李 衛(wèi)

/湖南省瀏陽市株樹橋水庫管理局

分析測繪技術(shù)在水庫大壩外部原型觀測中的參照

李 衛(wèi)

/湖南省瀏陽市株樹橋水庫管理局

社會(huì)經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在不斷的進(jìn)步，我國在測繪技術(shù)方面也開始不斷增強(qiáng)技術(shù)的投入，并且測繪技術(shù)能夠在很多的救災(zāi)搶險(xiǎn)和災(zāi)后重建工程中起到重要的作用。當(dāng)前情況下，我國面積遼闊，有很多水庫的分布，并且水庫大壩經(jīng)常存在一些安全問題，因此，進(jìn)行水庫大壩的觀測工作是非常必要的，本篇文章對于株樹橋水庫大壩外部原型觀測工程的控制網(wǎng)建立過程進(jìn)行闡述，并且對控制測量的理論知識進(jìn)行分析，對GPS測量的布網(wǎng)建立進(jìn)行討論，充分的將測量技術(shù)運(yùn)用在水庫大壩觀測過程中。

測繪技術(shù)；水庫大壩；原型觀測； 參照

引言

我國的河流和水域比較眾多，水庫是我國重要的水利基礎(chǔ)設(shè)施，在進(jìn)行社會(huì)建設(shè)的過程中，水庫發(fā)揮著重要的作用，水庫大壩的修建可以有效的進(jìn)行洪澇災(zāi)害的防止，并且能夠合理調(diào)節(jié)下游用水，水庫大壩的安全管理問題是至關(guān)重要的，因此我們要不斷完善水庫的管理制度，及時(shí)有效的掌握水庫的水位動(dòng)態(tài)，進(jìn)而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并采取有效措施進(jìn)行治理，使水庫大壩的安全得到保障。本篇文章將針對株樹橋水庫大壩外部原型觀測項(xiàng)目進(jìn)行關(guān)于測繪技術(shù)的探討，希望可以為相關(guān)工作人員提供寶貴意見。

一、水庫具體情況分析

株樹橋水庫地處湖南省瀏陽市境內(nèi)，位于湘水一級支流瀏陽河南源小溪河下游，屬大Ⅱ型水庫。下距瀏陽城區(qū)33公里，1986年10月興建，1992年10月竣工。水庫以供水、發(fā)電為主，兼有灌溉、防洪等綜合效益壩頂高程171米，最大壩高78米，壩頂長245米，頂寬8米，庫容2.78億多立方米，水庫集雨面積564平方公里，正常蓄水位165米，是長沙市最大的水庫。水庫因位于暴雨區(qū)，且下游有瀏陽城區(qū)，省會(huì)長沙市及京廣鐵路，防洪標(biāo)準(zhǔn)按百年一遇洪峰流量2980秒立米設(shè)計(jì)，萬年一遇洪峰流量5540秒立米校核。由此可以見，對于株樹橋水庫進(jìn)行大壩觀測運(yùn)行工作是非常必要的，不僅可以保證水庫能夠正常運(yùn)行，還可以使下游的居民能夠安全穩(wěn)定的生活。

二、大壩外部原型觀測概述及意義

大壩樞紐工程外部觀測是大壩原型觀測的主要內(nèi)容，通過觀測可綜合、直觀的反應(yīng)大壩安全系數(shù)，從而有效地監(jiān)測大運(yùn)安全運(yùn)行。目前株樹橋水庫采取的對大壩外部觀測的方式有：直線觀測、沉降觀測、三角觀測、量水堰水位觀測、▽128米處滲流量及庫水位監(jiān)測，其中的任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)在一定范圍內(nèi)且有規(guī)律的變化，則直接可以體現(xiàn)出大壩運(yùn)行的異常，導(dǎo)致大壩失事。因此，要按時(shí)對大壩外部進(jìn)行觀測，其目的在于及時(shí)掌握大壩運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，預(yù)防大壩失事，確保下游幾百萬人口的生命、財(cái)產(chǎn)安全。

