分析測(cè)繪技術(shù)在水庫大壩外部原型觀測(cè)中的參照

1、分析測(cè)繪技術(shù)在水庫大壩外部原型觀測(cè)中的參照【摘 要】社會(huì)經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在不斷的 進(jìn)步，我國在測(cè)繪技術(shù)方面也開始不斷增強(qiáng)技術(shù)的投入，并 且測(cè)繪技術(shù)能夠在很多的救災(zāi)搶險(xiǎn)和災(zāi)后重建工程中起到 重要的作用。當(dāng)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(jīng)常存在一些安全問題，因此，進(jìn)行水庫 大壩的觀測(cè)工作是非常必要的，本篇文章對(duì)于株樹橋水庫大 壩外部原型觀測(cè)工程的控制網(wǎng)建立過程進(jìn)行闡述，并且對(duì)控 制測(cè)量的理論知識(shí)進(jìn)行分析， 對(duì) GPS 測(cè)量的布網(wǎng)建立進(jìn)行討 論，充分的將測(cè)量技術(shù)運(yùn)用在水庫大壩觀測(cè)過程中。【關(guān)鍵詞】測(cè)繪技術(shù)；水庫大壩；原型觀測(cè)； 參照 引言 我國的河流和水域比較眾多，

2、水庫是我國重要的水利基 礎(chǔ)設(shè)施， 在進(jìn)行社會(huì)建設(shè)的過程中， 水庫發(fā)揮著重要的作用， 水庫大壩的修建可以有效的進(jìn)行洪澇災(zāi)害的防止，并且能夠 合理調(diào)節(jié)下游用水，水庫大壩的安全管理問題是至關(guān)重要 的，因此我們要不斷完善水庫的管理制度，及時(shí)有效的掌握 水庫的水位動(dòng)態(tài)，進(jìn)而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并采取有效措施 進(jìn)行治理，使水庫大壩的安全得到保障。本篇文章將針對(duì)株 樹橋水庫大壩外部原型觀測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行關(guān)于測(cè)繪技術(shù)的探討，希望可以為相關(guān)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(nèi)，位于湘水一級(jí)支流 瀏陽河南源小溪河下游，屬大型水庫。下距瀏陽城區(qū)33公里， 1986 年 10 月興建，

3、1992 年 10 月竣工。水庫以供水、 發(fā)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，？味口 ？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(zhǎng) 沙市最大的水庫。水庫因位于暴雨區(qū)，且下游有瀏陽城區(qū)， 省會(huì)長(zhǎng)沙市及京廣鐵路， 防洪標(biāo)準(zhǔn)按百年一遇洪峰流量 2980 秒立米設(shè)計(jì)，萬年一遇洪峰流量 5540 秒立米校核。由此可 以見，對(duì)于株樹橋水庫進(jìn)行大壩觀測(cè)運(yùn)行工作是非常必要 的，不僅可以保證水庫能夠正常運(yùn)行，還可以使下游的居民 能夠安全穩(wěn)定的生活。二、大壩外部原型觀測(cè)概述及意義 大壩樞紐工程外部觀測(cè)是大壩原型觀

4、測(cè)的主要內(nèi)容，通 過觀測(cè)可綜合、直觀的反應(yīng)大壩安全系數(shù)，從而有效地監(jiān)測(cè) 大運(yùn)安全運(yùn)行。目前株樹橋水庫采取的對(duì)大壩外部觀測(cè)的方 式有：直線觀測(cè)、 沉降觀測(cè)、三角觀測(cè)、量水堰水位觀測(cè)、 ？128 米處滲流量及庫水位監(jiān)測(cè)，其中的任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)在一定范圍 內(nèi)且有規(guī)律的變化，則直接可以體現(xiàn)出大壩運(yùn)行的異常，導(dǎo) 致大壩失事。因此，要按時(shí)對(duì)大壩外部進(jìn)行觀測(cè)，其目的在 于及時(shí)掌握大壩運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，預(yù)防大壩失 事，確保下游幾百萬人口的生命、財(cái)產(chǎn)安全。水庫大壩是一種特殊的基礎(chǔ)設(shè)施建筑物，進(jìn)行水庫大壩 建設(shè)的投資時(shí)比較大的，而且如果一旦出現(xiàn)大壩失事的情況 會(huì)造成無法估量的后果，帶來的災(zāi)難是非常嚴(yán)重的。大

5、壩的 結(jié)構(gòu)、邊界條件和建設(shè)環(huán)境都是非常復(fù)雜的。進(jìn)行大壩的設(shè) 計(jì)施工、運(yùn)行維護(hù)是需要具有一定的經(jīng)驗(yàn)的，而且所要涉及 的內(nèi)容是比較廣泛的，這要求我們一定要高度重視對(duì)大壩外 部原型的觀測(cè)，對(duì)其進(jìn)行安全觀測(cè)，才能保證大壩正常穩(wěn)定 的工作。造成大壩出現(xiàn)安全隱患的因素有很多，具體包括： 進(jìn)行大壩洪水位的設(shè)計(jì)時(shí)導(dǎo)致水位偏低，大壩內(nèi)的設(shè)備工 作失靈造成洪水漫頂?shù)陌l(fā)生，帶來安全事故的發(fā)生；建筑 大壩的地理位置環(huán)境的復(fù)雜，導(dǎo)致大壩基礎(chǔ)不穩(wěn)定和出現(xiàn)意 外的結(jié)構(gòu)變形事故；大壩出現(xiàn)地下滲漏情況，導(dǎo)致壓力過 高、滲流量不斷增大，滲透坡度過大導(dǎo)致安全事故發(fā)生； 大壩經(jīng)過多年的使用，會(huì)出現(xiàn)老化、建筑材料出現(xiàn)開裂、腐 蝕、風(fēng)化

