徐郅杰　董偉　王寶紅

摘要：分析開(kāi)封市地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展地面沉降發(fā)育規(guī)律及影響因素研究，優(yōu)化地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)，提升地面沉降的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，為開(kāi)封市自然資源開(kāi)發(fā)及生態(tài)文明建設(shè)提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)，為類(lèi)似地區(qū)及我省其他城市開(kāi)展地面沉降監(jiān)測(cè)提供了參考資料和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：地面沉降;監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;開(kāi)封市

中圖分類(lèi)號(hào)：X141 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）09-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.09.133

Research on optimization of land subsidence monitoring network in Kaifeng

Xu Zhijie1，2，Dong Wei1，2，Wang Baohong1，2

（1.Geological Environment Monitoring Institute of Henan Province，Zhengzhou Henan 450016，China;

2.Key Laboratory of Geological Environment Protection of Henan Province，Zhengzhou Henan 450016，China）

Abstract：Continuous monitoring data of land subsidence monitoring network in Kaifeng is analyzed，research on the development rule and influencing factors of the land subsidence is conducted， the accuracy of land subsidence monitoring network is optimized，and the monitoring and early warning capabilities of the land subsidence is improved.This comprehensive research into land subsidence of Kaifeng is undertaken to provide the basis for the natural resource development and ecological civilization construction of Kaifeng，and to offer reference and experience in land subsidence monitoring research to similar areas and other cities in our province.

Key words：Land subsidence;Monitoring network optimization;Kaifeng City

開(kāi)封市是河南省18個(gè)省轄市之一，是中國(guó)歷史文化名城，國(guó)際文化旅游城市，中原城市群紡織、食品、化工和醫(yī)藥工業(yè)基地，鄭州都市圈重要功能區(qū)。鄭汴新區(qū)為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、城鄉(xiāng)一體發(fā)展的現(xiàn)代復(fù)合型新城區(qū)、綜合改革核心試驗(yàn)區(qū)、對(duì)外開(kāi)放示范區(qū)、環(huán)境優(yōu)美宜居區(qū)和為全省乃至中西部地區(qū)服務(wù)的區(qū)域中心。2013年，開(kāi)封市建成了地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)和綜合監(jiān)測(cè)站，是河南省首個(gè)開(kāi)展專(zhuān)業(yè)地面沉降監(jiān)測(cè)的城市。

1 開(kāi)封自然地理

1.1 交通位置

開(kāi)封市位于河南省中部，西距省會(huì)鄭州70km，北臨黃河，西接中牟，南、東被通許、杞縣包圍。市境內(nèi)公路四通八達(dá)，連霍高速公路、鄭徐高鐵自市區(qū)北部穿過(guò)，隴海鐵路、310國(guó)道呈東西向橫貫市區(qū)南部，鄭汴快速公路、鄭汴輕軌使兩個(gè)城市聯(lián)系更加緊密，交通便利。

1.2 氣象水文

開(kāi)封市屬暖溫帶半干旱半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬季寒冷雨雪少，夏季炎熱雨集中;春短干旱風(fēng)日多，秋季晴和日照長(zhǎng)。多年平均氣溫在14℃左右，極端最低氣溫-16℃，極端最高氣溫為42.9℃;多年平均降水量634.2mm，最大年降水量948.3mm，最小降水量310.5mm，多年平均蒸發(fā)量1 995.7mm。

開(kāi)封市主水系主要為黃河流域和淮河流域，其中黃河為地上懸河，河床高出堤外地面7～10m，自西向東流經(jīng)北部邊界?；春恿饔蛑饕獮闇u河水系的惠濟(jì)河、運(yùn)糧河、馬家河。區(qū)內(nèi)地表水體較多，主要有包公湖、潘家湖、楊家湖、鐵塔湖、陽(yáng)光湖等。

1.3 地形地貌

開(kāi)封市地形西北高，東南低，西北地面高程80m左右，東南70m左右，相對(duì)高差10m。由西北向東南傾斜，地面坡降1/2000～1/4000。

開(kāi)封市地貌類(lèi)型以堆積地形為主，大部分地區(qū)屬黃河下游沖積平原，地面開(kāi)闊平坦，按其形態(tài)特征和物質(zhì)組成可分為泛流平原和黃河河道，按微地貌形態(tài)特征可分為河床、漫灘、背河洼地、微傾斜平地、沙丘分布微起伏平地5種類(lèi)型。

2 開(kāi)封地沉降歷史

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著地下水開(kāi)采量的增大、地下水水位的下降和地下水水位降落漏斗的形成，地層巖土力學(xué)平衡被破壞，在開(kāi)封市的西部和東南部產(chǎn)生了4個(gè)地面沉降漏斗區(qū)。據(jù)《開(kāi)封市地面沉降研究報(bào)告》（1990年），開(kāi)封市區(qū)1954～1989年總沉降量大于30mm的區(qū)域面積達(dá)182km2。

