CORS站网地质环境灾害监测 与高程基准动态实现 章传银 王伟 蒋涛 柯宝贵
中国测绘科学研究院 二○一七年九月
1
主要内容
1
形变监 测方法
CORS站网形变监测方法
2
地质灾 害监测
地质环境灾害监测分析
3
水资源 监测
水资源环境变化监测分析
4
基准一 体化
高程基准动态实现与维持
2
1
形变监 测方法
CORS站网形变监测方法
灾害发生后的2012年7月， 地壳垂直形变和地面重力 变化逐渐恢复常态。
地面重力变化
10
地质
2 灾害 CORS站网地质环境灾害监测原理
监测
地面向上抬升
地面重力减小
地面垂线偏差发散 （变化方向由内向外）
地面高程变化梯度较大 （梯度方向由内向外）
地面重力变化梯度较大 （梯度方向由外向内）
任一种情况出现 导 致
94.8 -112.6 1.0 19.2 7
1
形变监 测方法
CORS站网垂直形变监测能力评估
时间
CORS站网时空连续 中国地壳运动网络 的大地高变化mm 复测大地高变化
跨度
大地高变化 互差mm
最大 最小 平均 标准差 最大 最小 平均 标准差 最大 最小 平均 标准差
2.5 201304减
去201103 15.9 0.5 4.6 2.6 29.5 -19.4 5.8 8.1 10.5 -4.7 -源自.05.7 -10.9 0.6
2.3
9
地质
2 灾害 地质环境灾害监测分析
监测
2012年5月至6月三峡库区奉节滑坡灾变过程监测
地壳垂直形变
2012年4月至5月，滑坡灾 害点附近地面向上抬升达到 30mm ， 重 力 减 小 超 过 80μGal，地面稳定性降低， 诱导滑坡灾害发生。
参考历元：2012年3月
60.1
50.6 -68.4 16.7 19.6
201309减 去201304 151.1 -23.1 4.8 14.1 138.8 -30.1 6.4
32.3
34.8 -47.5 -38.7 9.0
201504减 去201309 124.4 -57.4 -0.0 10.6 43.3 -19.4 1.3 12.63
地面稳定性减弱 易诱发地质灾害
11
地质
2 灾害 CORS站网地质环境灾害监测分析实例
监测
2013年5至7月三峡库区地质灾害灾变过程跟踪监测
地壳垂直形变
地质灾害事件
地面重力变化
垂线偏差变化
12
地质
2 灾害 CORS站网地质环境灾害监测分析实例
监测
地面稳定性变化监测
动力环境异常激发
序号
灾害发 生时间
地壳垂直形变
26座CORS站连续观测
参考历2元01：1 2010年112月012
2013
时间跨度：2011年1月至2015年6月
2014
格网分辨率2ʹ×2ʹ，有效空间分辨率10~20km
2015
4
1
形变监 测方法
三峡地区重力场变化连续监测
2地01面1 重力变化2012
2013 垂线偏差20变14化 2015
5
1
形变监 测方法
三峡地区大地水准面形变连续监测
大地水准面形变(变化)
2011
2012
2013
2014
2015
6
1
形变监 测方法
与GRACE重力卫星监测结果对比
CORS站网监测的地面重力变化
GRACE监测的地面重力变化
用 CORS 站 网 实 现 GRACE 卫星重力场时变监测能力！
类型
CORS站网监测
大地高变化-正常高变化
大地水准面变化
与 地 壳站 垂网 直大 形地 变水 场准
面
垂 直 参 考 高程/重力/ 系统与参 深度/坐标 考 框 架 基准一体化
20
谢谢！
21
GRACE监测
最大 最小 均值 标准差 最大 最小 均值 标准差
地壳垂直 形变mm
26.6
-19.8 1.0
5.7
41.8 -29.5 3.4 7.8
大地水准 面变化mm
8.2
-25.2 -4.9 4.9
10.6 -17.6 -3.5 4.7
地面重力 变化μGal
241.4 -398.8 2.9
11.7
√
√
√
∆
√
=
定性都会变弱，能被CORS站网提前监测到。 9 6.03 重庆市涪陵区 滑坡 √
√
√
10 6.05 重庆市铁矿乡 崩塌
√
√
=
√
√
∆
√
×
