基于GPS的北京近年地面沉降监测研究.doc

基于GPS的北京近年地面沉降监测研究刘严萍①，张飞涟①，王勇给，胡乐银③(①中南大学土木工程学院，长沙410075；②河北省地震工程研究中心，唐山063009；③北京市地震局，北京100080)【摘要】北京的地面沉降较为严里，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2006〜2012年第101-110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2006〜2012年期间的北京 地面沉降变化特征，并结合2006〜2011年北京水资源公报，对北京地而沉降与地下水情况进 行了分析讨论总体而言，北京市2006〜2012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】GPS；地面沉降；监测；GAMIT/GLOBKResearch on recent land subsidence of Beijing by using GPStechniqueAbstract: The land subsidence is serious in our country especially in Beijing. Its becoming urgent to scientific and timely monitoring the land subsidence. In recent years, the application of GPS(global positioning system)in the monitoring of the land subsidence became a focus in the academe. This paper focuses on land subsidence spatial and temporal changes based on GPS monitoring data from 2006 to 2012 in Beijing area. Then this paper discusses the relationship of land subsidence and ground water 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; GAMIT/GLOBKLIU Yan-pingZHANG Fei-lian r，, WANG Yong二 HU Le-yin ：(①School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, Chi幽 Hebei Researching Center of Earthquake Engineering, Tangshan 063009, China;③ Earthquake Administration of Beijing Municipality,Beijing 1000382, China)1引言北京平原区地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⑴。

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血沉降是可行的［291 o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以内对地而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2006〜2012年的GPS观测资料，获取各GPS站点垂向的速度场，分析2006〜 2012年期间北京市地血沉降变化特征；结合2006~2011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 2.1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GAMITX、j 2006〜2012年各年第101〜110 口观测资料进行基线解算，解算精 度为mm级，相对精度为IO%2.2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2006〜2012年第101〜110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2007〜2012年各年较前一年的沉降速率，如图1(a~f)b) 2007-2008北京GPS台站垂向运动速率分布图(a) 2006-2007北京GPS台站垂向运动速率分布图(c) 2008-2009北京GPS台站垂向运动速率分布图(d) 2009〜2010北京GPS台站垂向运动速率分布图（e） 2010〜2011北京GPS台站垂向运动速率分布图（f） 2011〜2012北京GPS台站垂向运动速率分布图图1 2006〜2012年各年北京GPS台站垂向运动速率分布图2.3 2006〜2012年GPS垂向运动速度分析2006〜2012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2008〜2012 年的累计沉降量达到177mm。

在此期间，DSQI（东三旗）沉降速率分别为51mm、102mm、73 mm、106mm、68 mm、126mm, CHAO （朝阳）站点2008~2012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（四集）等 站点存在较大沉降，约10〜20mm/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地面沉降的自然因素包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⑴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GPS站点地面沉降情况与地下水埋深分析山于各GPS站点对应的地下水监测数据不可得，本文借助于2006〜2011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2006〜2011年公报，取2006〜2011年各行政区地下水埋深 数据，见图2 （a~e）□ 】wo年末(82皿年末B30U年末n0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00□ 1980年末 口209年末 口 2010年末II V迥人房 头 昌侦还怀密、r 近全册兴山构 y 义庆梁云谷邓市(a) 2011年与2010年不同行政区地下水埋深比较□ 1980年末 □ 2008年末 B 2009年未(c) 2009年与2008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(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 2006〜2011年不同行政区地下水埋深比较总体而言，北京市2006〜2012年期间务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年叵I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-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 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—•致；2008 年房山水位出现升，地面沉降继续下沉3.2北京2006〜2011年水资源及供水情况与地面沉降发展分析表1 2006〜2011年北京水资源统计表的年度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n?22.0723.8134.2121.8423.0826.81总用水量/亿n?34.334.835.135.535.236.0表22006〜2011年北京地下水供水情况统计表州年度200620072008200920102011地下水供水量/亿m324.3424.1822.921.821.220.9地下水供水TT分比/%717065626159从北京市水务局发布的水资源2006〜2011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5月以来，北京人均水资源量已限制到100立方米以下，不足国际公认的缺 水警戒线人均1000立方米的十分之一地下水开采与需求的矛盾日益鲜明4结论本文基于北京市2006〜2012年的GPS观测资料，结合同期北京市水资源公报研究发现大 部分站点均处于下沉趋势且东三旗沉降速度加大；所在行政区地下水位基本处于持续下降状 态；地下水位P1升地区，在一定程度上减缓地而沉降发展速度一方而是地而沉降的不断发 展，一方面用水需求不断增加、水资源总量低于多年平均量及地下水位的不断下降，用水需 求、地下水开采与控沉之间的矛盾日益尖锐地面沉降监测数据的积累与分析，有助于地面 沉降模型的科学建立，从而进一步研究以尽可能少的地面沉降量作为约束条件，建立地下水 管理模型以确定地下水的合理开采量参考文献[1] 杨艳，贾三满，王海刚.北京平原区地面沉降现状及发展趋势分析[J].上海地质.2010,31 (4)。