分析測繪技術在水庫大壩外部原型觀測中的參照

李 衛

/湖南省瀏陽市株樹橋水庫管理局

分析測繪技術在水庫大壩外部原型觀測中的參照

李 衛

/湖南省瀏陽市株樹橋水庫管理局

社會經濟在不斷發展，科學技術在不斷的進步，我國在測繪技術方面也開始不斷增強技術的投入，并且測繪技術能夠在很多的救災搶險和災后重建工程中起到重要的作用。當前情況下，我國面積遼闊，有很多水庫的分布，并且水庫大壩經常存在一些安全問題，因此，進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建立過程進行闡述，并且對控制測量的理論知識進行分析，對GPS測量的布網建立進行討論，充分的將測量技術運用在水庫大壩觀測過程中。

測繪技術；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設施，在進行社會建設的過程中，水庫發揮著重要的作用，水庫大壩的修建可以有效的進行洪澇災害的防止，并且能夠合理調節下游用水，水庫大壩的安全管理問題是至關重要的，因此我們要不斷完善水庫的管理制度，及時有效的掌握水庫的水位動態，進而能夠及時發現問題，并采取有效措施進行治理，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目進行關于測繪技術的探討，希望可以為相關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，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33公里，1986年10月興建，1992年10月竣工。水庫以供水、發電為主，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，且下游有瀏陽城區，省會長沙市及京廣鐵路，防洪標準按百年一遇洪峰流量2980秒立米設計，萬年一遇洪峰流量5540秒立米校核。由此可以見，對于株樹橋水庫進行大壩觀測運行工作是非常必要的，不僅可以保證水庫能夠正常運行，還可以使下游的居民能夠安全穩定的生活。

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容，通過觀測可綜合、直觀的反應大壩安全系數，從而有效地監測大運安全運行。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測，其中的任何一項數據在一定范圍內且有規律的變化，則直接可以體現出大壩運行的異常，導致大壩失事。因此，要按時對大壩外部進行觀測，其目的在于及時掌握大壩運行數據，發現問題及時處理，預防大壩失事，確保下游幾百萬人口的生命、財產安全。

水庫大壩是一種特殊的基礎設施建筑物，進行水庫大壩建設的投資時比較大的，而且如果一旦出現大壩失事的情況會造成無法估量的后果，帶來的災難是非常嚴重的。大壩的結構、邊界條件和建設環境都是非常復雜的。進行大壩的設計施工、運行維護是需要具有一定的經驗的，而且所要涉及的內容是比較廣泛的，這要求我們一定要高度重視對大壩外部原型的觀測，對其進行安全觀測，才能保證大壩正常穩定的工作。造成大壩出現安全隱患的因素有很多，具體包括：①進行大壩洪水位的設計時導致水位偏低，大壩內的設備工作失靈造成洪水漫頂的發生，帶來安全事故的發生；②建筑大壩的地理位置環境的復雜，導致大壩基礎不穩定和出現意外的結構變形事故；③大壩出現地下滲漏情況，導致壓力過高、滲流量不斷增大，滲透坡度過大導致安全事故發生；④大壩經過多年的使用，會出現老化、建筑材料出現開裂、腐蝕、風化的情況，進行大壩施工時質量問題都會導致安全隱患的發生。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。第一類是由設計、施工和自然因素引起，一旦大壩建成就已確定了的，如設計洪水位偏低、混凝土標號過低、未考慮地震荷載等；第二類是設計、施工中的不完善在運行中得不到改正，或者說隨著時間的推移和運行管理的不力使設計、施工中的隱患發展為破壞；第三類是在運行、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、金屬結構的銹蝕、水庫調度措施不得力而大壩漫頂等。

