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1、 基于基于GPS的北京近年地面沉降监测研究的北京近年地面沉降监测研究刘严萍，张飞涟，王勇* ，胡乐银(中南大学 土木工程学院，长沙 410075；河北省地震工程研究中心，唐山 063009； 北京市地震局，北京 100080) 【摘摘 要要】北京的地面沉降较为严重，对地面沉降进行科学而及时的监测非常重要。本文利 用北京市20062012年第101110日的14个GPS站点观测资料，借助GAMIT/GLOBK高精度 GPS处理软件，解算得到各个GPS站点垂向分量。在此基础上分析20062012年期间的北 京地面沉降变化特征，并结合20062011年北京水资源公报，对北京地面沉降与地下水情况 进行
2、了分析讨论。总体而言，北京市20062012年期间各GPS站点地面沉降变化趋势与所 在行政区地下水埋深变化基本一致。 【关键词关键词】GPS；地面沉降；监测；GAMIT/GLOBKResearch on recent land subsidence of Beijing by using GPS techniqueAbstract: The land subsidence is serious in our country especially in BeijingIt s becoming urgent to scientific and timely monitoring the land
3、 subsidenceIn recent years，the application of GPS(global positioning system)in the monitoring of the land subsidence became a focus in the academeThis paper focuses on land subsidence spatial and temporal changes based on GPS monitoring data from 2006 to 2012 in Beijing area. Then this paper discuss
4、es the relationship of land subsidence and groundwater conditions, based on data from 2006 to 2011 Beijing Water Resources Bulletin. Overall, for most GPS sites, the groundwater depth change is consistent to ground subsidence trend from 2006 to 2012. Key words: GPS; land subsidence; monitoring; GAMI
5、T/GLOBKLIU Yan-ping, ZHANG Fei-lian, WANG Yong*, HU Le-yin (School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China; Hebei Researching Center of Earthquake Engineering, Tangshan 063009, China; Earthquake Administration of Beijing Municipality,Beijing 1000382, China)1 引言引言北京平原区地
6、面沉降仍处于快速发展时期，地面沉降严重区域面积不断扩大，对城市 发展建设影响日益明显【1】。常规水准测量很难符合监测工作时效性强的特点，适宜小范 围监测。GPS具有定位速度快、全天候观测、数据自动采集与传输、测站之间无通视要求 等诸多特点，诸多研究表明，GPS观测技术用于监测地面沉降是可行的【29】。北京2015年 地面沉降防治的目标是，区域地面沉降速率控制在每年25mm以内，沉降中心沉降速率控制 在每年45mm以内。对地面沉降进行科学而及时的监测非常重要。本文利用北京市全球卫星 定位综合应用服务系统20062012年的GPS观测资料，获取各GPS站点垂向的速度场，分 析20062012年期间
7、北京市地面沉降变化特征；结合20062011年北京水资源公报，对北京 地面沉降与地下水情况进行讨论。2 地面沉降数据解算与分析地面沉降数据解算与分析2.1 基线解算基线解算通过 IGS 下载同期 BJFS（房山）以及我国及周边国家的 8 个 IGS 国际跟踪站 （SHAO、LHAZ、XIAN、WUHN、URUM、KUNM、IRKT、KIT3）资料。GPS 数据处 理利用 GAMIT/GLOBK 软件，采用 IGS 提供的精密星历，以 ITRF05 框架为参考框架，解 算模式为基线解，以天为单位解算。9 个 IGS 国际跟踪站在 ITRF05 坐标框架下坐标作为基 准点的起算坐标。利用 GAMI
8、T 对 20062012 年各年第 101110 日观测资料进行基线解算， 解算精度为 mm 级，相对精度为 10-9。2.2 监测网平差监测网平差利用GLOBK进行网平差，点位精度平面优于2mm，高程优于5mm，具有较高精度，满 足监测mm级沉降变形的精度要求。取各GPS站点20062012年第101110日的垂向坐标的 均值作为该站当年的垂向坐标。以2006年GPS站点垂向坐标为初始值，计算20072012年各 年较前一年的沉降速率，如图1（af） 。（a）20062007 北京 GPS 台站垂向运动速率分布图 （b）20072008 北京 GPS 台站垂向运动速率分布图（c）200820
