黨河水庫除險加固工程測繪技術探討

張永勝

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司,甘肅 蘭州730000）

0.概述

黨河水庫工程是一座以防洪、灌溉、排沙為主兼顧發電的中型水庫，總庫容4.64×107m3，壩址以上控制流域面積1.66×104km2，多年平均徑流量2.927×108m3。始建于1971年，一期工程于1975年投入運行，并于1979年副壩發生漫頂潰決，后經加高擴建和多次加固達到現狀規模。樞紐工程等別為Ⅲ等，現主要建筑物由主壩、1#副壩、2#副壩、輸水發電洞、排沙泄洪洞、溢洪道、水電站等組成，主要建筑物級別為3級。水庫存在的主要病險為：防洪標準不滿足規范要求；主壩左右壩肩壩坡較陡，抗滑和抗震穩定性不滿足規范要求；主壩左壩肩存在F2斷層，當水庫水位達到1428.00m時下游漏水嚴重；2#副壩0+175～0+230段和0+250～0+272段滲漏特別嚴重，局部產生管涌；排沙泄洪洞兩側護坡多處發生不均勻沉降，裂縫眾多，影響安全；水電站金屬結構磨損、老化嚴重。

1.工程測量范圍及要求

測量范圍為庫區、大壩、輸水洞、泄洪洞及渣場。勘測的精度應按照《水利水電工程測量規范》（SL197－2013）及相關規程、規范執行。根據地質、設計、施工專業需求，首級控制完成后，進行弱水大道線路放樣測量，隨后進行1∶500、1∶2000地形圖測繪和縱橫斷面測量。

2.起算測量數據可靠性分析

本次平面控制測量起算點采用甘肅省基礎地理信息中心提供的CORS解算點作為平面起算點，布設五等GNSS網。經過檢查DK01-DK02邊長,邊長相對精度為1/177450，規范規定四等GNSS最弱邊相對中誤差為1/40000，所以起算點符合規范要求。

以測區原高程控制點EG17高程為起算高程，以EG18為高程檢查點。經檢查EG18高程1400.685m與敦煌地下水置換EG18高程相同；水利水電工程測量規范表5.1.1規定三等、四等、五等光電測距三角高程及以上等級GNSS點高程，最弱點高程中誤差允許值為h/20即±5cm，所以高程起算點符合規范要求。經分析本次平面控制以DK01、DK02為起算點，高程控制以EG17為起算點。

3.技術路線

本次作業以五等GNSS網為區域首級控制網，GNSS點成對埋設，相鄰點之間保持相互通視，閉合環的邊數小于10條，相鄰點平均邊長為2.09km，最短邊長377.078m，最大邊長4.02km，五等GNSS網觀測按照水利水電工程測量規范4.2.5條的規定執行，衛星截止高度角為15°，同時觀測有效衛星數均多于4顆，觀測時段數1.2，時段長度30min，采樣間隔為5s。觀測作業按照計劃觀測，按要求填寫測量記錄手簿，每時段前后兩次量取儀器高,差值均小于3mm，并取平均數作為儀器高。

RTK作業遵守五等RTK平面控制點測量主要技術要求及圖根RTK控制點測量主要技術要求，采用作業區域均勻分布的4點求解轉換參數并進行高程曲面擬合，用第5個點進行檢查。

三角高程測量時，四等網路線長度3.60km，三角高程最大邊長877.286m。采用對向觀測法，天頂距觀測4個測回，天頂距測回間較差、指標差較差均小于8″；邊長觀測2測回，一測回讀數間較差均小于10mm，測回間較差均小于15mm；同時對邊長進行溫度、氣壓、大氣折光等各項改正。

4.主要技術問題和處理方法

4.1 平面坐標系的選用

由于敦煌地下水置換水源是黨河水庫，依據勘測委托書要求，平面坐標系選用1954年北京坐標系，保證坐標系選用與敦煌地下水置換坐標系統一致。但經過計算，敦煌地下水置換平面坐標系屬于1954年北京坐標系中央子午線為96°成果；而黨河水庫測區坐標屬中央子午線93°，所以需要換帶計算。考慮到換帶后設計人員使用時不方便，同時還要與土地、環保等部門銜接，最后采用2000國家大地坐標系，同時將平面控制點DK01、DK02進行聯測。

4.2 高程系的選用

根據勘測委托書要求，高程系統選用1956年黃海高程系。然而黨河水庫壩頂高程與本次實測高程不一致，經過對變形監測點測量，選取2016－2018年間變形監測成果與2019年作業高程比較（如表1所示），設計要求要與原水庫高程一致，經分析本次成果資料高程值需要整體加0.58m。

