(lái),3S技術(shù)發(fā)展,特別是 GIS強(qiáng)大的處理、管理和分析空間數(shù)據(jù)的功能發(fā)展,已引起人們的高度重視;GPS測(cè)量作為空間數(shù)據(jù)采集的重要手段,其良好的空間定位精度以及全天時(shí)全天候的特點(diǎn),為地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取提供了有效的技術(shù)保障;而 RS通過(guò)認(rèn)識(shí)地質(zhì)環(huán)境要素為沉降分析提供補(bǔ)充。

3.2 地表沉降的監(jiān)測(cè)

沉降監(jiān)測(cè)方法采用傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量,其觀測(cè)周期長(zhǎng),需要大量的人力物力,而且隨著距離的增大誤差也隨著增大。GPS定位技術(shù)具有觀測(cè)站之間無(wú)需通視,觀測(cè)時(shí)間短,操作簡(jiǎn)便,不受距離限制等特點(diǎn)。近年來(lái)隨著測(cè)繪人員的不斷努力,GPS高程分量的精度也在不斷的提高,在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)方面已經(jīng)可以代替常規(guī)的精密水準(zhǔn)測(cè)量。在變形監(jiān)測(cè)中有許多GPS高程成功應(yīng)用的例子,這是因?yàn)樵诖怪蔽灰票O(jiān)測(cè)中,只需要高程的相對(duì)變化量,所以直接可以采用 GPS大地高差,這樣就可以消除 GPS大地高向水準(zhǔn)高轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生的誤差,并通過(guò)同一站點(diǎn) GPS高程變化進(jìn)行求差可以消除許多系統(tǒng)性誤差,可使相對(duì)精度大大提高。GPS定位技術(shù)以其效率高、精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)精密水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、誤差隨線路增長(zhǎng)而增大的不足,從而在變形監(jiān)測(cè)上發(fā)揮了更大的優(yōu)勢(shì)[2]。

3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析整理

陜西省 GPS網(wǎng)共有 37個(gè)點(diǎn)組成(圖 1),其中地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程站 24個(gè),陜西省地震局建點(diǎn) 13個(gè),主要分布在渭河盆地一帶。

數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家測(cè)繪局,已經(jīng)將 WGS-84地心直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為北京 54大地坐標(biāo)后的數(shù)據(jù)和六度帶高斯平面投影坐標(biāo)數(shù)據(jù)。包括 2001～2003到 2005、2008年五年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),其中 2001～2003坐標(biāo)數(shù)據(jù)是定值,后兩期數(shù)據(jù)還提供了不同時(shí)段測(cè)得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

圖1 陜西GPS網(wǎng)站點(diǎn)分布圖

4 地表沉降分析研究

4.1 數(shù)據(jù)處理

由于地表沉降為毫米或者厘米級(jí)的,故研究過(guò)程中采用高程差為研究依據(jù),將 Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Arcgis中,刪除研究區(qū)以外高程點(diǎn),為空間差值做好準(zhǔn)備。

4.2 數(shù)據(jù)插值方法與模型構(gòu)建

對(duì)工作目標(biāo)和掌握的數(shù)據(jù)等相關(guān)真實(shí)地理知識(shí)的理解將會(huì)影響插值方法的選擇。如果表面中的一些要素超出已知的 Z值,反距離權(quán)重法產(chǎn)生的表面不會(huì)超過(guò)樣本數(shù)據(jù)集中的最大值和最小值,這時(shí)應(yīng)該選擇樣條函數(shù)插值法。而樣條函數(shù)插值法在對(duì)那些距離較近,并具有極端不同值的樣本點(diǎn)處模擬的效果并不好。當(dāng)樣條函數(shù)插值法建立的表面在邊緣處的要素實(shí)際不存在的話,一般應(yīng)嘗試使用反距離權(quán)重法。樣本點(diǎn)的質(zhì)量同樣會(huì)影響插值法的選擇。如果樣本點(diǎn)較少或者在空間分布不好,所產(chǎn)生的表面不能很好的代表真實(shí)情況時(shí)應(yīng)當(dāng)慎重考慮。因此,在樣本點(diǎn)較少的情況下,可以在那些變化比較劇烈或者頻繁的地方增加一些樣本點(diǎn),這就要使用克里金插值法。