三、水庫大壩控制網的建立

每個水庫的建筑結構是不同的，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，溢洪道及引水發電隧洞、電站廠房、升壓站等部分組成。結合水庫的不同特點，GPS網的圖形布設將會靈活的運用點連式、邊連式、網連式和邊點混合連接式。不同的水庫大壩樞紐工程設計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，另外，所處環境和GPS接收機的臺數也將對組網的選擇有直接影響。結合本水庫大壩的實際情況，大壩直線觀測區域的控制點，相對來說是比較少，如果選擇網連式，就會導致沒有足夠的密度，如果選擇點連式，就會導致幾何圖形的強度比較弱，缺少非同步圖形的閉合條件，不能進行單獨的使用過程；還要結合本工程的室外作業量和需要投入的成本，所以，本工程GPS平面控制網選擇邊連式是最合適的方法，并且需要選擇靜態相對定位模式。采用4臺Ashtech 雙頻GPS接收機在大壩上、下游壩坡進行GPS網的布設。在大壩的上、下游采用邊連式的方法將兩臺Ashtech 雙頻GPS接收機進行合理的放置，然后對于衛星和接收機之間的往返時間進行合理的計算，即可得到實際的距離。通過計算，我們可以得到準確的數據，GPS接收機在某一個時間段內，會向衛星發送一長串的偽隨機碼的數字序列，這時接收機也會在這一時間段發出相同的數字序列。當衛星信號傳送到接收機之后，數字序列的傳送時間會較接收機發出信號的時間稍微有一些滯后。時間具體的延續長度就是信號傳送時所需要的時間，然后接收機將這個時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行傳送的，那么這個結果就是接收機到衛星的距離。為了進一步提高這種測量方法的準確性，接收機和衛星都要精確到納秒，并且使選擇的同步時鐘，為了讓衛星定位系統也使用同步時鐘，我們要在衛星及結合搜集上安全原子鐘。通過計算結果，可以證明，這種接收機的靜態定位比較精準，當野外數據采集結束后，可以利用隨機軟件進行有效的數據處理，然后轉換為Rinex格式后，利用Locus Processor Ashtech Solutions GPS數據后處理軟件完成基線解算和網平差，進而可以非常精確的評定，最后經過GPS網數據處理的結果可以看出，本工程GPS網能夠到達以及GPS網精度要求，從而有效監測到了大壩的水平位移數據，確保大壩安全。

四、建立水庫大壩的水準高程控制網

工程測繪中的GPS測繪技術分為初、中、高級，初級是由快速靜態或GPS靜態的方法進行沿線的整體控制，中級被廣泛應用于堤壩、閘門、渠道等區域，并在這些區域進行施工控制。高級就是在進行工程測繪時采用的PTK技術，就是大家所指的實時動態定位技術。由此可見，GPS測繪技術要不斷的進行更新和優化，以滿足實際需求。目前GPS技術被眾多的行業所應用，工程測繪過程中對其應用最多。株樹橋水庫大壩在工程測繪中就運用了這項技術。這有助于流動站的接收機更好的進行GPS數據的觀測，還能夠有效的接收到基準站的信息，并且對系統內的差分觀測值進行妥善處理，之后就可以計算出來自基準站和流動站的基線向量。常用的水準的測量方法可以采用幾何水準測量和三角高程測量兩種方法，進行株樹橋水庫大壩項目工程的高程控制網采用水準測量法進行建立。水準路線由閉合水準路線、附合水準路線、支水準路線和水準網組成，根據株樹橋水庫大壩加固工程的具體情況和大壩測區平面控制網的布設情況出發，本工程適宜采用附合水準路線進行布設。株樹橋水庫大壩采取沉降觀測、三角控制來對大壩外部運行進行高程觀測，水準點比較多，單個控制點也比較相對固定。于是，本工程的水準高程控制網采用DS3水準儀。本工程采用的是雙面尺進行水準測量，依據“后前前后”或“黑黑、紅紅”的順序進行水準尺的數據讀取。該水庫大壩測區的范圍比較多，進行各種測量時的要求是比較高的，進行區域內的沉降測量，因此進行水準路線的數據處理方法要采用閉合水準路線方法進行：①對高差閉合差和容許值進行計算。不僅要依據高差閉合差進行計算，而且要與本工程的測站總數的高差閉合差進行結合，保證測量精度的準確性。②進行高差閉合差的調整。把閉合差反號和距離按比例分配都各段高差中。③進行改正后高差計算。取各測段高差與該測段的改正數的代數和。④進行各個待定點的高程計算。按順序東第一個待定點開始，把已知點高程加第一測段改正后高差，就是第一點高差，其他高程計算也是如此。

五、結束語

通過水庫調節，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田枯水期灌溉用水，還可使下游瀏陽河9個梯級電站(已建成2級)增加保證出力和發電量3587千瓦時和2500萬千瓦時，全市電力緊張狀況也可得到緩和。不難發現，施工控制網的布設是水庫大壩進行施工建設的基礎工作，可以為水庫大壩的外部原型觀測提供精準的數據，有效的進行壩體位置的控制。GPS控制網對建設施工過程中的材料和工程改造量有直接的影響，關系到整個工程的經濟效益，并且GPS控制網還能夠為現場施工提供便利條件，避免了不必要的施工和費用的浪費，能夠大大提高工作人員的整體工作效率和社會經濟效益。

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

[2]大中型水庫工程勘測設計階段測量控制網的設計與實現[J].劉非,吳凱.低碳世界.2015(31).

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