基于水平測量的水利工程高程控制測量研究

林 軍，陳文坤，艾兵權，吳永江，丁惠明，陳紹榮

（昭通市水利水電勘測設計研究院,云南 昭通 657000）

0 引言

在山區工程測量中,水平高程測量往往會受到山區地形等因素的限制,導致其測量結果產生誤差,而在水利工程的建設施工過程中,水平測量及其高程控制測量的結果對高程測量的進行及其安全性至關重要,近年來,許多專家學者針對水利工程的水平及高程測量開展相關研究。本文以某水利工程為研究背景,建立該水利工程的控制網,采用四等水準測量的方式進行測量,分析該測量方案下,水利工程高程、高差的準確性。

1 工程概況

某水利工程為中型水庫,工程行政區劃屬云南省昭通市中部,建設任務以集鎮和農村人畜生活供水及農業灌溉供水為主,兼有下游村鎮、農田防洪保護作用。水庫壩高78.7 m,壩頂長206 m,壩頂高程2051.7 m,總庫容4992.1 萬m3。水庫樞紐工程主要由混凝土面板堆石壩、輸水隧洞、溢洪洞及泄洪導流隧洞組成,灌溉渠道總長85.87 km。

2 高程控制網布設

采用四等水準測量的方式進行測量,根據相關規范可得,高程水準測量共分為5個等級,各等級的精度要求與技術指標見表1。

表1 各等級的精度要求與技術指標

本研究采用高程控制網對水利工程高程進行測量,首先需建立水利工程的控制網,在不同基本高程控制下,高程控制網的布設方式,基本等高距（h）,測量精度要求見表2。

表2 測量精度要求

根據以上布置方案和精度要求,對該水利工程的水平布置方案進行設計,該水利高程的高程控制網布設方案見圖1。

圖1 高程控制網布設方案

3 結果分析

由于本研究工程項目所在區域為山區,與國家85高程基準等級水準點距離較遠,對測量精度有一定的影響,故本研究采用本省高精度大地水準面模型,對測量數據進行擬合,使高程更加準確。為研究該模型的擬合效果,選取LJ01、LJ02、LJ05、LJ06進行高程精化處理,精化高程處理結果見圖2。由圖可知,精化高程與平差高程間的差距較小,說明采用高精度大地水準面模型對測量數據進行處理后,其準確性較高；其中,LJ01的精化高程與平差高程的差距最大,其值為0.04 m,LJ02的精化高程與平差高程的差距最小,其值為0.007 m。綜合以上分析可得,采用高精度大地水準面模型對測量數據進行處理后,其準確性較高,說明高精度大地水準面模型能有效消除山區等因素帶來的誤差,在實際工程中,可采用高精度大地水準面模型提高測量結果的準確性。

圖2 精化高程處理結果

為分析高精度大地水準面模型對高差的精化效果,對比分析不同測量點的高差值與改正后值,見表3。由表可知,不同測點的高差值具有一定的差異性,最大高差值為37.2290 m,最小高差值為-37.2295 m,說明該測量段地勢起伏較大。不同測量點的高差值改正數具有一定的差異性,但是其改正數均小于0.001 m,說明采用高精度大地水準面模型的精化效果良好,其中,前視點為LJ08,后視點為LJ09的改正后高差值與其高差值間的差值最大,其值為0.000946 m,前視點為LJ04,后視點為BM01的改正后高差值與其高差值間的差值最大,其值為0.000103 m。高精度大地水準面模型得出的改正數均為負值,改正后的高差值大多大于測量高差值,說明改正后的高差值與其實際值相比偏大。綜合以上分析可得,高精度大地水準面模型對高差值的精化效果較好,其高差值的改正數均小于0.001 m,在實際工程中,可采用高精度大地水準面模型消除山區測量的不確定性因素,以減小其測量誤差。

表3 不同測量點的高差值與改正后值

為分析高精度大地水準面模型對高差中誤差的影響,對比分析不同測量點的高差值與高差中誤差,見表4。由表可知,采用高精度大地水準面模型得出的高差中誤差均小于0.003 m,說明該模型有利于改善高程測量的精度。不同測點的高差中誤差具有一定的差異性,其中,當前視點為L9,后視點為L8時,有最大高差中誤差,其值為0.00273 m；當前視點為LJ04,后視點為XBZ時,有最小高差中誤差,其值為0.00052 m。根據相關規范可得,在水平測量中,最大高差中誤差需小于0.005 m,而采用高精度大地水準面模型得出的最大高差中誤差遠小于規范所規定的限值,說明采用該方法得出的高差準確性較高,有利于消除由于山區地勢所帶來的誤差。綜合以上分析可得,高精度大地水準面模型對高差的修正效果較好,可有效降低測量的高差中誤差,在實際工程中,可采用該方法對山區高程進行測量,以減小測量誤差。

表4 不同測量點的高差值與高差中誤差

采用高精度大地水準面模型得出該水利工程的高程及其高程中誤差。結果顯示不同測量點的高程具有一定的差異性,其中,LJ11的高程有最大值,其值為2157.1906 m,LJ01的高程有最小值,其值為1989.5623 m。不同測量點的高程中誤差具有差異性,其中,LJ01的高程中誤差有最小值,其值為0.00105 m,BM03～L8的高程中誤差有最大值,其值為0.0042 m。根據相關規范可得,高程中誤差需小于測圖基本等高距的5%,而本研究所選用的測圖基本等高距為1 m,故其高程中誤差需小于0.005 m,采用高精度大地水準面模型得出的最大高程中誤差為0.0042 m,遠小于規范所規定的限值,說明采用高精度大地水準面模型得出的高程準確性較高。綜合以上分析可得,采用高精度大地水準面模型得出的高差及高程的精度較高,該模型可減小山區地勢對測量帶來的負面影響,提高高程測量的準確性,在實際工程中,采用高精度大地水準面模型對水利工程的高程進行測量的可行性較高。

4 結論

本研究以某水利工程為研究背景,建立該水利工程的控制網,采用四等水準測量的方式進行測量,分析測量方案下的高程、高差測量結果的準確性,得出以下結論：

（1）精化高程與平差高程間的差距較小,說明采用高精度大地水準面模型對測量數據進行處理后,其準確性較高；其中,LJ01的精化高程與平差高程的差距最大,其值為0.04 m,LJ02的精化高程與平差高程的差距最小,其值為0.007 m。

（2）采用高精度大地水準面模型的精化效果良好,其中,前視點為LJ08,后視點為LJ09的改正后高差值與其高差值間的差值最大,前視點為LJ04,后視點為BM01的改正后高差值與其高差值間的差值最大。

（3）采用高精度大地水準面模型得出的最大高程中誤差為0.0042 m,遠小于規范所規定的限值,說明采用高精度大地水準面模型得出的高程準確性較高。