通過(guò)分析和比較,結(jié)合監(jiān)測(cè)區(qū)域過(guò)大,GPS數(shù)據(jù)點(diǎn)較少,而且分布不均勻和理想的實(shí)際情況,采用樣條函數(shù)插值法后構(gòu) Tin效果不佳,且不符合現(xiàn)實(shí)情況;克里金插值法較為符合關(guān)中平原的三維地形模擬?？紤]到數(shù)據(jù)點(diǎn)少,所以重點(diǎn)在討論與分析各點(diǎn)的沉降變化,而反距離權(quán)重插值法插值后各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與 Tin表面吻合度較好,所以這里采用反距離權(quán)重插值的方法進(jìn)行分析研究。

4.3 數(shù)據(jù)顯示與分析

4.3.1 沉降的垂直變化分析

通過(guò) 2001～2003三年數(shù)據(jù)差值制作柱狀圖(圖 2、3、4),首先分析各點(diǎn)各年相對(duì)沉降的變化情況。

圖2 2002與 2001年差值柱狀圖

圖3 2003與 2001年差值柱狀圖

圖4 2003與 2002年差值柱狀圖

在 ArcScene加載生成的 TIN數(shù)據(jù),顯示結(jié)果幾乎是個(gè)平面,這是因?yàn)榈孛娉两凳呛撩准?jí)或者厘米級(jí)的,Z值表現(xiàn)的并不明顯,為了明顯的顯示與進(jìn)行沉降變化分析,將基準(zhǔn)高程 Z值擴(kuò)大 40倍然后再顯示,此時(shí)凹凸合理,便于觀察和分析。

各年份三維顯示圖如下圖 5-圖 7所示:

圖502 與 01差值后

圖603 與 02差值后

圖703 與 01差值后

4.3.2 沉降的水平變化分析

由以上地面沉降量分布三維圖和統(tǒng)計(jì)圖表可以看出2002年較 2001年研究區(qū)地面沉降情況呈總體下降趨勢(shì),中部沉降量大,東西兩側(cè)較小,36個(gè)點(diǎn)中有 34點(diǎn)下降,2個(gè)點(diǎn)上升,其中沉降量最大的點(diǎn)在寶雞附近,大約超過(guò)了-25 mm。但僅離沉降量最大點(diǎn)的北部20km的監(jiān)測(cè)點(diǎn)卻沉降量很小,寶雞到西安普遍沉降量都在 -15 mm至-20 mm。臨潼地區(qū)的沉降量較小,少許點(diǎn)沒(méi)有下降反而上升,沉降量從 2mm至-10mm。

2003年相對(duì)于 2002年大部分地區(qū)都沒(méi)有下沉,反而是上升的,少有的沉降區(qū)依舊出現(xiàn)在寶雞附近,沉降量最大為-5 mm。西安到臨潼的地面略有抬升,大約為5mm至10mm。36個(gè)點(diǎn)中有 3個(gè)點(diǎn)發(fā)生沉降,其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)都是上升的。

比較完 2002年和 2001年,又比較了 2003年和 2002年,一降一升,于是將 2003年和 2001年進(jìn)行一下比較是很必要的。從上圖中可以看出,2003年相對(duì)于 2001年,36個(gè)點(diǎn)中33個(gè)點(diǎn)發(fā)生了沉降,其余 3個(gè)點(diǎn)是上升的?？偟膩?lái)說(shuō),三年中,絕大多數(shù)區(qū)域還是以降為主,沉降量最大的區(qū)域仍舊在寶雞附近,超過(guò)了 -25 mm。北部不遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量小則是需要關(guān)注的地方。寶雞大部分區(qū)域沉降都在 -15mm至-20 mm。西安的沉降量在 -10 mm至 -15mm。而臨潼地區(qū)的沉降量較小,而且有的地方還有小幅度上升,這同樣也值得人們關(guān)注。

