蔡田露，盧 毅，劉明遙，龔緒龍

(1.自然資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210049；2.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210049)

0 引 言

地面沉降是一種緩變性、不可逆的地質(zhì)災(zāi)害，是城市化進(jìn)程中普遍存在的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，已成為影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大不利因素(武健強(qiáng)等,2014)。地面沉降會(huì)造成城市內(nèi)澇、建筑物開(kāi)裂、路基下沉、市政基礎(chǔ)設(shè)施破壞等現(xiàn)象(于軍等,2012)。目前，全國(guó)有50余個(gè)城市120多個(gè)地區(qū)出現(xiàn)了不同程度的地面沉降,累計(jì)地面沉降量>200 mm的地區(qū)超過(guò)8萬(wàn)km2，其中長(zhǎng)江三角洲、華北平原和汾渭盆地是我國(guó)目前地面沉降的三大重點(diǎn)片區(qū)(中華人民共同和國(guó)土資源部等,2012)。2012年2月20日，隨著《全國(guó)地面沉降防治規(guī)劃》(2011—2020)的頒布實(shí)施，標(biāo)志著國(guó)家層面的地面沉降防治工作全面展開(kāi)(袁銘等,2016)。

1 江蘇沿海地區(qū)地質(zhì)環(huán)境基本特征

江蘇沿海地區(qū)包括連云港、鹽城、南通3市，陸域面積3.26萬(wàn)km2。地處海陸交互地帶，地質(zhì)條件復(fù)雜，受長(zhǎng)江、淮河、黃河與黃海相互作用沉積，形成以廣袤濱海平原為主的地貌形態(tài)，成陸時(shí)間較晚，地質(zhì)環(huán)境相對(duì)脆弱。研究區(qū)地下水空間分布很不均勻，具有較明顯的地區(qū)性特征。其中，分布范圍最廣、開(kāi)采利用程度最高的是埋深<600 m的松散巖類(lèi)孔隙含水層組，其含水層次多，厚度變化大，水質(zhì)多樣，富水性不一，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。

全區(qū)主要開(kāi)采層為第Ⅲ承壓含水層，該含水層組頂?shù)装宸植驾^為穩(wěn)定，隔水性良好，水質(zhì)較好，地層屬于第四系下更新統(tǒng)(Qp1)，主要為河湖、河流相沉積物。含水層巖性大多為灰至灰黃色含礫中粗砂、粗砂、中細(xì)砂、細(xì)砂等。

含水層頂板埋深在連云港地區(qū)多<100 m，鹽城地區(qū)多在100～200 m之間，鹽城市區(qū)>200 m，南通地區(qū)海門(mén)—通州—如皋一線以東頂板埋深>200 m，以西<200 m。含水層厚度自北向南、自西向東逐漸增厚，在連云港地區(qū)多為0～20 m，灌南一帶>40 m；鹽城地區(qū)一般為20～40 m，濱海—阜寧—建湖一線以西含水層厚度多為0～20 m，南通地區(qū)普遍在40～60 m之間，沿海岸帶及沿江帶局部較薄，為20～40 m，全區(qū)最厚處位于海安—弶港一帶，厚度>80 m。

2 江蘇沿海地面沉降歷史及現(xiàn)狀

通過(guò)收集研究區(qū)歷史水準(zhǔn)路線(1985年、2003—2010年、2012—2013年測(cè)量的Ⅰ臨無(wú)線、Ⅱ連六線、Ⅱ通六線等)，結(jié)合區(qū)域主采層地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料(《連云港、南通、鹽城、泰州1980—2012年地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)年報(bào)》《長(zhǎng)江三角洲地區(qū)(長(zhǎng)江以北)環(huán)境地質(zhì)綜合調(diào)查評(píng)價(jià)》)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，江蘇沿海地區(qū)地面沉降發(fā)生于20世紀(jì)80年代，至2016年，累計(jì)沉降量>200 mm的漏斗面積近1.4萬(wàn)km2，形成灌河沿岸—濱?！穼帯}城—大豐、射陽(yáng)、如東及南通—海門(mén)4個(gè)大型區(qū)域沉降漏斗(圖1)。堆溝港鎮(zhèn)—雙港鎮(zhèn)、響水、阜寧、鹽城、大豐的沉降最為嚴(yán)重，累計(jì)沉降量均>500 mm，最大沉降中心位于大豐海豐農(nóng)場(chǎng)，累計(jì)沉降量>700 mm。

