胡進(jìn)

(中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130061)

1 放炮定位測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因

在水利水電地質(zhì)勘測(cè)中，為了解水下地質(zhì)覆蓋情況，經(jīng)常要用到水上地震這種工作方法。地震工作的同時(shí)，在完成相關(guān)的測(cè)量后，必須把每個(gè)放炮點(diǎn)位繪制到平面圖上，以便準(zhǔn)確分析地震物探資料。因此水上測(cè)量在地震成果中有著舉足輕重的地位。然而在實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)遇到水流對(duì)炮點(diǎn)測(cè)量精度的影響，這種影響會(huì)降低地震成果的質(zhì)量?，F(xiàn)結(jié)合大藤峽電站測(cè)量實(shí)際，分析水上地震放炮定位測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因。

大藤峽電站在壩址處江面變窄，形成哨口，水的流速較快，在水上地震放炮測(cè)量過(guò)程中，水流過(guò)急對(duì)測(cè)量放炮點(diǎn)位有很大的影響。當(dāng)水流較大時(shí)（見(jiàn)圖1），雖然浮標(biāo)在水中相對(duì)穩(wěn)定，但當(dāng)炸藥包投入水中后，在水流的沖擊下，炸藥向下游偏離，和浮標(biāo)不在一條豎直線上。這時(shí)如果用測(cè)量浮標(biāo)的位置去代替地震放炮的位置（水柱），必然要產(chǎn)生一個(gè)誤差d，這個(gè)誤差d的大小將隨著水的流速大小和炸藥的投放深度而成正比變化。經(jīng)觀測(cè)，大藤峽壩址水流沖擊炸藥包，使?fàn)恳ㄋ幇睦K子偏離浮標(biāo)鉛垂方向40°，浮標(biāo)與炸藥包的牽引繩長(zhǎng)3.5m。經(jīng)計(jì)算，炸藥爆炸時(shí)的位置偏離浮標(biāo)位置2.25m，大大超過(guò)了水上放炮點(diǎn)位測(cè)量誤差不超過(guò)0.5m的規(guī)范要求。為減少誤差，在實(shí)際工作中，根據(jù)不同的施測(cè)方法，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行糾正，極大地提高了測(cè)量精度。

圖1 水上地震示意圖

2 提高測(cè)量精度的方法

2.1 極坐標(biāo)糾正法

圖2 極坐標(biāo)法

當(dāng)水面不寬、測(cè)距不遠(yuǎn)、波浪不大、棱鏡能平穩(wěn)地放在浮標(biāo)上時(shí)，采用全站儀對(duì)放炮點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量（見(jiàn)圖2）。觀測(cè)時(shí)應(yīng)將測(cè)站盡可能選擇在垂直地震剖面一側(cè)的岸邊，測(cè)量立鏡人員在穩(wěn)定好的船上把棱鏡立在浮標(biāo)上，測(cè)站觀測(cè)人員讀取測(cè)站到浮標(biāo)的距離（方位角暫時(shí)不讀）；當(dāng)放炮人員要放炮時(shí)，觀測(cè)者將視線預(yù)先瞄準(zhǔn)在浮標(biāo)下游一點(diǎn)的地方，等待放炮。炮聲響后，水在爆炸力的作用下會(huì)立即掀起一個(gè)水柱，這時(shí)的水柱中心線就是炮位的準(zhǔn)確位置。水柱在上升和下落過(guò)程中，在空中能保留3s，測(cè)量人員要抓緊時(shí)機(jī)迅速將鏡頭瞄準(zhǔn)水柱上端較細(xì)部位中間（爆炸點(diǎn)中心線），讀取方位角。由于測(cè)站是在地震剖面的垂直方向一側(cè)，因此測(cè)站到浮標(biāo)的距離和測(cè)站到水柱的距離幾乎相等（誤差忽略不計(jì)），在計(jì)算炮位坐標(biāo)時(shí)，可用測(cè)站到浮標(biāo)的距離代替測(cè)站到炮位的距離，方位角是觀測(cè)炮柱得來(lái)的，用測(cè)站到浮標(biāo)平距與觀測(cè)水柱的方位角進(jìn)行計(jì)算，就可得到炮位的坐標(biāo)。根據(jù)放炮經(jīng)驗(yàn)，水柱形成時(shí)，靠近水面水柱直徑可達(dá)2m，而在水柱上端水柱直徑只有0.5m，因此，用全站儀觀測(cè)時(shí)，瞄準(zhǔn)水柱上端較細(xì)部位中間或邊緣就能保證炮位誤差不超過(guò)0.5m的規(guī)范要求。通過(guò)比較可以看出，觀測(cè)水柱平面誤差，在1/1000地形圖上精度能達(dá)到1/2000；而用觀測(cè)浮標(biāo)的坐標(biāo)代替放炮點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，由于誤差較大（2.25m），精度只能達(dá)到1/444。前者觀測(cè)精度比后者提高4倍多。值得一提的是，在放炮觀測(cè)前，要先將全站儀水平制動(dòng)固定好，并且要留出左右水平微動(dòng)空間，以便在觀測(cè)時(shí)有調(diào)整余地。

