精密水准测量在区域地面沉降监测中的应用

1 精密水准测量在区域地面沉降监测中的作用

建设区域性的地表沉陷监测体系，对发现地表沉陷问题，进行有效的预防和治理具有重要的意义。区域地表塌陷是一种隐蔽而渐进的过程，在早期往往难以被发现，而当其发展到一定程度时，将对地下管道和建筑产生难以弥补的损害。在此基础上，采用高精度的水准测量方法，对地表进行长周期的观测，对地表的细微变化进行监测，可以对地表的沉降进行预警。该体系主要包括监测参考网、监测设备和数据处理中心三部分。作为地面沉降监测的参照基准，参考网一般按水平路径布置，并形成具有某些共通性的水平网络。测绘设备以高精度水平仪、水平仪等为主要手段，以获得地表高度资料为目的。资料处理中心主要完成资料的处理与分析，并经调整、运算等方式，判断出地表沉陷状况。该系统按规定的观测时段收集资料，并按国家一级、二级水准标准规定进行测量，并对野外观测资料的质量进行严格的控制。在此基础上，通过定期监测与资料分析，识别因站点沉降导致的地表沉降差异，进而精确把握地表沉降的时空演变规律，为制定科学防控对策提供理论支撑。

2 精密水准测量的观测方法与要点

2.1 仪器检验与校正

在高精度水准测量中，水准尺、水准尺的检查与修正是非常重要的，它的好坏将会对工程成果产生很大的影响。水准水准的检查，须先确定水准的夹角，一、二等水准水准之水准水准，依我国水准标准及工程测量规范，其水准水准之角值不得大于 15 英寸，若超过此数值，必须修正。在检测中，可以在平面上设定一定的间距，对两个点进行观察，得到 I 角度的数值。检查水平仪时，要检查水平仪的刻度是否准确，尺身是否垂直。对水平仪的零差值，可以通过与已知标准尺的对比来验证。对于检查改正的时间，建议在每一次测量之前做一次倾斜角度的检查，并对水准尺进行定期的全面检查。注意事项主要有：检测应在平稳的环境下进行，不受外部因素的影响；在校准时，要严格遵循使用说明书，以保证测量结果的准确性。

2.2 观测步骤与规范

高精度水准的观察程序是严格、标准的。首先要进行平面网的设计，网的形态应按水平断面的形式进行布置，并把多条线路组合在一起，形成一个平面网，使其具有一定的共通点。在此基础上，根据监测重点来确定观测时段。布设观测点时，应选择坚实稳定的地面，将水平仪安放于三角架上，并严格对中和调平。为了减小误差，前、后视距离应该尽可能的一致。每个区间往返测站数量均为偶数。在使用数码平尺时，应遵循观察点的指示。为了防止观测次序的混淆，在测量过程中，常采取“盯人观测”的方式，而不是更换仪器。在观察时，应对视距、前后视距差、视高差和各项读数的差值进行严格的控制，使之达到精度要求。回差、交会和环合误差要满足国家一级、二级水准的要求。

2.3 误差控制与消除

在高精度水准测量中，存在着多种误差源。水准尺的安装问题，会造成读数的误差，如果不是竖直的，或者是不牢固的，都会造成测量的误差。由于气温的改变，将对水准仪及水平仪的长度产生一定的影响，从而造成测量误差。另外，观察者的使用习惯、技术水平等都会对测试结果造成一定的影响。为了控制并消除这些误差，在测量之前，应先确定水准尺的垂直度，并将其紧固。为避免因温度的改变而造成的误差，在观察之前，应先将仪器放置在工作条件下 30 分钟，以适应周围的温度。为了减小对焦的调整误差，对同一台站的观测不应重复进行。利用来回观测方式，调换水准尺，使来回测的次序颠倒，可以有效地减少或消除仪器倾角对资料品质的影响。同时，要把好野外观测资料的质量关，保证各水准线回交的闭合差满足设计要求。

3 精密水准测量在不同区域的应用案例

3.1 城市区域监测

天津市是一个典型的城市，同时也是一个交通运输中心，城镇化速度很快，导致了地表塌陷问题比较严重。为了对地面沉降进行有效的监测，天津市已建成了一套完整的地面沉降监测网络。在此基础上，布设多个基准点，构成附加水准线路，构成水准网，保证有充分的共通点供平差计算。在资料收集上，根据国家一级、二级水准标准，采用高精度水准尺、水准尺定期测量。为了提高观测的精度，必须严格遵守观测规程，采取往返观测和偶测站观测等方法。每一次观测结束后，都要将资料及时传送到资料处理中心。数据处理中心负责对所收集到的资料进行严密的核对和误差计算。在此基础上，对各基准点的高程进行了比较，并对各基准点的高程进行了比较，从而得出了地表沉降的幅度、速度及趋势。通过对天津市一些地区的资料进行分析，得出了一些地区因过量开采地下水及大量城镇建设而引起的地表沉陷问题。该项目的实施将为城市的规划、施工提供有力的依据。在城市规划中，应依据地表沉陷状况，对城镇空间布局进行适当的调整，并尽量避免重大基础设施的修建。在工程实施中，根据工程监测资料，根据工程实际情况，对地基进行加固，调整地基基础，以保证结构的安全与稳定。

3.2 资源开发区域监测

山西省大同市是一个以煤炭为主的大矿区，由于长期的煤矿开采，地表塌陷现象比较严重。在这一地区，高精度水准测量起到了至关重要的作用。在大同市，在矿区及其周围，布设了多个水准基准点，构成了一张覆盖面较广的监测网。它是对地表沉降进行精确监测的重要依据。在此基础上，对每一水准点的高程进行了分析，得出了每一水准点的高程资料。经过长时间的监测与资料积累，可以清楚地把握地表沉陷的演变规律。通过对资料的分析，得出了煤矿开采对地面沉陷的影响。随着煤矿开采的加深、规模的增大，地表塌陷的面积与程度也随之增大。比如，在煤矿采空区的上部，地表发生了较大的沉陷，产生了地表开裂和房屋倾斜等问题。监测成果可为合理开发利用资源提供科学依据。煤矿企业通过监测资料，及时调整生产计划，尽量不在塌陷较大的地段进行生产，降低对周围环境及建筑的影响。同时，政府应根据监测结果，加强对煤矿生产的监督管理，制订合理的煤矿资源开发计划，以达到经济发展和环境保护相结合的目的。

结语：

因此，在区域性地面沉降监测中，高精度水准具有不可替代的地位。本项目的研究成果将为我国建设一套有效的地表沉降监测体系，指导工程建设，资源开发决策，以及地表塌陷治理与生态修复，具有重要的理论意义与实用价值。本项目所提出的度量方法，已在城区、资源开发地区等多个场景中得到了验证。因此，本项目拟通过对该方法的改进，提升其在城市建设、资源开发、环保等方面的应用，为我国的可持续发展做出更大的贡献。

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