圖1 江蘇沿海地區(qū)1985—2016年累計(jì)地面沉降量Fig.1 Accumulated land subsidence in Jiangsu coastal area from 1985 to 2016

2016年以后，隨著地下水禁采工作的逐步推進(jìn)，原采水型地面沉降重災(zāi)區(qū)的鹽城北部—連云港南部地區(qū)地面沉降速率明顯減緩。其中，燕尾港、堆溝港等地區(qū)甚至出現(xiàn)小范圍的地面抬升現(xiàn)象，地下水位也出現(xiàn)回升，超采區(qū)域大部分回升至限采水位紅線(25 m)以上。

但是，沿海部分開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)連云港連云新城、徐圩新區(qū)，鹽城的濱海港區(qū)、大豐港區(qū)，南通洋口港區(qū)、通州灣圍填區(qū)、呂四港區(qū)均出現(xiàn)較為嚴(yán)重的地面沉降，年平均沉降量達(dá)到30 mm，部分沉降中心沉降速率>50 mm/a(圖2)，對(duì)區(qū)域內(nèi)的重大工程建設(shè)安全、港口建設(shè)與運(yùn)行等方面產(chǎn)生威脅。同時(shí)，海平面的逐年上升(平均上升速率為2.2 mm/a)加劇地面沉降帶來(lái)的災(zāi)害，如何建立并優(yōu)化地面沉降立體監(jiān)測(cè)還需要開(kāi)展諸多工作。

圖2 江蘇沿海地區(qū)2017—2019年地面沉降速率Fig.2 Land subsidence rate in Jiangsu coastal area from 2017 to 2019

3 江蘇沿海地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

雖然江蘇沿海地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)起步較晚，鹽城、連云港地區(qū)在2012年前基本未開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的地面沉降調(diào)查，亦未建立地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(張杏清等,2015)，但在《全國(guó)地面沉降防治規(guī)劃》及《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》持續(xù)推進(jìn)的背景下，結(jié)合地面沉降和地下水開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀、區(qū)域地質(zhì)條件和沿海開(kāi)發(fā)布局，江蘇沿海三市逐漸建成了以基巖標(biāo)分層標(biāo)為基準(zhǔn)、水準(zhǔn)路線為骨架(圖3)、GPS點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)(圖4)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)為補(bǔ)充(圖5)、InSAR影像全覆蓋的立體地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)匯集點(diǎn)、線、面多種監(jiān)測(cè)方法，建立了天空-地表-地下多維監(jiān)測(cè)視角，包含地面沉降態(tài)勢(shì)掌控及成因機(jī)理研究?jī)纱蟊O(jiān)測(cè)目的，覆蓋范圍廣、手段多樣、精確度高，基本實(shí)現(xiàn)了區(qū)域地面沉降的動(dòng)態(tài)全監(jiān)測(cè)。具體組成情況如表1。

圖3 江蘇沿海地區(qū)水準(zhǔn)路線分布圖Fig.3 Leveling line monitoring network in Jiangsu coastal area

圖4 江蘇沿海地區(qū)地下水GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)Fig.4 GPS monitoring network of underground water in Jiangsu coastal area

圖5 江蘇沿海地區(qū)地下水自動(dòng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)Fig.5 Automatic monitoring network of underground water in Jiangsu coastal area

表1 江蘇沿海地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)組成Table 1 Land subsidence monitoring network structure in Jiangsu coastal area