2.2 前方交會(huì)糾正法

在水深浪急，放炮點(diǎn)離測(cè)站點(diǎn)較遠(yuǎn)，波浪起伏大，立鏡人員在浮標(biāo)上無(wú)法穩(wěn)住棱鏡的條件下，如用全站儀來(lái)觀測(cè)測(cè)站到浮標(biāo)的距離，基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為解決這一問(wèn)題，采用了前方交會(huì)的方法進(jìn)行定位（見(jiàn)圖 3）。

圖3 前方交會(huì)法

將2臺(tái)經(jīng)緯儀架在岸上，預(yù)先瞄準(zhǔn)浮標(biāo)下游一點(diǎn)的地方，等待放炮。炮響后，同時(shí)瞄準(zhǔn)放炮崩起的水柱，將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。在正常情況下，通過(guò)兩個(gè)測(cè)站觀測(cè)的交角經(jīng)內(nèi)業(yè)計(jì)算，便可求出炮位的坐標(biāo)。然而由于水上地震放炮定位測(cè)量有其特殊性，受外界條件制約很大，在施測(cè)過(guò)程中，觀測(cè)目標(biāo)是瞬間即逝的，觀測(cè)時(shí)如儀器碰動(dòng)、讀數(shù)讀錯(cuò)、炮柱小沒(méi)看清、鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)大錯(cuò)過(guò)觀測(cè)時(shí)機(jī)等，很可能影響到測(cè)量人員的觀測(cè)。由于這時(shí)目標(biāo)——水柱已經(jīng)消失，不可能再進(jìn)行第二次觀測(cè)，為避免返工重測(cè)，采取輔助補(bǔ)救措施，選用2次觀測(cè)比較進(jìn)行測(cè)量，取得了較好的效果，具體步驟如下：

先用兩臺(tái)經(jīng)緯儀交會(huì)出一條剖面線上多個(gè)炮點(diǎn)水中浮標(biāo)的位置，并記錄在簿，把它作為第一組數(shù)據(jù)A；放炮時(shí)兩臺(tái)經(jīng)緯儀再逐一交會(huì)炮位水柱取得第二組數(shù)據(jù)A′。當(dāng)一條剖面上多個(gè)炮點(diǎn)放炮結(jié)束后，將多個(gè)炮位一一對(duì)應(yīng)的兩組觀測(cè)的計(jì)算結(jié)果加以比較可以看出，在平面圖上，炮位坐標(biāo)在水流的沖擊下都在浮標(biāo)坐標(biāo)的下游，它們之間的差是一個(gè)常數(shù)C常，即：

式中A—浮標(biāo)坐標(biāo)；A′—炮位坐標(biāo)；Cn—浮標(biāo)坐標(biāo)與炮位坐標(biāo)之差；C常—多個(gè)炮點(diǎn)浮標(biāo)坐標(biāo)與炮位坐標(biāo)之差的平均值；n—炮點(diǎn)個(gè)數(shù)。

這個(gè)常數(shù)差C常就是炸藥在水中的平均位移值，它可作為校核測(cè)量精度的一個(gè)依據(jù)。如果一個(gè)炮點(diǎn)的A′數(shù)據(jù)與A數(shù)據(jù)之差接近常數(shù)，就很有把握把計(jì)算坐標(biāo)成果提供給地質(zhì)人員利用。同時(shí)它也可作為漏測(cè)跑位的推算數(shù)據(jù)，用某個(gè)漏測(cè)炮位的浮標(biāo)坐標(biāo)加上平均常數(shù)差C常作為炮位坐標(biāo)，即A′=A＋C常，將這個(gè)坐標(biāo)成果提供是完全可以的，也是能夠令人信服的。