經(jīng)過(guò)以上的整體區(qū)域分析,可以看出 2003年相對(duì)于2002年的沉降非常有趣。通常情況下,地面下沉是符合常理的,而我們之所以研究地面沉降就是為了防治和最大限度的采取措施減少地面沉降,從而減少地面沉降帶來(lái)的損失。而2003年相對(duì)于 2002年整體關(guān)中區(qū)域地面的抬升是怎樣發(fā)生的呢?很多資料已經(jīng)表明,地面沉降多數(shù)是由于過(guò)量開(kāi)采地下水而引起的,而地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水的入滲和地表水體的滲漏[2]。所以研究當(dāng)年的降水和地下水是得出結(jié)果的正確途徑。根據(jù)國(guó)家水利部的資料,確實(shí) 2003年關(guān)中盆地淺層地下水上升區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于下降區(qū)面積,其平均變幅也是 0.28。合計(jì)整個(gè)關(guān)中地區(qū)地下水上升了 0.39 m,基于此才發(fā)生了地表的相對(duì)抬升。

4.3.3 沉降的垂直與水平綜合變化分析

根據(jù)插值數(shù)據(jù)生成的Tin在 ArcScene中進(jìn)行三維顯示并將各圖層擴(kuò)大 40倍后顯示(如圖 8、9)。

圖82008 年觀測(cè)數(shù)據(jù)三維顯示

圖92005 年數(shù)據(jù)與 2008年數(shù)據(jù)疊加

由圖中可以看出疊加后的顯示幾乎顯示不出地表沉降的橫向變化趨勢(shì),將各圖層再次夸大顯示,從而在三維視覺(jué)上挖掘地表沉降變化情況、變化趨勢(shì)等方面的信息。

通過(guò)上述沉降的垂直與水平綜合變化的三維顯示和分析不能明顯的表現(xiàn)沉降變化及平面相對(duì)移動(dòng)的趨勢(shì),原因在于沉降變化量一般是微小的,而三維顯示即使將其夸大了 40倍還是很好的顯示其變化,如果夸大的倍數(shù)過(guò)大,整個(gè)三維模型的顯示效果顯得不太和諧和美觀,這樣三維模擬顯示就達(dá)不到很好的效果,但是作為模擬地表沉降和預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)還是可以借鑒的。所以直接通過(guò)數(shù)據(jù)插值而不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高程處理這種研究方法對(duì)于沉降變形監(jiān)測(cè)不是很適用,但如果分析方法和算法有進(jìn)一步研究和探索、軟件的顯示與分析性能得到進(jìn)一步的拓展與改善,此法將開(kāi)創(chuàng)地表沉降的新篇章。

通過(guò) 2005年及地震發(fā)生后 2008年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和討論,通過(guò) X、Y坐標(biāo)相減,X坐標(biāo)大部分是負(fù)值,Y坐標(biāo)大部分都是正值,說(shuō)明汶川地震整體上使得板塊向東南方向運(yùn)行了;高程坐標(biāo)差負(fù)值較多,說(shuō)明沉降運(yùn)動(dòng)整體上以沉為主。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有降雨、蒸發(fā)工程地質(zhì)以及地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),引起關(guān)中地區(qū)地表沉降的原因:繁忙的交通運(yùn)輸、大型水利水電道路交通等大規(guī)模工程建設(shè)、地下水的嚴(yán)重不合理開(kāi)采、汶川地震的影響、最近幾年的連續(xù)干旱導(dǎo)致地下水位下降等。

5 地表沉降防治與補(bǔ)救措施

需要說(shuō)明的是,地面沉降在地球自然演化過(guò)程中,是一個(gè)必然發(fā)生的地質(zhì)現(xiàn)象。滄海桑田,地殼的升降運(yùn)動(dòng),上升作用形成高山,沉降作用而生成堆積盆地或平原。可以說(shuō)沒(méi)有自然界的沉降作用,就不能有盆地和平原,也就沒(méi)有人類生存的良好場(chǎng)所。關(guān)中地處秦嶺北麓,人口稠密,農(nóng)業(yè)用水量大,地殼運(yùn)動(dòng)活躍。地殼活動(dòng)的結(jié)果,必然使一些地帶產(chǎn)生地面沉降,這種沉降是區(qū)域性的。但是,人類活動(dòng)特別集中于平坦的盆地或平原地帶,而這些地帶也是由于自然沉降過(guò)程中而形成具有松散第四紀(jì)地層沉積的地帶,它們?cè)谧匀谎莼^(guò)程中,仍發(fā)生著松散地層的壓實(shí)與固結(jié)的過(guò)程,因而也存在著沉降現(xiàn)象的發(fā)生。人類集中居住在這松散沉積物的平原、三角洲、大盆地上,這種人類活動(dòng)作用也就會(huì)加劇與誘發(fā)地面沉降的發(fā)生與發(fā)展。