4 江蘇沿海地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

4.1 地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用特征

4.1.1 水準(zhǔn)測(cè)量 作為地面沉降監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)手段，水準(zhǔn)測(cè)量法相對(duì)成熟、規(guī)范，成果數(shù)據(jù)精度高、可靠性強(qiáng)，一直是地面沉降發(fā)育嚴(yán)重地區(qū)的首選監(jiān)測(cè)手段。然而，由于觀測(cè)周期長(zhǎng)、工作量大、易受氣候及交通等因素影響，測(cè)量成本普遍較高。同時(shí)，水準(zhǔn)點(diǎn)位大多沿公路布設(shè)，極易受周?chē)煌ê徒ㄔO(shè)環(huán)境干擾，相對(duì)不易保存。

從成果應(yīng)用來(lái)看，水準(zhǔn)測(cè)量屬于點(diǎn)-線式監(jiān)測(cè)方法，其成果數(shù)據(jù)對(duì)于地面沉降重點(diǎn)區(qū)監(jiān)測(cè)具有很強(qiáng)的把控能力，但宏觀上并不足以把握全域性地面沉降態(tài)勢(shì)。

4.1.2 基巖標(biāo)分層標(biāo)測(cè)量 基巖標(biāo)分層標(biāo)測(cè)量是把控區(qū)域地面沉降精度不可或缺的手段，是地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)的重要組成部分?；鶐r標(biāo)是埋設(shè)在穩(wěn)定基巖上的水準(zhǔn)點(diǎn)，通?？勺鳛樗疁?zhǔn)路線的起算點(diǎn)，在覆蓋有松散地層的區(qū)域內(nèi)可以更準(zhǔn)確地測(cè)定地面沉降量，進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量精度的把控。分層標(biāo)組是埋設(shè)在覆蓋層各不同土層中的標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)與組內(nèi)各標(biāo)點(diǎn)的聯(lián)測(cè)，得到不同土層的壓縮、膨脹量，從而監(jiān)測(cè)不同深度土層的變形情況，分析地面沉降影響因素及成因機(jī)理。但由于標(biāo)組建設(shè)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，因此通常僅布設(shè)在地面沉降漏斗中心區(qū)，組網(wǎng)密度低，監(jiān)測(cè)成果以單點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的全覆蓋。

4.1.3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè) 江蘇沿海地區(qū)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要來(lái)自靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及工程分層沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三大方面。其中，靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)獲取各分層標(biāo)的標(biāo)高變化來(lái)輔助人工水準(zhǔn)測(cè)量，利用連通液的原理，通過(guò)測(cè)量不同儲(chǔ)液罐的液面高度得到各個(gè)靜力水準(zhǔn)儀豎直方向的差異沉降(圖6)；地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及工程分層沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則分別通過(guò)各含水層水位變化和淺表軟土的分層沉降數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測(cè)區(qū)域地面沉降影響因素(圖7)。

圖6 徐圩分層標(biāo)沉降量數(shù)據(jù)曲線(基準(zhǔn)點(diǎn)：2017-09-04)；Fig. 6 Settlement amount curve of Xuwei layerwise mark(from September 4,2017)

圖7 徐圩分層標(biāo)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)孔水位Fig.7 Monitoring pore water level of pore water pressure of Xuwei layerwise mark

所有自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集儀，經(jīng)GSM無(wú)線通訊網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端，供用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)查看與下載。長(zhǎng)期測(cè)試表明，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備只要供電穩(wěn)定并維護(hù)到位就可以確保連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的數(shù)據(jù)采集。因此，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是當(dāng)前單點(diǎn)連續(xù)性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的最好手段(何曉業(yè),2006)。