水庫大壩是一種特殊的基礎(chǔ)設(shè)施建筑物，進(jìn)行水庫大壩建設(shè)的投資時(shí)比較大的，而且如果一旦出現(xiàn)大壩失事的情況會(huì)造成無法估量的后果，帶來的災(zāi)難是非常嚴(yán)重的。大壩的結(jié)構(gòu)、邊界條件和建設(shè)環(huán)境都是非常復(fù)雜的。進(jìn)行大壩的設(shè)計(jì)施工、運(yùn)行維護(hù)是需要具有一定的經(jīng)驗(yàn)的，而且所要涉及的內(nèi)容是比較廣泛的，這要求我們一定要高度重視對大壩外部原型的觀測，對其進(jìn)行安全觀測，才能保證大壩正常穩(wěn)定的工作。造成大壩出現(xiàn)安全隱患的因素有很多，具體包括：①進(jìn)行大壩洪水位的設(shè)計(jì)時(shí)導(dǎo)致水位偏低，大壩內(nèi)的設(shè)備工作失靈造成洪水漫頂?shù)陌l(fā)生，帶來安全事故的發(fā)生；②建筑大壩的地理位置環(huán)境的復(fù)雜，導(dǎo)致大壩基礎(chǔ)不穩(wěn)定和出現(xiàn)意外的結(jié)構(gòu)變形事故；③大壩出現(xiàn)地下滲漏情況，導(dǎo)致壓力過高、滲流量不斷增大，滲透坡度過大導(dǎo)致安全事故發(fā)生；④大壩經(jīng)過多年的使用，會(huì)出現(xiàn)老化、建筑材料出現(xiàn)開裂、腐蝕、風(fēng)化的情況，進(jìn)行大壩施工時(shí)質(zhì)量問題都會(huì)導(dǎo)致安全隱患的發(fā)生。通過上述安全隱患的分析，我們不難看出，大壩失事的原因很多、涉及范圍也很廣，但大致可以分成三類。第一類是由設(shè)計(jì)、施工和自然因素引起，一旦大壩建成就已確定了的，如設(shè)計(jì)洪水位偏低、混凝土標(biāo)號過低、未考慮地震荷載等；第二類是設(shè)計(jì)、施工中的不完善在運(yùn)行中得不到改正，或者說隨著時(shí)間的推移和運(yùn)行管理的不力使設(shè)計(jì)、施工中的隱患發(fā)展為破壞；第三類是在運(yùn)行、管理過程中逐步形成的，如沖刷、浸蝕、混凝土或漿砌條石的老化、金屬結(jié)構(gòu)的銹蝕、水庫調(diào)度措施不得力而大壩漫頂?shù)取?/p>

三、水庫大壩控制網(wǎng)的建立

每個(gè)水庫的建筑結(jié)構(gòu)是不同的，用途也是不一樣的，株樹橋水庫樞紐建筑物由鋼筋混凝土面板碾壓堆石壩，溢洪道及引水發(fā)電隧洞、電站廠房、升壓站等部分組成。結(jié)合水庫的不同特點(diǎn)，GPS網(wǎng)的圖形布設(shè)將會(huì)靈活的運(yùn)用點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式和邊點(diǎn)混合連接式。不同的水庫大壩樞紐工程設(shè)計(jì)是需要不同的精度的，這就決定了需要選擇什么種類的組網(wǎng)，另外，所處環(huán)境和GPS接收機(jī)的臺數(shù)也將對組網(wǎng)的選擇有直接影響。結(jié)合本水庫大壩的實(shí)際情況，大壩直線觀測區(qū)域的控制點(diǎn)，相對來說是比較少，如果選擇網(wǎng)連式，就會(huì)導(dǎo)致沒有足夠的密度，如果選擇點(diǎn)連式，就會(huì)導(dǎo)致幾何圖形的強(qiáng)度比較弱，缺少非同步圖形的閉合條件，不能進(jìn)行單獨(dú)的使用過程；還要結(jié)合本工程的室外作業(yè)量和需要投入的成本，所以，本工程GPS平面控制網(wǎng)選擇邊連式是最合適的方法，并且需要選擇靜態(tài)相對定位模式。采用4臺Ashtech 雙頻GPS接收機(jī)在大壩上、下游壩坡進(jìn)行GPS網(wǎng)的布設(shè)。在大壩的上、下游采用邊連式的方法將兩臺Ashtech 雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行合理的放置，然后對于衛(wèi)星和接收機(jī)之間的往返時(shí)間進(jìn)行合理的計(jì)算，即可得到實(shí)際的距離。通過計(jì)算，我們可以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，GPS接收機(jī)在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，會(huì)向衛(wèi)星發(fā)送一長串的偽隨機(jī)碼的數(shù)字序列，這時(shí)接收機(jī)也會(huì)在這一時(shí)間段發(fā)出相同的數(shù)字序列。當(dāng)衛(wèi)星信號傳送到接收機(jī)之后，數(shù)字序列的傳送時(shí)間會(huì)較接收機(jī)發(fā)出信號的時(shí)間稍微有一些滯后。時(shí)間具體的延續(xù)長度就是信號傳送時(shí)所需要的時(shí)間，然后接收機(jī)將這個(gè)時(shí)間值乘以光速就得出了信號傳送的具體距離。如果信號是通過直線方式進(jìn)行傳送的，那么這個(gè)結(jié)果就是接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。為了進(jìn)一步提高這種測量方法的準(zhǔn)確性，接收機(jī)和衛(wèi)星都要精確到納秒，并且使選擇的同步時(shí)鐘，為了讓衛(wèi)星定位系統(tǒng)也使用同步時(shí)鐘，我們要在衛(wèi)星及結(jié)合搜集上安全原子鐘。通過計(jì)算結(jié)果，可以證明，這種接收機(jī)的靜態(tài)定位比較精準(zhǔn)，當(dāng)野外數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，可以利用隨機(jī)軟件進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理，然后轉(zhuǎn)換為Rinex格式后，利用Locus Processor Ashtech Solutions GPS數(shù)據(jù)后處理軟件完成基線解算和網(wǎng)平差，進(jìn)而可以非常精確的評定，最后經(jīng)過GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以看出，本工程GPS網(wǎng)能夠到達(dá)以及GPS網(wǎng)精度要求，從而有效監(jiān)測到了大壩的水平位移數(shù)據(jù)，確保大壩安全。