國(guó)內(nèi)外大城市產(chǎn)生地面沉降,都是與過(guò)量開(kāi)采地下水有關(guān)。應(yīng)當(dāng)說(shuō),人類活動(dòng)特別是開(kāi)采地下水誘發(fā)地面沉降現(xiàn)象在關(guān)中地區(qū)也是在不斷地發(fā)展著。而且其發(fā)展趨勢(shì)是,將多個(gè)城市的沉降相御接起來(lái),從而形成了帶狀區(qū)域性的地面沉降。地震活動(dòng)帶來(lái)的板塊擠壓以及地表承壓失衡是另外一種沉降作用。

地面沉降和其他地質(zhì)災(zāi)害一樣,如何防治,這就需要從有關(guān)成因及發(fā)生過(guò)程類型上著手進(jìn)行分析[9][10]。因此,根據(jù)關(guān)中地區(qū)的特點(diǎn),防治地面沉降可以采取以下幾項(xiàng)措施:

(1)應(yīng)合理規(guī)劃各項(xiàng)建設(shè)發(fā)展布局,注意工程的地質(zhì)—生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。將地下水水源地和集中城鎮(zhèn)分開(kāi),地下礦井開(kāi)發(fā)帶與大居民點(diǎn)分隔,從地質(zhì)環(huán)境上考慮交通路線的布局,而不僅從已有街道繁華和當(dāng)時(shí)乘客吞吐量上考慮。

(2)應(yīng)節(jié)制城市地下水資源開(kāi)采,加強(qiáng)人工回灌措施。完全避免及禁止在都市地帶開(kāi)發(fā)地下水資源,這有時(shí)是難以做到的,甚至也不一定具有好的效果。因此,根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件,可酌情開(kāi)發(fā)一定數(shù)量的地下水資源,但要加強(qiáng)人工回灌補(bǔ)給措施,以使開(kāi)采量及地下水位處在不誘發(fā)不良地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)的情況下。

(3)應(yīng)建立完善的綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),為合理開(kāi)發(fā)及防治災(zāi)害提供依據(jù)。對(duì)于大城市應(yīng)當(dāng)建立完善的綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),這方面的監(jiān)測(cè)應(yīng)包括地下水、巖(土)體形變、地應(yīng)力、斷層活動(dòng)性、地震、地表建筑物基礎(chǔ)形變與穩(wěn)定性、地下建筑物的形變與穩(wěn)定性等監(jiān)測(cè)。除了充分利用“3S”技術(shù)監(jiān)測(cè)之外,重點(diǎn)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)顯得更為重要。對(duì)于大城市及其他大型工程建設(shè),也需要對(duì)危險(xiǎn)地段進(jìn)行專門(mén)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)。

(4)應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)度和危害性評(píng)估。無(wú)論是在城市還是在鄉(xiāng)村,今后都會(huì)發(fā)生地質(zhì)環(huán)境變化,有的還會(huì)進(jìn)一步惡化,因此需要對(duì)今后的環(huán)境開(kāi)發(fā)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)度和危害性評(píng)估,作為今后各項(xiàng)建設(shè)發(fā)展的依據(jù)。此外,通過(guò)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害變化的情況分析,適時(shí)進(jìn)行有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)估才能爭(zhēng)取時(shí)間,及早做好地質(zhì)災(zāi)害的防治,以防患于未然。