11 6.18 正安县凤仪镇 滑坡 √
√
√
√
∆
=
12 6.24 重庆城口 滑坡
√
∆
√
=
CORS站网能有效地探测地质灾害前兆，为地 13 6.24 重庆巫山 滑坡
16
3
水资源 监测
CORS站网地下水变化影响监测
地壳垂直形变
地面重力变化
垂线偏差变化
大地水准面变化
17
3
水资源 监测
江河湖库水变化影响监测
库水位下降，巴东CORS站地面抬升，重力减小。 18
4
基准一 体化
基于CORS站网高程基准动态实现
基本方法-以水准控制网动态实现与维持为例
水准网与CORS 站网并置方法
201309减
CORS站网 具 有较 好 精度 和
分 辨 率 的 地 壳 垂 直 形 变 与 重 力 去201205 71.7 -44.8 -2.2 7.1 73.0 -33.7 -2.8 31.3 47.7 -44.9 -9.8
8.8
201409减
场时变监测能力！
去201211 119.9 -146.1 5.1 14.0 254.7 -58.7 13.8
CORS站网垂直形变
GRACE卫星重力场监测
分离构造垂直形变
地表负荷变化监测
形地 变壳
负 荷
场区 变域 化重
力
面大 形地 变水
准
监测方式从卫星 移到地面
地表负荷 变化监测
区域重力场及负荷形变监测 全球重力场及负荷形变监测
基本方法： 负荷形变理论
重力场逼近方法
3
1
形变监 测方法
三峡地区地壳垂直形变连续监测
14 6.25 重庆市梁平县 滑坡
√
√
√
√
√
√
√
=
∆
√
=
质灾害预报预警提供支持。 15 6.27 重庆市梁平县 滑坡
16 6.28 云阳门坎电站 滑坡
√
√
√
√
√
√ √
∆ √
= =
17 7.02 宜昌市五峰镇 崩塌 √
√
√
∆
=
18 7.04 重庆合川 滑坡
√
√
√
∆
√
=
19 7.18 重庆市石柱县 地震
3.7 201305减
去201103 15.4 -3.2 3.1 3.6 28.3 -7.6 7.9 8.4 7.1 -14.2 -1.3
5.4 201304减
去201105 11.6 -14.3 0.1 4.0 9.9 -17.5 -0.72 5.5 10.3 -17.9 0.1
2.3 201305减
局部构造
通过选择CORS站分离
运动海驱平动面变构化造垂 通 过 选 择 直形变
CORS站 垂直形变
均衡大垂气压冰变后化回弹或地 直形变 下水均衡效应
CORS 站
通过模型参数
实现分离
估计分离
地表环境负荷垂直形变
水资源 环境
冰川雪山 土壤水 江河湖库 地下水
监测 选择目 方法 标环境
移去其余环 境负荷形变
反演目标 环境负荷
综合 分析
15
3
水资源 监测
CORS站网地下水储量变化监测
时间跨度：2011.1~2015.6 参考历元：2010年11月
地下水储量年变
化约为每平米 1.6m3 。 夏 季 增 大，冬季减小。
2011年至2014年，
三峡地区地下水
储量变化基本处
2011
2012
2013 于平衡20状14态。 2015
水准控制网动态 实现方法
水准点高程动态 维持方法
水准节点与基岩CORS站并置 将水准观测高差由观测时刻归 算到指定参考历元
CORS站网大地水准面 与地壳垂直形变场
提取水准点高程时变改正量
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4
基准一 体化
基于CORS站网动态高程基准维持
CORS
水准控制网 GNSS水准 数字高程基准
正常高变化=大地高变化 -大地水准面变化
发生地点
灾害
监测验
类型 地面 重力 垂线偏差 高程变化 重力变化 大气压 日降雨 库水位 固体潮 证结果
CORS站网能对整个区域地面稳定性变化出现 抬升 减小 发散 梯度大 梯度大 降低 量大 降低 大潮
1 5.04 綦万高速公路 滑坡
√
√
√
+
的时间和地点进行全程无缝跟踪监测。 2 5.08 巴中市石垭乡 滑坡 √
√
√
√
∆
√
=
合计
7
15
5
5
12
/
138
地质
2 灾害 CORS站网地质环境稳定性评估