4.1.4 分布式光纖監(jiān)測(cè) 分布式光纖監(jiān)測(cè)較傳統(tǒng)方法最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠連續(xù)、準(zhǔn)確和直觀地測(cè)出光纖沿線任一點(diǎn)的應(yīng)變情況(盧毅等,2014)，同時(shí)光纖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工和維護(hù)方便，性價(jià)比很高(圖8)。從使用情況看，光纜封裝材料的改進(jìn)與施工工藝的完善已極大程度提升了傳感光纜的成功率，但由于其監(jiān)測(cè)效果與光纜和地層的耦合程度密切相關(guān)，如何更好地提升傳感光纜的土體耦合性以及自身的應(yīng)變傳遞效率是進(jìn)一步推廣該技術(shù)的關(guān)鍵(盧毅等,2016)。

圖8 徐圩地區(qū)光纖孔初始應(yīng)變分布圖Fig.8 Initial strain distribution of the buried depth and fiber holes in Xuwei

4.1.5 GPS監(jiān)測(cè) 相較于發(fā)展較早的平面位置定位優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)GPS對(duì)高程分量的獲取逐漸得到認(rèn)可。與傳統(tǒng)水準(zhǔn)測(cè)量相比，GPS技術(shù)具有觀測(cè)周期短、適合全天候作業(yè)、測(cè)站間無(wú)需通視、儀器操作簡(jiǎn)單、提供三維地心坐標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)(王曉梅等,2003)。因此，GPS監(jiān)測(cè)可以作為初步把握沉降總體發(fā)育形勢(shì)的便捷手段。由于受到氣候、電離層、對(duì)流層、空氣、電磁波、衛(wèi)星狀態(tài)等監(jiān)測(cè)條件干擾和數(shù)據(jù)解算方法的限制，GPS在垂向監(jiān)測(cè)中的精度一般為5～10 mm。對(duì)于沉降速率較小或監(jiān)測(cè)精度要求較高的中心城區(qū)，單一的GPS成果并不能滿足需求。

4.1.6 InSAR監(jiān)測(cè) 合成孔徑雷達(dá)干涉(InSAR)測(cè)量是近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)(周玉營(yíng)等,2017)，在數(shù)據(jù)源良好、數(shù)據(jù)處理精細(xì)的情況下，可達(dá)到毫米級(jí)的監(jiān)測(cè)精度(圖9)。

圖9 2019年灌南亞邦新村養(yǎng)殖場(chǎng)InSAR監(jiān)測(cè)成果(a)與中心點(diǎn)時(shí)序變化曲線(b)Fig.9 InSAR monitoring results (a)and time series curve of central point in a livestock farm (b)in the New Yabang Village of Guannan in 2019

InSAR監(jiān)測(cè)具有很強(qiáng)的時(shí)效性，可在短時(shí)間內(nèi)獲取大范圍的地面沉降信息，且監(jiān)測(cè)過(guò)程不受天氣等外界環(huán)境因素制約，自動(dòng)化程度高，在沉降資料匱乏的地區(qū)不失為高效率、高精度獲取全域地面沉降現(xiàn)狀的最佳方法。同時(shí)，對(duì)于建筑物密集的城市，由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)散射特性穩(wěn)定，可以減少絕大多數(shù)的時(shí)間失相干，因此在城市地面沉降監(jiān)測(cè)中得到了良好的應(yīng)用和推廣。

從監(jiān)測(cè)效果來(lái)看，InSAR監(jiān)測(cè)與水準(zhǔn)測(cè)量、GPS測(cè)量總體趨勢(shì)一致，特別是影像分辨率在5 m以上的高分辨率InSAR監(jiān)測(cè)，其反演精度可以達(dá)到5 mm左右，已逐漸成為地面沉降監(jiān)測(cè)的成熟手段。針對(duì)工程跨地區(qū)、走向不一的重大線性工程(如鹽通鐵路)，亦或地面沉降中心不斷偏移的經(jīng)濟(jì)新區(qū)的沉降監(jiān)測(cè)，InSAR監(jiān)測(cè)因其面上全覆蓋的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)出很強(qiáng)的可行性及實(shí)用性。但是，InSAR監(jiān)測(cè)精度需要積累大量的數(shù)據(jù)作為保證，且缺乏統(tǒng)一的評(píng)定指標(biāo)。此外，對(duì)于冰雪、植被覆蓋區(qū)域，由于目標(biāo)相干性差，也在一定程度上影響了InSAR監(jiān)測(cè)的效果(晏王波等,2017)。