6 結(jié)論與存在問(wèn)題

6.1 結(jié)論

地面沉降的是一個(gè)長(zhǎng)期的持續(xù)現(xiàn)象與問(wèn)題,利用 GPS對(duì)地表沉降進(jìn)行動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)的進(jìn)行處理和分析,這對(duì)人們的生產(chǎn)和生活是非常重要的。利用GPS的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)顯示和分析,不僅形象直觀,而且便于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題,是一種很好的分析途徑和方法。本文通過(guò) ARCGIS軟件,在關(guān)中及西安地區(qū)地面沉降的三維動(dòng)態(tài)顯示與分析方面做了一些嘗試和探索,通過(guò)分析、顯示,可得出以下幾方面研究結(jié)論:

(1)關(guān)中地區(qū)整體上以沉為主,總趨勢(shì)由西向東沉降量逐漸減小。2002年相對(duì)于 2001年總體以沉為主;2003年相對(duì)于 2002年地面總體以抬升為主;綜合三年數(shù)據(jù),2003年相對(duì)于 2001年地面總體上仍然以沉為主;2008年相對(duì) 2005年在水平方向上向東南方向有一定位移,高程仍然是以沉為主。

(2)關(guān)中地區(qū) 2003年相對(duì)于 2002年的大范圍地面抬升,主要是因?yàn)?2003年北方地區(qū)出現(xiàn)了歷史上罕見(jiàn)的持續(xù)大量降水,不僅減少了農(nóng)業(yè)對(duì)地下水的開(kāi)采,而且較為明顯的補(bǔ)充了地下水的水位,從而使關(guān)中地區(qū)地下水位有所上升;2008年相對(duì) 2005年下沉則主要是由于汶川地震的影響所致。

6.2 存在問(wèn)題

現(xiàn)有的檢測(cè)數(shù)據(jù)為整個(gè)陜西省的 GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),在分布上是不均勻且數(shù)量,插值及分析部分精度不是特別理想。僅限于對(duì)關(guān)中地區(qū)地表沉降總體趨勢(shì)的分析。

ARCGIS的三維分析功能有待進(jìn)一步加強(qiáng)和完善。在構(gòu)成 Tin之后單一的顏色不能很好的突出地勢(shì)起伏的變化,疊加分析也沒(méi)有一個(gè)功能可將有變化的部分高亮度或者突出的予以顯示,以利于更好顯示和應(yīng)用分析。

[1]徐剛,高玉山.基于 GIS和 SPSS的地面沉降研究[J].西南師范大學(xué)碩士學(xué)位論文,2004.5.1.

[2]顧勇毅,張亮.論述 GPS測(cè)高的限制性與可行性[J].科技信息,2007,24:83.

[3]張本平.基于 GIS的西安市地面沉降與地下水分析與研究[J].山西建筑,2006,32(13):357-358.

[4]周衛(wèi).利用 ArcView實(shí)現(xiàn)地面沉降數(shù)據(jù)的處理與可視化[J].南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2001(4).

[5]盧耀如.地質(zhì)災(zāi)害防治與城市安全[J].解放日?qǐng)?bào),2008.06.30.

[6]盧耀如.汶川大地震周年與地質(zhì)災(zāi)害防治再思考[J].中國(guó)工程科學(xué),2009,11(6):36-43.

[7]張海平,袁永博.基于 GIS的水電站施工進(jìn)度三維可視化模擬[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2007(1).

[8]徐占華,陳曉玲,李毓湘.基于 ArcGIS與 ERDAS IMAGINE的三維地形可視化[J].測(cè)繪信息與工程,2005,30(1).

[9]朱俊高,陸曉平.大面積地面沉降研究現(xiàn)狀[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2001,12(4).

[10]高偉,徐紹銓.GPS構(gòu)造沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及變形分析[J].全球定位系統(tǒng),2005(4):23-27.

[11]張飛鵬,董大南,程宗頤等.利用 GPS監(jiān)測(cè)中國(guó)地殼的垂向季節(jié)性變化[J].科學(xué)通報(bào),2002,47(18):1370-1377.

[12]徐紹銓,程溫鳴,黃學(xué)斌,等.GPS用于三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)的研究[J].水利學(xué)報(bào),2003(1):114～119.