浮山供水工程GPS平面控制網(wǎng)的布設(shè)與實(shí)施

□雷振興（臨汾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

1 工程概況

山西省臨汾市浮山縣地處太岳山南麓，臨汾盆地東沿。地理坐標(biāo)為北緯35 °49′～36 °36′，東經(jīng)110 °41′～113 °13′。東西長(zhǎng)51.70km，南北寬31.80km，總土地面積為940km2。

引沁入汾浮山供水工程是引沁入汾工程總體規(guī)劃中的一部分，目前浮山縣極度缺水，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，急需解決水資源短缺的矛盾。本工程實(shí)施后，可向浮山縣北王鄉(xiāng)煤化循環(huán)工業(yè)園區(qū)提供工業(yè)用水950 萬m3，向北王鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)提供農(nóng)業(yè)灌溉用水397 萬m3，工業(yè)供水保證率95%，農(nóng)業(yè)灌溉保證率為50%。

工程實(shí)施后經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。因此工程測(cè)量布設(shè)在該工程線路設(shè)計(jì)施工中均尤為重要。文章闡述了E 級(jí)GPS 平面控制網(wǎng)在引沁入汾浮山供水工程中的布設(shè)及實(shí)施步驟，并指出了在水利工程測(cè)量時(shí)的注意事項(xiàng)，為山區(qū)水利工程GPS 控制網(wǎng)的實(shí)測(cè)提供了一些參考。

2 施測(cè)方案

引沁入汾浮山供水工程供水線路范圍位于浮山縣西部，區(qū)內(nèi)有一縣級(jí)公路通過，交通較為便利。地形較復(fù)雜，水系發(fā)育，溝壑從橫，大部分為基巖山區(qū)和黃土梁、峁，地形起伏較為明顯，為黃土覆蓋的低山丘陵區(qū)地貌單元，海拔高程879～1099m，相對(duì)高差57～241m。

引沁入汾浮山供水工程在草峪嶺隧洞出口取水，主要由進(jìn)出口聯(lián)合建筑物和供水建筑物組成，總長(zhǎng)20.56km，其中總干渠18.36km，浮山干渠2.20km。總干渠工程起點(diǎn)位于引沁入汾草峪嶺隧洞出口（樁號(hào)0+000，高程851.82m），并設(shè)浮山方向分水閘及舊縣河方向節(jié)制閘的聯(lián)合建筑物，后經(jīng)交口河暗渠、郭店隧洞、唐閣河渡槽、李家堡隧洞、崔村河渡槽、羅圈凹隧洞，至羅圈凹隧洞出口（樁號(hào)18+330，高程844.32m）。在羅圈凹隧洞出口處設(shè)分水閘及泄水閘聯(lián)合建筑物，泄水直接泄入燕凹溝河道，分水閘后接浮山干渠（趙家坡隧洞樁號(hào)浮0+000～浮2+200）至北王鄉(xiāng)，浮山干渠末端設(shè)出水池，后接3km 的工業(yè)供水支管至北王煤化循環(huán)工業(yè)園區(qū)，出水池側(cè)接0.10km 的農(nóng)業(yè)灌溉分水支管將水引至臣南河水庫(kù)，農(nóng)業(yè)灌溉用水通過臣南河水庫(kù)提水至北王農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)。

控制網(wǎng)主要是為了滿足測(cè)量供水線路及后期施工放樣的需要，布設(shè)E 級(jí)GPS 控制網(wǎng)。現(xiàn)有的控制網(wǎng)為1979年山西省測(cè)繪局引沁入汾四等三角網(wǎng)，因年代久遠(yuǎn)，好多控制點(diǎn)都已丟失，采用了在測(cè)區(qū)附近找到的四點(diǎn)作為起算點(diǎn)，分別為吳家?guī)X、店上、東疙瘩咀和西山頭四點(diǎn)。根據(jù)引水線路在1:10000 地形圖上粗定埋石位置，共12 個(gè)點(diǎn)。實(shí)地踏勘后，結(jié)合規(guī)范要求將粗定的埋石位置加以調(diào)整，最后確定埋石的具體位置。