4.2 地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)綜合評(píng)價(jià)

隨著地面沉降影響因素的不斷增加，地面沉降中心不斷變化，單一監(jiān)測(cè)方法已難以實(shí)現(xiàn)全區(qū)地面沉降動(dòng)態(tài)特征的把控。為此，因地制宜地建立一套高效、可靠的立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系成為地面沉降監(jiān)測(cè)優(yōu)化工作的重點(diǎn)。綜合對(duì)比分析江蘇沿海地區(qū)所布設(shè)的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，從監(jiān)測(cè)精度、監(jiān)測(cè)密度、覆蓋范圍、監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)工作量、監(jiān)測(cè)成本等多個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表2)。

表2 地面沉降監(jiān)測(cè)方法綜合評(píng)價(jià)Table 2 Comprehensive evaluation of land subsidence monitoring methods

(1)監(jiān)測(cè)精度方面，雖然自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及光纖監(jiān)測(cè)理論精度較高，但由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)位離散分布，因此傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測(cè)量方法對(duì)于有高精度地面沉降監(jiān)測(cè)需求的區(qū)域仍是不可替代的手段。隨著高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)源的引入，大大提升了InSAR監(jiān)測(cè)的反演精度，使其在如今的地面沉降現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)中具有很大的優(yōu)勢(shì)。

(2)監(jiān)測(cè)頻率方面，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)具備<1 min的數(shù)據(jù)自動(dòng)化獲取頻率，可實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷的地面沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

(3)監(jiān)測(cè)范圍及點(diǎn)位密度方面，InSAR監(jiān)測(cè)是唯一由點(diǎn)構(gòu)面的地面沉降監(jiān)測(cè)方式，可用于空白區(qū)的初探或者高覆蓋面的持續(xù)地面沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

(4)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化程度方面，InSAR監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在數(shù)據(jù)獲取階段人工依賴(lài)度低。

(5)后期的數(shù)據(jù)處理方面，InSAR監(jiān)測(cè)和光纖監(jiān)測(cè)仍處于不斷探索及快速發(fā)展階段，故對(duì)相應(yīng)技術(shù)人員的要求更高。

(6)成本投入方面，因基巖標(biāo)分層標(biāo)建設(shè)涉及鉆探成本，工程分層沉降監(jiān)測(cè)、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及光纖監(jiān)測(cè)則需要開(kāi)挖布設(shè)，水準(zhǔn)測(cè)量及GPS監(jiān)測(cè)需要點(diǎn)位建設(shè)，故前期成本較高。在后期監(jiān)測(cè)使用與維護(hù)方面，精密水準(zhǔn)測(cè)量因工作量巨大導(dǎo)致成本居高不下，InSAR監(jiān)測(cè)所涉及的數(shù)據(jù)編程購(gòu)置費(fèi)用不菲，而光纖監(jiān)測(cè)由于需要昂貴監(jiān)測(cè)設(shè)備的支持，監(jiān)測(cè)成本總體偏高。相比而言，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)屬于1次投入連續(xù)產(chǎn)出的低成本監(jiān)測(cè)方式。

4.3 地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀評(píng)估

綜上，對(duì)于不同因素引起的動(dòng)態(tài)地面沉降現(xiàn)象，多方法融合監(jiān)測(cè)技術(shù)將突破單一方法的局限性，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，提高監(jiān)測(cè)精度，降低監(jiān)測(cè)成本。以江蘇沿海地區(qū)為例，綜合考慮3市的歷史工作程度、自然地理特征、人類(lèi)活動(dòng)狀況、沉降成因機(jī)理等因素，選用不同方法組合，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)效益的最大化。

