陸渾水庫變形觀測之水平位移測量技術淺談

河南省陸渾水庫管理局

摘要：隨著全球定位系統和全站儀普及應用，測量技術對現代測量人員要求的越來越高。陸渾水庫目前實施的測量方案（手段）仍停留在上世紀90年代水平，為整合現有配備資源，通過改進和修正測量方法（方案），是老儀器能重新煥發功能，施測出滿足精度要求的安全監測數據。本文通過對水平位移的視準線法和測小角法的原理及優缺點的比較，對水平位移測量技術方案的測量方法的提出了修正意見，使得該法仍具便于操作、測量數據滿足精度的要求。

關鍵詞：水平位移 ；視準線法；測小角法；現代測量技術

1.工程概況

陸渾水庫位于黃河流域伊河支流的嵩縣境內，距洛陽市67km，是一座集防洪發電、灌溉、供水、養殖為一體的大（Ⅰ）型水利樞紐工程，主要由大壩、輸水洞、泄洪洞、溢洪道、灌溉洞及水電站組成。設計等級除輸水洞為二級建筑物外，其余均為一級建筑物。控制流域面積3492km，總庫容13.2億m3，水庫防洪標準為千年一遇設計，萬年一遇校核，設計總泄量5622m3/s。水庫地理位置非常重要，下游有洛陽、鄭州、開封三個重要工業城市及以此為中心的中原經濟區，有隴海、焦枝、京廣三條鐵路干線和連—霍、洛—界、洛—欒等高速公路及著名的世界文化遺產龍門石窟，故確保水庫下游社會環境安全具有重大戰略意義。

2.開展的監測項目

陸渾水庫目前開展的主要監測項目有變形觀測（水平和垂直位移，按規范規定年度不少于2次，安排在5月和10月）、地下水、滲流觀測、天然鋪蓋及雨量觀測等，但變形監測是確保水庫樞紐工程安全運行研判的最主要監測項目之一，該項監測工作不僅復雜、耗時長，而且需投入大量的人力、設備，而且后期內業數據檢索、整理及分析工作量大、要求高，因此該項工作十分重要。

3.變形觀測之水平位移的施測方法

3.1 視準線法

圖1 視準線法

3.1.1 視準線法的測量原理

如上圖1中，點A、B是視準線的兩個基準點（端點），d1 ， d2 ， d3 為水平位移監測點。觀測時將經緯儀置于A點，將儀器照準B點，將水平制動裝置制動。豎直方向轉動經緯儀望遠鏡，分別轉至d1d1 ， d2 d2， d3d3 三個點附近，用小鋼尺等工具分別量取水平位移監測點1d1 ， d2 d2， d3d3 至A—B這條視準線的距離。根據前后兩次量取的距離，得出這段時間內水平位移量[1]。

3.1.2 精度分析

由視準線的設置過程可知，觀測誤差主要包括儀器測站點儀器對中誤差、視準線照準誤差、讀數照準誤差，其中，影響最大的無疑是讀數照準誤差。可知，當視準線太長時， 目標模糊，讀數照準精度太差。且后視點與測點距離相差太遠，望遠鏡調焦誤差較大，無疑對觀測成果有較大影響。另外此方法還受到大氣折光等因素的影響。

3.1.3視準線法的優點與不足

優點： 視準線觀測方法因其原理簡單、方法實用、實施簡便、投資較少的特點；不足：對較長的視準線而言， 由于視線長， 使照準誤差增大， 甚至可能造成照準困難。當視 準線太長時，目標模糊，照準精度太差且后視點與測點距離相差太遠，望遠鏡調焦誤差較大， 無疑對觀測成果有較大影響。

3.2測量小角法

3.2.1 測量小角法的原理

如下列圖2中，如需觀測某特定方向上的水平位移 PP′，在距離監測區域一定距離以外選定工作基點A，水平 位移監測點的布設應盡量與工作基點在一條直線上。在一定遠處（施工影響范圍之外）選定一 個控制點B，作為零方向。在B點安置覘牌，用測回法觀測水平角∠BAP ，測定一段時間內觀測 點與基準點連線與零方向之間的角度變化值，根據公式：δ = ?β × D / ρ′′（式中D為監測點P至工作基點A的水平距離， ρ′′′=206265。）計算得出水平位移量。

圖2 測小角法

3.2.2精度分析

由小角法的觀測原理可知，水平位移觀測全都受距離D和水平角β的觀測誤差的影響， 由于D經一次觀測后可作為固定值，水平位移觀測精度可認為僅與測角精度有關，其觀測中誤差可按照公式：mδ ≈ m?β ? D / ρ′′計算。水平位移觀測中誤差的公式表明：距離觀測誤差對水平位移觀測誤差影響甚微，一般情況下此部分誤差可以忽略不計，采用鋼尺等一般方法量取即可滿足要求；影響水平位移觀測精 度的主要因素是水平角觀測精度，應盡量使用高精度儀器或適當增加測回數來提高觀測度；經緯儀的選用應根據建筑物的觀測精度等級確定，在滿足觀測精度要求的前提下，可以使用精度較低的儀器，以降低觀測成本。

3.2.1 測量小角法的優點與不足

優點：此方法簡單易行，便于實地操作，精度較高；不足：須場地較為開闊，基準點應該離開監測區域一定的距離之外，設在不受施工影響的地方。

4.工程施測工況及精度分析

陸渾水庫攔河大壩長1200m，現有觀測基點52個。分別位于大壩上游、壩頂和大壩下游的不同位置，用于垂直位移和水平位移觀測觀測。水平和垂直位移觀測基座共用，基準為強制對中，上部為現澆60cm高混凝土基座，頂端平面鑲入一直徑約20cm不銹鋼圓盤，圓盤正中有一儀器按防孔；下部基礎埋深80cm，基礎與四周接觸面留有10cm縫隙，用瀝青填充，以便使大壩表面的變化不至于影響基礎的穩定性，保證測量的精度。測樁的布設特別是321m排和330m排，東壩頭的基樁設置的地方位于樹林的下部，在西壩頭后視東壩頭基樁的時候，在天氣晴朗的情況下，勉強可以看清后視樁；但是在陰天的時候視線就模糊不清，讀數精度大幅降低。另外，基樁周圍沒有防護措施，經常處于風吹雨淋的狀態下，多數螺絲固定不緊，也使讀數精度降低。再者，現在的所用的J2經緯儀，長時間沒有經過校對，也使讀數精度降低。

綜上所述，現在的陸渾水庫的水平位移的測量精度不高，而且返工重測的幾率較大，浪費了較多人力和物力。建議在當下情況，用測小角法的測量方法，雖然多耗費了時間及人工、外業和內業的工作量倍增，但從實際測量數據分析能保證測量精度、滿足大壩安全監測的要求。

5.結束語

近年來隨著現代測量技術的發展，以及電子計算機技術的普及，特別是現代全球衛星定位系統的普及，為測量技術的進一步提高提供了發展契機。陸渾水庫也于2006年配備了全站儀和GPS的新型測量儀器，但是在測量配套的后續工作上沒有跟上，現在水平位移和垂直位移基本上仍是采用傳統的儀器和方法。建議在以后工作中，加強人員技術培訓，使新技術在水庫管理中普及應用，為水庫安全運行提供保障。