3 GPS 控制網(wǎng)的觀測(cè)

使用六臺(tái)中海達(dá)單頻接收機(jī)測(cè)量，標(biāo)稱精度為m基=±3.60mm+1ppm×D，經(jīng)山西省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站鑒定，鑒定結(jié)果合格。實(shí)測(cè)GPS 控制點(diǎn)16 個(gè)，其中已知點(diǎn)4 個(gè)。采用邊連式布網(wǎng)方式，第一期同步觀測(cè)4 個(gè)已知點(diǎn)和兩個(gè)控制點(diǎn)，隨后每期都保持2 臺(tái)儀器不變，另外4 臺(tái)儀器流動(dòng)的方式觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)≥40min，觀測(cè)時(shí)段數(shù)位2。天線安放在三角架上，用垂球進(jìn)行對(duì)中，對(duì)中誤差<3mm；安置GPS 天線，將天線上的標(biāo)志指北（定向時(shí)采用羅盤定向），誤差不超過±5°；丈量天線高時(shí)，均從天線的三面進(jìn)行丈量，3 次數(shù)值≤3mm 時(shí)，取3 次數(shù)值的平均值作為最后結(jié)果。靜態(tài)測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 靜態(tài)測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)表

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 基線長(zhǎng)度的精度

數(shù)據(jù)處理軟件為HDS2003 軟件，共解算基線56 條，其中最長(zhǎng)邊為5696m（A11-A8）,最短邊為292m（A5-A6），平均變長(zhǎng)2808m。相鄰點(diǎn)間基線長(zhǎng)度的精度σ 按下式計(jì)算：

其中：σ—相鄰點(diǎn)間基線長(zhǎng)度的精度（mm）；a—GPS 接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差（mm）；b—GPS 接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)（ppm）；d—GPS 網(wǎng)中相鄰點(diǎn)的距離（km）。

4.2 相對(duì)誤差最大值

該GPS 控制網(wǎng)共觀測(cè)閉合環(huán)61 個(gè)，其中同步環(huán)39 個(gè)，異步環(huán)22 個(gè)。相對(duì)誤差最大值見表2。

表2 相對(duì)誤差最大值表

異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差按下式計(jì)算：

同步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差的限差值為異步環(huán)閉合差限差值的一半。

4.3 網(wǎng)平差

提取基線向量，構(gòu)建GPS 基線向量網(wǎng)，對(duì)GPS 網(wǎng)進(jìn)行三維無約束平差。平差結(jié)果直接反映了GPS 網(wǎng)的合理性和觀測(cè)質(zhì)量，根據(jù)無約束平差的結(jié)果，判斷在網(wǎng)中有無精差基線，剔除不合格的觀測(cè)值。

在完成三維無約束平差后，在北京54 坐標(biāo)下進(jìn)行約束平差，檢驗(yàn)約束條件的質(zhì)量，進(jìn)行平差解算，得出各控制點(diǎn)的坐標(biāo)成果。

相鄰點(diǎn)的中誤差最大值為10.70，相對(duì)中誤差最大值為1/66641，均小于規(guī)范值。

4.4 邊長(zhǎng)檢測(cè)

為檢驗(yàn)GPS 控制網(wǎng)的精度，用拓普康全站儀（GTS-335）測(cè)量3 條邊與GPS 邊長(zhǎng)進(jìn)行比較，比較結(jié)果見表3。

5 結(jié)語

臨汾市引沁入汾浮山供水工程，是和川取水輸水工程的后續(xù)工程，本工程實(shí)施后，可向浮山縣北王鄉(xiāng)煤化循環(huán)工業(yè)園區(qū)提供工業(yè)用水950 萬m3，向北王鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)提供農(nóng)業(yè)灌溉用水397 萬m3，工業(yè)供水保證率95%，農(nóng)業(yè)灌溉保證率為50%。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

表3 邊長(zhǎng)比較表

引沁入汾浮山供水工程GPS 控制網(wǎng)布設(shè)合理，圖形條件較好。各項(xiàng)誤差均在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，能夠滿足測(cè)圖和施工放樣的要求。通過引沁入汾浮山供水工程GPS 控制網(wǎng)的測(cè)量得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：①點(diǎn)位除應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固可靠的地方外，應(yīng)盡可能的靠近公路及村莊附近。這樣做是為了便于以后埋石和觀測(cè)的方便，減少后勤方面的工作，以減少時(shí)間、人力和經(jīng)費(fèi)。②GPS 網(wǎng)中各點(diǎn)雖不要求通視，但為滿足后期加密和施工放樣的要求，每個(gè)控制點(diǎn)至少有一個(gè)方向通視。③為了提高GPS 控制網(wǎng)的精度，對(duì)距離較近的點(diǎn)進(jìn)行同步觀測(cè)并增加觀測(cè)時(shí)段數(shù)。