(1)對(duì)于連云港、鹽城的監(jiān)測(cè)空白區(qū)，首先通過(guò)GPS監(jiān)測(cè)快速掌握地面沉降宏觀態(tài)勢(shì)，再利用InSAR監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步確定沉降漏斗位置，還可以根據(jù)InSAR衛(wèi)星存檔數(shù)據(jù)獲取地面沉降歷史動(dòng)態(tài)信息，研究演化規(guī)律。

(2)對(duì)于鹽城市區(qū)及大豐周邊等歷史重點(diǎn)沉降區(qū)或連云港濱海開(kāi)發(fā)區(qū)，可通過(guò)布設(shè)精密水準(zhǔn)來(lái)提高沉降監(jiān)測(cè)精度。

(3)對(duì)于射陽(yáng)、徐圩等沉降漏斗中心，適當(dāng)布設(shè)1～2組分層標(biāo)，對(duì)于把握分層標(biāo)組周邊地面沉降垂向動(dòng)態(tài)、提高總體監(jiān)測(cè)精度都有良好的效果。

(4)對(duì)于如南通這樣已有一定地面監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)的地區(qū)，可通過(guò)InSAR的面上控制，結(jié)合其他單點(diǎn)測(cè)量手段亦或地面沉降跡象調(diào)查，對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行校核(圖10)。

圖10 江蘇沿海地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)Fig.10 Land subsidence monitoring network in Jiangsu coastal area

4.4 地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與建議

目前，江蘇沿海三市監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)已趨于完善，地面沉降歷史與現(xiàn)狀也基本掌握。在防治地質(zhì)災(zāi)害，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的形勢(shì)下，對(duì)地面沉降的監(jiān)測(cè)與防控工作應(yīng)當(dāng)趨向于常態(tài)化。因此，未來(lái)的工作開(kāi)展必須緊密結(jié)合“三極、一帶、多節(jié)點(diǎn)”的城市空間布局框架，著重關(guān)注重要開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)，全面提升沉降監(jiān)測(cè)的時(shí)效性，對(duì)江蘇沿海地區(qū)的地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化與完善。

4.4.1 調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率 隨著2014年《江蘇省地下水壓采方案》啟動(dòng)的地下水井逐年填封工作的持續(xù)推進(jìn)，近年來(lái)，歷史采水型地面沉降的高發(fā)區(qū)沉降速率明顯趨緩，沉降面積逐漸減小。鹽城陳家港鎮(zhèn)、連云港堆溝港鎮(zhèn)等部分區(qū)域甚至出現(xiàn)小范圍抬升。因此，對(duì)于這類(lèi)地面沉降防控效果良好的地區(qū)，可以適當(dāng)降低水準(zhǔn)測(cè)量、GPS監(jiān)測(cè)等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段的工作頻率，將原本1次/a調(diào)整為2～5年1次，從而減少人力物力的投入。

4.4.2 加強(qiáng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè) 對(duì)于地面沉降速率變化平穩(wěn)但又具備長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)需求的城市發(fā)展中心區(qū)，如鹽城市區(qū)及大豐區(qū)、南通如皋等，可在部分軟土及含水砂層較厚的區(qū)域適當(dāng)增加自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的投入，在保證常態(tài)化監(jiān)測(cè)的同時(shí)降低維護(hù)及運(yùn)行成本。

4.4.3 增加InSAR監(jiān)測(cè) 在連云港徐圩新區(qū)、連云新城，鹽城射陽(yáng)港、南通洋口港、通州灣等新興城區(qū)、港口港城、沿海堤壩亦或圍填海區(qū)域，因存在較厚的淺部欠固結(jié)軟土，在開(kāi)發(fā)程度增加的情況下極易發(fā)生地面沉降，且沉降中心會(huì)隨著工程建設(shè)等人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)移。因此，一些固定點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)方法已不能完全滿足動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的需求，應(yīng)適當(dāng)增加InSAR監(jiān)測(cè)的投入比例，以達(dá)到全域覆蓋的監(jiān)測(cè)效果，并在局部沉降中心區(qū)布設(shè)一等水準(zhǔn)測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

