[发明专利]一种表征地面沉降的方法

权利要求书

1.一种表征地面沉降的方法，其特征在于具体步骤为：

(1)、搜集沉降观测数据

城市一般设有多个地面沉降监测点，需要测量各监测点的高程（z）和平面坐标（x,y）；搜集各观测点的高程进行初步分析得到沉降量、最大沉降量、累计沉降量、平均沉降量、沉降速率、最大沉降速率；分析各点的沉降量和平面坐标的变化，即可得其矢量方向；

沉降量为各监测点相对上一周期的沉降量；最大沉降量为各监测点沉降量中的最大值；累计沉降量为各测点第一次沉降监测到本期沉降监测的沉降量的总和；平均沉降量为各监测点沉降量的平均值；沉降速率为各监测点的沉降量与沉降时间的比值；最大沉降速率为监测点沉降速率中的最大值；矢量方向则以该监测点该监测周期的初始位置为起点，监测周期结束时的位置为终点作一个向量，该向量为该观测点运动的矢量方向；

(2)、根据点指标结合沉降等值线图得到线指标

沉降差                                               ：两个观测点1、2 之间的沉降差的计算公式：

                          （5）                               

式中：H₁——观测点1的沉降量；H₂——观测点2的沉降量；

倾斜（T）：指两点的沉降差与这两点水平距离L的比值，无量纲，计算公式：

                         （6）                           

式中：T_2-1——观测点1和点2之间的倾斜；H₂——观测点2的沉降量；H₁——观测点1的沉降量；——观测点1和点2的水平距离；

不均匀沉降系数（）：计算公式如下：

                              （7）

  

式中：n——统计个数；——相邻等值线见的速率变化量，mm/a；——相邻等值线间距，mm；

(3)、根据地面沉降等值线图划分沉降漏斗得到面指标

从地面沉降监测中心发布的地面沉降等值线图中划分地面沉降漏斗；圈出地面沉降漏斗，并以1，2，3……表示；将地面沉降漏斗导入CAD软件，并进行合适的缩放，描出每个地面沉降漏斗的轮廓，统计每个漏斗的面积、沉降区域的总面积；沉降漏斗面积变化率的计算可以通过漏斗的面积变化量与产生变化的时间之比；漏斗密度是漏斗的数目与研究区域的面积之比；

(4)、将地面沉降等值线图导入GIS 软件，采用三维分析工具进行分析得到体指标

沉降漏斗体积V：利用三维分析可以统计某一个平面以上或以下的体积；沉降漏斗体积即地表以下的体积；数学表达式：

           （1）

沉降漏斗体积变化率：区域沉降漏斗经多期观测会得到不同的漏斗体积，漏斗体积的变化量与时间的比值即可得到沉降漏斗体积变化率；

沉降漏斗体积变化率：表示单位时间内一般为1年沉降漏斗体积的增长量，单位：m³/a，在空间上反应沉降漏斗的发展速度；

极限沉降时间：海平面以上地层的体积与沉降漏斗体积变化率的比值；海平面以上地层体积可以由GIS三维分析得到；单位：a；其计算公式如下：

                               （2）

式中：——极限沉降时间；——海平面以上地层的体积； ——沉降漏斗体积变化率；

单位沉降体积损失m：统计每个沉降漏斗的体积和相应的最大沉降量，沉降漏斗体积与最大沉降量的比值即为单位沉降体积损失；单位：m³/mm；计算公式如下：

                                   （3）

式中：——单位沉降体积损失；V——沉降漏斗体积；W_max——最大沉降量；

沉降漏斗类型：若m≥ m³/mm为平缓型漏斗；若≤m< m³/mm为过渡型漏斗；若 m< m³/mm定义为急剧型漏斗；

(5)、计算综合沉降指数并判断沉降危险性

综合沉降指数计算公式如下：

                                 （4）

式中 I=综合沉降指数；=第i项指标的取值；=第i项指标的权重；

根据公式（4）计算地面沉降综合指数，并且给出地面沉降危险性等级；在综合沉降指数的计算模型中，从点、线、面、体四个指标体系中各选出一个指标参与计算，选择累计沉降量、不均匀沉降系数、沉降面积和沉降漏斗体积变化率；第1项指标累计沉降量H_cum分级取值方法如下： H_cum＜200mm，=1；200mm≤H_cum＜400mm，=3；400mm≤H_cum＜600mm，=5；600mm≤H_cum＜800mm，=7；H_cum≥800mm，=9；第2项指标不均匀沉降系数m分级取值方法如下：m＜2 mm /a^.km，=1；2 mm /a^.km ≤ m＜3 mm /a^.km，=3；3 mm /a^.km ≤ m＜4 mm /a^.km，=5；4 mm /a^.km ≤ m＜5 mm /a^.km，=7；m≥5 mm /a^.km，=9；第3项指标沉降面积S分级取值方法如下：S＜10 km²，=1；10 km²≤ S＜50 km²，=3；50 km²≤ S＜100 km²，=5；100 km²≤ S＜500 km²，=7；S≥500 km²，=9；第4项指标沉降漏斗体积变化率分级取值方法如下：＜1×10⁶m³/a，=1；1×10⁶m³/a≤＜4×10⁶m³/a，=3；4×10⁶m³/a≤＜7×10⁶m³/a，=5；7×10⁶m³/a ≤＜10×10⁶m³/a，=7；≥10×10⁶m³/a，=9；四个指标的权重由层次分析法得到，分别为：0.2513、0.2346、0.2393、0.2748；

地面沉降危险性分级包括：非常危险、危险、中等、低、非常低五个等级；根据计算出的I值，判断地面沉降危险性分级，1.0≤I≤2.6，危险性非常低；2.6< I ≤4.2，危险性低；4.2< I ≤5.8，危险性中等；5.8< I ≤ 7.4 危险性高；7.4< I≤9.0，危险性非常高。