9、09 北京 GPS 台站垂向运动速率分布图 （d）20092010 北京 GPS 台站垂向运动速率分布图 （e）20102011北京GPS台站垂向运动速率分布图 （f）20112012北京GPS台站垂向运动速率分布图图 1 20062012 年各年北京 GPS 台站垂向运动速率分布图2.3 20062012 年年 GPS 垂向运动速度分析垂向运动速度分析20062012年期间，大部分GPS站高程方向均出现下沉。累计沉降量最大的是DSQI(东 三旗)站，达到500mm，NLSH(牛栏山)站累计沉降达到120mm，CHAO (朝阳)站点 20082012年的累计沉降量达到177mm。 在此期间，D
10、SQI(东三旗)沉降速率分别为 51mm、102mm、73mm、106mm、68mm、126mm，CHAO (朝阳)站点20082012年的年沉 降变化为52mm、33mm、25mm、67mm，两个站点的沉降均有有逐年加大的趋势。DAXN (大兴)、MYUN(密云)、NLSH(牛栏山)、XIJI(西集)等站点存在较大沉降，约 1020mm/a；YANQ(延庆)、NKYU (牛口峪)、THKO(汤河口)沉降速率较小；BJFS(房山)、 CHPN (昌平)、SHIJ(石景山) 、ZHAI(斋堂)沉降不明显。3 北京地面沉降与地下水情况分析与讨论北京地面沉降与地下水情况分析与讨论地面沉降的自然因素包
11、括新构造运动和固结沉降等；人为因素包括地下水超采和工程 建设等。近年北京地面沉降的主要因素是地下水开采而导致的地下水水位变动【1】。从地下 水水位的变化来看，如果一个地区的地下水水位持续在下降，也就是说和该区历史上的地 下水水位相比，不断在下降，那么这个区域就存在超采现象。3.1 各各 GPS 站点地面沉降情况与地下水埋深分析站点地面沉降情况与地下水埋深分析由于各GPS站点对应的地下水监测数据不可得，本文借助于20062011年北京各行政 区地下水埋深数据来分析各GPS站点沉降情况与所属行政区地下水开采的关系。 从北京市水务局发布的水资源20062011年公报，取20062011年各行政区地下
12、水埋 深数据，见图2（ae） 。（a）2011年与2010年不同行政区地下水埋深比较 (b) 2010年与2009年不同行政区地下水埋深比较 （c）2009年与2008年不同行政区地下水埋深比较 (d) 2008年与2007年不同行政区地下水埋深比较(e) 2007年与2006年不同行政区地下水埋深比较图2 20062011年不同行政区地下水埋深比较总体而言，北京市20062012年期间各GPS站点地面沉降变化趋势与所在行政区的地 下水埋深变化基本一致： DAXN (大兴)所在行政区2010年地下水埋深较2009年回升。蠕变变形的存在，表现出 明显的滞后特征，即使地下水位上升阶段，土层仍持续压
13、缩。地下水位回升地区，只能在 一定程度上减缓地面沉降发展速度。 从2006年开始到2012年，DSQI(东三旗)所在的昌平区地下水埋深一直下降，这和东三 旗GPS监测的地面沉降一直呈下降趋势是一致的。 NLSH(牛栏山)所在顺义区的地下水埋深2007年较2006年有较大下降，2008年与2007年通 州大 兴房 山门 头 沟昌 平顺 义延 庆怀 柔密 云平 谷城 近 郊全 市0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.00埋深（m）通 州大 兴房 山门 头 沟昌 平顺 义延 庆怀 柔密 云平 谷城 近 郊全 市1980年末2010年末2011年末
14、通 州大 兴房 山门 头 沟昌 平顺 义延 庆怀 柔密 云平 谷城 近 郊全 市0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.00埋深（m）通 州大 兴房 山门 头 沟昌 平顺 义延 庆怀 柔密 云平 谷城 近 郊全 市1980年末2009年末2010年末通 州大 兴房 山门 头 沟昌 平顺 义延 庆怀 柔密 云平 谷城 近 郊全 市0510152025303540埋深（m）通 州大 兴房 山门 头 沟昌 平顺 义延 庆怀 柔密 云平 谷城 近 郊全 市1980年末2008年末2009年末0510152025m城 近 郊通州大兴房山门 头 沟昌平顺
15、义延庆怀柔密云平谷全市2000年末1999年末1980年末0510152025303540埋 深 (m)通 州大 兴房 山门 头 沟昌 平顺 义延 庆怀 柔密 云平 谷城 近 郊全 市1980年末2007年末2008年末持平，2009年较2008年下降，2011年和2010年持平，这与地面沉降趋势基本一致。 BJFS（房山）在2007年出现水位回升，这和地面沉降2007年2008年基本持平一致； 2008年房山水位出现回升，地面沉降继续下沉。3.2 北京北京 20062011 年水资源及供水情况与地面沉降发展分析年水资源及供水情况与地面沉降发展分析表1 20062011年北京水资源统计表10年
16、度200620072008200920102011年平均降水量/mm448499638448524552年末地下水平均埋深/m21.5222.7922.9224.0724.9224.94水资源总量/亿m322.0723.8134.2121.8423.0826.81总用水量/亿m334.334.835.135.535.236.0表2 20062011年北京地下水供水情况统计表10年度200620072008200920102011地下水供水量/亿m324.3424.1822.921.821.220.9地下水供水百分比/%717065626159从北京市水务局发布的水资源20062011年公报来看，近年来北京大部分年平均降水 量和水资源总量低于多年平均量，各年用水量不断加大，作为主要供水水源的地下水位埋 深不断下降。自2011年