表1 2016-2018年間變形監測成果與2019年作業高程比較

5.平面控制網質量評價

5.1 基線解算

GNSS觀測原始數據采用南方GNSS數據處理軟件，進行測站點屬性編輯、基線解算。嚴格設置采樣間隔15s，衛星截止高度角15°，根據基線殘差分布，剔除周跳跳變影響較大的部分基線，使基線閉合差滿足限差要求。

5.2 GNSS網平差計算

利用合格的基線，帶入已知點坐標，采用科傻平差軟件進行平差，包括在WGS84坐標系統下無約束平差和在2000國家大地坐標系下的二維網平差，以及測區平均經度，測區平均高程面的工程面平差。平差數據處理后各項測量指標都符合五等GNSS網的要求，網平差成果滿足本階段勘測任務書以及技術設計書要求。經計算，GNSS網各項精度指標（如表2所示）。根據水利水電工程測量規范表4.1.2最弱相鄰點點位允許中誤差和表4.2.1最弱邊相對中誤差規定，平面坐標成果均滿足規范要求。

表2平面GNSS網各項精度指標

6.高程控制網質量評價

高程網采用南方平差易軟件平差，三角高程邊長進行了溫度、氣壓、大氣折光、加常數、乘常數及地球曲率等改正，具體精度指標（如表3所示）。經計算每千米高差中誤差、路線閉合差都符合規范要求，本次高程測量可以滿足水利水電工程測量規范五等網精度要求。

表3高程控制網各項精度指標

7.地形圖和縱橫斷面測繪

7.1 地形圖測繪方法

地形圖嚴格執行規范，地形、地物標注依據地形圖圖式進行注記，高程點保留也遵循圖式要求。作業時節剛好是黨河水庫排沙期，水庫基本沒有蓄水，水下地形直接采用航飛測繪。壩址區1∶500地形圖采用航空傾斜攝影測量，1∶2000庫區地形圖采用航空正射攝影測量，像控點、特征點采用RTK采集，基站的有效作業半徑均小于5km。作業開始前和結束后均進行已知點檢查，檢核點的平面位置較差均小于圖上0.2mm，高程較差均小于1/5等高距。對作業區的房屋、道路、橋梁、電纜線、通信線都測繪入圖，對河道河床、以及周圍荒草地、林地、果園都圈定范圍線，并在地形圖進行注記。地形圖測繪時，按原來計劃水庫泄洪，航飛基本能測到水庫底面。在實際航飛時水庫已經過了泄洪期，開始蓄水，水位太低，周邊都是淤泥，作業人員根本無法進行水下地形測繪。壩區水下地形根據輸水洞底面高程內插，存在一定的誤差，建議在初步設計階段或施工圖前期，進行水下地形測繪。

7.2 建筑物斷面測量方法

經現場和設計人員溝通后，確定河道縱橫斷面、建筑物縱橫斷面重新測繪完成的1∶500、1∶2000地形圖上截取。水下部分可能有出入，建議在初步設計階段或施工圖前期進行水下實測，以便及時改正。內業整理時通過EXCEL進行建筑物斷面樁號、高程計算，并生成繪圖軟件使用的數據文件。采用計算機輔助制圖，利用斷面圖繪圖程序直接成圖。對于斷面記錄、計算和成圖要進行100%校核。

8.項目中的質量保證措施

在儀器設備和作業人員方面，儀器設備性能優良先進，所使用的各類測繪儀器均在法定單位檢定合格期內，作業人員選用本單位合格的在崗人員進行作業。

在數據生產過程中，每一個環節的質量控制，建立工序檢查制。對產生誤差的生產過程加以控制，對這些生產過程中出現與相關的技術指標和參數規定不符的質量問題進行修改，以達到提高數據質量的目的。

實行二級檢查制度，即過程檢查、最終檢查。一級檢查由隊和項目組共同完成。檢查員認真落實作業員的自查工作，并對成果進行100%檢查。作業員對檢查員提出的修改意見進行100%修改，作業員對自己的成果質量負責到底。二級檢查由工程測繪院工程測量專業主任工負責完成。主任工對作業隊提交的成果進行100%的檢查，作業員對檢查員提出的修改意見進行100%修改。各級檢查意見，作業員進行全面修改，檢查人員復查，認真填寫檢查記錄，并按質量評定標準進行質量評定。

9.結束語

依據既定技術路線，測量作業嚴格按照水利水電工程測量規范要求實施。結合平差計算結果和綜合成果分析：本測量工程起算點選擇合理、起算數據正確；GNSS網型布設合理，點位埋設合理；觀測儀器性能良好，觀測方法規范，觀測記錄完整；計算過程嚴謹，計算結果正確；提交資料齊全、完整；根據抽檢的測繪成果數據分析，其各項指標滿足規范要求。