4.4.4 完善成因機(jī)理研究 目前，地面沉降的影響因素已逐漸從單一向混合型轉(zhuǎn)變，而常規(guī)手段測(cè)量出的地表形變信息僅能夠反映沉降的歷史及現(xiàn)狀，并不具備成因?qū)傩?。為了從根本上、源頭上開(kāi)展地面沉降的防治工作，需要在明確區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件、產(chǎn)業(yè)布局等背景下，進(jìn)一步摸清地下水位變化規(guī)律和沉降主要壓縮層等因素。所以，在江蘇沿海地區(qū)的重要開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)及沉降中心區(qū)域應(yīng)持續(xù)開(kāi)展分層標(biāo)測(cè)量、光纖監(jiān)測(cè)、工程分層沉降監(jiān)測(cè)以及地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

例如，在地下水監(jiān)測(cè)工作薄弱區(qū)域或有地下水開(kāi)采需求的局部地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增加地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋密度，特別關(guān)注主采層的地下水位動(dòng)態(tài)變化，以求把握地下水與地面沉降的耦合關(guān)系。在工程建設(shè)集中區(qū)，可布設(shè)多個(gè)工程分層沉降及光纖監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用分層監(jiān)測(cè)的方法，進(jìn)一步確定沉降主要影響層位，分析成因機(jī)理，從而更好地制定地面沉降防治區(qū)劃，提出相應(yīng)的防控措施。

5 結(jié) 論

(1)江蘇沿海地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)歷了一個(gè)從無(wú)到有、從單一方法到多法融合的發(fā)展過(guò)程。截至目前，區(qū)域上已建成由一等水準(zhǔn)、GPS、基巖標(biāo)分層標(biāo)、InSAR、自動(dòng)化、分布式光纖等多技術(shù)融合的立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)地貌條件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，在部分重要節(jié)點(diǎn)增加了地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與工程分層沉降監(jiān)測(cè)，以探索江蘇沿海地區(qū)地面沉降影響因素及占比，基本滿足了地面沉降研究中各個(gè)層次(不同區(qū)域、不同精度、不同土層、不同含水層)的研究需求，不僅填補(bǔ)了區(qū)域地面沉降監(jiān)測(cè)的空白，也為我國(guó)沿海地區(qū)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了參考。

(2)自實(shí)施全區(qū)地面沉降防控措施以來(lái)，大豐及其周邊區(qū)域沉降速率總體得到控制，但由于連云港南部—鹽城北部區(qū)域城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，地面沉降漏斗隨之轉(zhuǎn)移。因此，在今后的監(jiān)測(cè)中，應(yīng)根據(jù)地區(qū)差異性需求來(lái)調(diào)整各監(jiān)測(cè)手段的投入，在滿足監(jiān)測(cè)需求的前提下，優(yōu)先選取自動(dòng)化及物聯(lián)網(wǎng)傳輸設(shè)備，以降低監(jiān)測(cè)成本，節(jié)省人力物力，取得監(jiān)測(cè)效益的最大化，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供詳盡的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

(3)根據(jù)沿海大開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略框架及空間布局，對(duì)于灘涂框圍區(qū)、港口港城的地面沉降監(jiān)測(cè)應(yīng)在今后的工作中加強(qiáng)部署。與此同時(shí)，針對(duì)重大線性工程(如高速公路、鐵路、地鐵、油氣管線等)沿線，在工程前期勘探、中期建設(shè)及后期投入運(yùn)營(yíng)早期應(yīng)適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)頻率，逐步優(yōu)化、完善信息的互聯(lián)互通，構(gòu)建全天候、全方位、高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。