根據(jù)2011年InSAR解譯成果，開(kāi)封市老城區(qū)范圍地面沉降普遍發(fā)育，存在兩個(gè)比較明顯的沉降中心：一是分布于開(kāi)封東部，直徑約3.7km的沉降區(qū);二是在開(kāi)封市西部，南北長(zhǎng)6.4km，東西寬3.9km的沉降區(qū)。

3 開(kāi)封地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)簡(jiǎn)介

開(kāi)封市地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)于2013年初步建成，由地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)、水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)、全球衛(wèi)星定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)及綜合監(jiān)測(cè)站組成。地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)由100個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成，水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)由一等水準(zhǔn)點(diǎn)66個(gè)，二等水準(zhǔn)點(diǎn)57個(gè)組成，一等水準(zhǔn)測(cè)量路線179km，二等水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度140km。全球衛(wèi)星定位監(jiān)測(cè)網(wǎng)由24個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成。

綜合監(jiān)測(cè)站位于開(kāi)封市東南禹王臺(tái)區(qū)，共施工1個(gè)基巖標(biāo)孔、6個(gè)分層標(biāo)孔、6個(gè)地下水位長(zhǎng)期觀測(cè)孔、4個(gè)孔隙水壓力觀測(cè)孔。

建立了地面沉降監(jiān)測(cè)站內(nèi)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)站基巖標(biāo)、分層標(biāo)、分層孔隙水壓力、分層地下水水位進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)傳輸和自動(dòng)處理。

4 監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

4.1 開(kāi)封市近3年的地面沉降發(fā)育情況

2014年，開(kāi)封市地面沉降區(qū)為4個(gè)，沉降面積530.16km2，占監(jiān)測(cè)面積的96.8%;2015年沉降面積縮小為273.38 km2，占監(jiān)測(cè)面積的52.33%;2016年沉降面積縮小為190.41km2，占監(jiān)測(cè)面積的34.41%。三年來(lái)地面沉降范圍、平均沉降量繼續(xù)減小，沉降速度趨緩，地面沉降呈現(xiàn)變緩的趨勢(shì)。

4.2 開(kāi)封市地面沉降監(jiān)測(cè)方法研究

在開(kāi)封市采取了水準(zhǔn)測(cè)量、GPS監(jiān)測(cè)和InSAR監(jiān)測(cè)3種監(jiān)測(cè)方法。其中精密水準(zhǔn)測(cè)量是精度最高、最可靠的監(jiān)測(cè)方法;InSAR監(jiān)測(cè)雖然精度能達(dá)到毫米級(jí)，但在處理工程中需要水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果的配準(zhǔn)，因此InSAR監(jiān)測(cè)適合與水準(zhǔn)測(cè)量和GPS結(jié)合，多方法應(yīng)用進(jìn)行地面沉降監(jiān)測(cè)。GPS監(jiān)測(cè)從近幾年觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，在地面沉降結(jié)果不是非常理想，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中還有很多技術(shù)難題有待進(jìn)一步研究解決，需要加大技術(shù)應(yīng)用性方面研究，提高監(jiān)測(cè)精度與效率。

4.3 開(kāi)封市地面沉降影響因素研究

引起開(kāi)封市地面沉降的原因可分為自然因素及人為因素。自然因素包括構(gòu)造活動(dòng)、軟弱土層的自重壓密固結(jié)等;人為因素包括過(guò)量開(kāi)采地下水、地下熱水引起的地面沉降。綜合已有資料分析，地下水過(guò)量開(kāi)采是開(kāi)封市地面沉降的主要原因，人類(lèi)工程活動(dòng)、區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素也是地面沉降發(fā)生的因素。

由基坑等地下工程施工引發(fā)的工程性地面沉降，已成為開(kāi)封地面沉降的一個(gè)因素?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)變形模式、開(kāi)挖深度、降水方式等均對(duì)基坑周?chē)墓こ绦缘孛娉两涤绊懛秶?、最大沉降量及其位置等有密切關(guān)系[1]。

4.4 分層標(biāo)組體系監(jiān)測(cè)研究

2014年以來(lái)，淺層F1分層標(biāo)下降貢獻(xiàn)量均超過(guò)45%，說(shuō)明這個(gè)監(jiān)測(cè)層位是主要最主要的壓縮層，但對(duì)地面沉降的貢獻(xiàn)率有減小的趨勢(shì);F2分層標(biāo)沉降貢獻(xiàn)率從13%逐年增大到20.57%，說(shuō)明該地層對(duì)地面沉降總量的影響正逐漸強(qiáng)化。2016年深部的F4、F5、F6在抬升的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了下降，其貢獻(xiàn)比之和超過(guò)了20%，說(shuō)明2016年在監(jiān)測(cè)站所在位置的地面沉降其中，深部地層壓縮量有增大的趨勢(shì)。

不同深度土層變形量的貢獻(xiàn)比例的變化主要受到相應(yīng)深度含水層水位變化的影響：年均水位穩(wěn)定，土層變形量也小而穩(wěn);年均水位變幅越大，土層變形量也大，在總沉降量中的占比就大;年均水位勻速小幅下降，年沉降速率在一定范圍內(nèi)波動(dòng);年均水位加速大幅下降，年沉降速率會(huì)出現(xiàn)顯著增加[2，3]。