四、建立水庫大壩的水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)

工程測繪中的GPS測繪技術(shù)分為初、中、高級，初級是由快速靜態(tài)或GPS靜態(tài)的方法進(jìn)行沿線的整體控制，中級被廣泛應(yīng)用于堤壩、閘門、渠道等區(qū)域，并在這些區(qū)域進(jìn)行施工控制。高級就是在進(jìn)行工程測繪時(shí)采用的PTK技術(shù)，就是大家所指的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。由此可見，GPS測繪技術(shù)要不斷的進(jìn)行更新和優(yōu)化，以滿足實(shí)際需求。目前GPS技術(shù)被眾多的行業(yè)所應(yīng)用，工程測繪過程中對其應(yīng)用最多。株樹橋水庫大壩在工程測繪中就運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)。這有助于流動(dòng)站的接收機(jī)更好的進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的觀測，還能夠有效的接收到基準(zhǔn)站的信息，并且對系統(tǒng)內(nèi)的差分觀測值進(jìn)行妥善處理，之后就可以計(jì)算出來自基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的基線向量。常用的水準(zhǔn)的測量方法可以采用幾何水準(zhǔn)測量和三角高程測量兩種方法，進(jìn)行株樹橋水庫大壩項(xiàng)目工程的高程控制網(wǎng)采用水準(zhǔn)測量法進(jìn)行建立。水準(zhǔn)路線由閉合水準(zhǔn)路線、附合水準(zhǔn)路線、支水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)網(wǎng)組成，根據(jù)株樹橋水庫大壩加固工程的具體情況和大壩測區(qū)平面控制網(wǎng)的布設(shè)情況出發(fā)，本工程適宜采用附合水準(zhǔn)路線進(jìn)行布設(shè)。株樹橋水庫大壩采取沉降觀測、三角控制來對大壩外部運(yùn)行進(jìn)行高程觀測，水準(zhǔn)點(diǎn)比較多，單個(gè)控制點(diǎn)也比較相對固定。于是，本工程的水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)采用DS3水準(zhǔn)儀。本工程采用的是雙面尺進(jìn)行水準(zhǔn)測量，依據(jù)“后前前后”或“黑黑、紅紅”的順序進(jìn)行水準(zhǔn)尺的數(shù)據(jù)讀取。該水庫大壩測區(qū)的范圍比較多，進(jìn)行各種測量時(shí)的要求是比較高的，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的沉降測量，因此進(jìn)行水準(zhǔn)路線的數(shù)據(jù)處理方法要采用閉合水準(zhǔn)路線方法進(jìn)行：①對高差閉合差和容許值進(jìn)行計(jì)算。不僅要依據(jù)高差閉合差進(jìn)行計(jì)算，而且要與本工程的測站總數(shù)的高差閉合差進(jìn)行結(jié)合，保證測量精度的準(zhǔn)確性。②進(jìn)行高差閉合差的調(diào)整。把閉合差反號和距離按比例分配都各段高差中。③進(jìn)行改正后高差計(jì)算。取各測段高差與該測段的改正數(shù)的代數(shù)和。④進(jìn)行各個(gè)待定點(diǎn)的高程計(jì)算。按順序東第一個(gè)待定點(diǎn)開始，把已知點(diǎn)高程加第一測段改正后高差，就是第一點(diǎn)高差，其他高程計(jì)算也是如此。

五、結(jié)束語

通過水庫調(diào)節(jié)，可將原來河流天然最小流量2.62秒立方米提高到10.9秒立方米(保證率為90%)，不僅保證了下游沿河兩岸農(nóng)田枯水期灌溉用水，還可使下游瀏陽河9個(gè)梯級電站(已建成2級)增加保證出力和發(fā)電量3587千瓦時(shí)和2500萬千瓦時(shí)，全市電力緊張狀況也可得到緩和。不難發(fā)現(xiàn)，施工控制網(wǎng)的布設(shè)是水庫大壩進(jìn)行施工建設(shè)的基礎(chǔ)工作，可以為水庫大壩的外部原型觀測提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，有效的進(jìn)行壩體位置的控制。GPS控制網(wǎng)對建設(shè)施工過程中的材料和工程改造量有直接的影響，關(guān)系到整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益，并且GPS控制網(wǎng)還能夠?yàn)楝F(xiàn)場施工提供便利條件，避免了不必要的施工和費(fèi)用的浪費(fèi)，能夠大大提高工作人員的整體工作效率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]GPS控制網(wǎng)在大型河流行洪能力分析中的應(yīng)用[J].黃紅日.水科學(xué)與工程技術(shù).2016(02).

[2]大中型水庫工程勘測設(shè)計(jì)階段測量控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].劉非,吳凱.低碳世界.2015(31).

[3]淺析GPS控制網(wǎng)在遼河干流行洪能力分析中的應(yīng)用[J].黃紅日.陜西水利.2016(03).