5 監(jiān)測(cè)網(wǎng)優(yōu)化成效

（1）對(duì)于地面沉降量變化比較大的西部、北部區(qū)域，原水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布明顯偏少;鄭徐高鐵從北部穿過(guò)，鄭汴新區(qū)人類(lèi)工程活動(dòng)也在加劇，因此適當(dāng)增加了這個(gè)區(qū)域的水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（2）根據(jù)3年來(lái)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，開(kāi)封市南部存在一個(gè)沉降漏斗，因此在這個(gè)區(qū)域增加了監(jiān)測(cè)點(diǎn)，擴(kuò)大了監(jiān)測(cè)面積，提高了監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度。

（3）2014年底，開(kāi)封縣作為祥符區(qū)并入開(kāi)封市，開(kāi)封市行政面積從547km2增加到了1 838km2，新增的區(qū)域，特別是原開(kāi)封縣城區(qū)，沒(méi)有監(jiān)測(cè)網(wǎng)覆蓋，本此優(yōu)化在新增區(qū)域有重點(diǎn)地部署了監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)。

（4）由于開(kāi)封市地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建成運(yùn)營(yíng)、監(jiān)測(cè)的時(shí)間尚短，不能完全反應(yīng)開(kāi)封市地面沉降的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)的地面沉降研究需要更多的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此，對(duì)現(xiàn)階段地面沉降變化不大的區(qū)域，其已有的各類(lèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)未予優(yōu)化刪減，僅適當(dāng)?shù)販p少其監(jiān)測(cè)頻率，以降低監(jiān)測(cè)運(yùn)營(yíng)成本（4）。

6 建議

6.1 加快地面沉降防治立法，為地面沉降防控提供法律保障

目前，有關(guān)地面沉降防治的法律條文散布在《水法》《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》《河南省地質(zhì)環(huán)境保護(hù)條例》等法規(guī)中，迄今還未制定專(zhuān)門(mén)的地面沉降防控法規(guī)和配套管理辦法。隨著河南省地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)逐步建立，相關(guān)部門(mén)應(yīng)盡快制定并實(shí)施《地面沉降防控條例》等法規(guī)和配套管理辦法，確立地面沉降防控工作的法律地位，明確地面沉降防控工作的責(zé)任主體和義務(wù)。

6.2 持續(xù)開(kāi)展地面沉降監(jiān)測(cè)工作，實(shí)時(shí)掌握地面沉降動(dòng)態(tài)變化

斷續(xù)、短歷時(shí)的監(jiān)測(cè)資料難以支撐地面沉降規(guī)律研究和科學(xué)開(kāi)展地面沉降防治活動(dòng)，應(yīng)當(dāng)持續(xù)開(kāi)展地面沉降監(jiān)測(cè)工作，實(shí)時(shí)掌握地面沉降動(dòng)態(tài)變化，為地面沉降發(fā)育規(guī)律研究以及地面沉降防控措施設(shè)計(jì)提供科學(xué)翔實(shí)的依據(jù)。

6.3 實(shí)施水資源科學(xué)調(diào)度，優(yōu)化地下水開(kāi)采布局

初步研究表明，過(guò)量開(kāi)采地下水導(dǎo)致水位下降是誘發(fā)地面沉降主要因素之一，實(shí)施水資源科學(xué)調(diào)度，調(diào)控地下水開(kāi)采布局則為防控地面沉降的主要手段。

一是優(yōu)化地下水開(kāi)采層位;二是地下水人工回灌與含水層修復(fù)，通過(guò)深井、古河道等將地表水灌入地下含水層， 抬高地下水位;三是加大地表水使用效率，減少地下水開(kāi)采量。

6.4 合理規(guī)劃工程布局，強(qiáng)化防沉措施應(yīng)用

一是合理規(guī)劃高層建筑分布區(qū)，酌情降低高層建筑的集聚度;二是改變高層建筑的基坑降水措施，不用或少用管井和井點(diǎn)等降水措施;三是采用樁基礎(chǔ)建設(shè)，樁基應(yīng)穿過(guò)高壓縮地層，樁尖持力層盡可能選擇低壓縮、堅(jiān)固穩(wěn)定的地層。

7 結(jié)語(yǔ)

本研究在綜合分析開(kāi)封市GPS監(jiān)測(cè)、水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、分層標(biāo)體系監(jiān)測(cè)、地下水位變化等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，討論了地面沉降影響因素，結(jié)合開(kāi)封市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了優(yōu)化建議。根據(jù)本研究結(jié)果，最終在祥符區(qū)城區(qū)和所轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)重點(diǎn)增設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在市區(qū)主要沉降區(qū)域加密布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在原有監(jiān)測(cè)網(wǎng)局部點(diǎn)位間距較長(zhǎng)區(qū)域增設(shè)中間點(diǎn)，共計(jì)新增了52個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)更加完備合理。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-07-01

作者簡(jiǎn)介：徐郅杰（1982-），男，漢族，碩士，工程師，研究方向?yàn)樗牡刭|(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)。