6、的情況，進(jìn)行大壩施工時(shí)質(zhì)量問題都會(huì)導(dǎo)致安全隱 患的發(fā)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(shè)計(jì)、施工和自然因素引起，一旦大壩建成就已 確定了的，如設(shè)計(jì)洪水位偏低、混凝土標(biāo)號(hào)過低、未考慮地 震荷載等；第二類是設(shè)計(jì)、施工中的不完善在運(yùn)行中得不到 改正，或者說隨著時(shí)間的推移和運(yùn)行管理的不力使設(shè)計(jì)、施 工中的隱患發(fā)展為破壞；第三類是在運(yùn)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(jié) 構(gòu)的銹蝕、水庫調(diào)度措施不得力而大壩漫頂?shù)?。三、水庫大壩控制網(wǎng)的建立 每個(gè)水庫的建筑結(jié)構(gòu)是不同的，用途也是不一樣的，株 樹橋

7、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(fā)電隧洞、電站廠房、升壓站等部分組成。結(jié)合水庫 的不同特點(diǎn)， GPS 網(wǎng)的圖形布設(shè)將會(huì)靈活的運(yùn)用點(diǎn)連式、邊 連式、網(wǎng)連式和邊點(diǎn)混合連接式。不同的水庫大壩樞紐工程 設(shè)計(jì)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(wǎng)，另外，所處環(huán)境和 GPS 接收機(jī)的臺(tái)數(shù)也將對(duì)組網(wǎng)的選 擇有直接影響。結(jié)合本水庫大壩的實(shí)際情況，大壩直線觀測(cè) 區(qū)域的控制點(diǎn)，相對(duì)來說是比較少，如果選擇網(wǎng)連式，就會(huì) 導(dǎo)致沒有足夠的密度，如果選擇點(diǎn)連式，就會(huì)導(dǎo)致幾何圖形 的強(qiáng)度比較弱，缺少非同步圖形的閉合條件，不能進(jìn)行單獨(dú) 的使用過程；還要結(jié)合本工程的室外作業(yè)量和需要投入的成

8、 本，所以，本工程 GPS 平面控制網(wǎng)選擇邊連式是最合適的方 法，并且需要選擇靜態(tài)相對(duì)定位模式。采用 4 臺(tái) Ashtech 雙 頻 GPS 接收機(jī)在大壩上、下游壩坡進(jìn)行 GPS 網(wǎng)的布設(shè)。在 大壩的上、 下游采用邊連式的方法將兩臺(tái) Ashtech 雙頻 GPS 接收機(jī)進(jìn)行合理的放置，然后對(duì)于衛(wèi)星和接收機(jī)之間的往返時(shí)間進(jìn)行合理的計(jì)算，即可得到實(shí)際的距離。通過計(jì)算，我 們可以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)， GPS 接收機(jī)在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，會(huì) 向衛(wèi)星發(fā)送一長(zhǎng)串的偽隨機(jī)碼的數(shù)字序列，這時(shí)接收機(jī)也會(huì) 在這一時(shí)間段發(fā)出相同的數(shù)字序列。當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)傳送到接收 機(jī)之后，數(shù)字序列的傳送時(shí)間會(huì)較接收機(jī)發(fā)出信號(hào)的時(shí)間稍 微有一些

9、滯后。時(shí)間具體的延續(xù)長(zhǎng)度就是信號(hào)傳送時(shí)所需要 的時(shí)間，然后接收機(jī)將這個(gè)時(shí)間值乘以光速就得出了信號(hào)傳 送的具體距離。如果信號(hào)是通過直線方式進(jìn)行傳送的，那么 這個(gè)結(jié)果就是接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。為了進(jìn)一步提高這種測(cè) 量方法的準(zhǔn)確性，接收機(jī)和衛(wèi)星都要精確到納秒，并且使選 擇的同步時(shí)鐘，為了讓衛(wèi)星定位系統(tǒng)也使用同步時(shí)鐘，我們 要在衛(wèi)星及結(jié)合搜集上安全原子鐘。通過計(jì)算結(jié)果，可以證 明，這種接收機(jī)的靜態(tài)定位比較精準(zhǔn)，當(dāng)野外數(shù)據(jù)采集結(jié)束 后，可以利用隨機(jī)軟件進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理，然后轉(zhuǎn)換為 Rinex 格式后，利用 Locus Processor Ashtech Solutions GPS 數(shù) 據(jù)后處理軟件完成基

10、線解算和網(wǎng)平差，進(jìn)而可以非常精確的 評(píng)定，最后經(jīng)過 GPS 網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以看出，本工程 GPS網(wǎng)能夠到達(dá)以及 GPS網(wǎng)精度要求，從而有效監(jiān)測(cè)到了大 壩的水平位移數(shù)據(jù)，確保大壩安全。四、建立水庫大壩的水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)工程測(cè)繪中的GPS測(cè)繪技術(shù)分為初、中、高級(jí)，初級(jí)是 由快速靜態(tài)或 GPS 靜態(tài)的方法進(jìn)行沿線的整體控制， 中級(jí)被 廣泛應(yīng)用于堤壩、閘門、渠道等區(qū)域，并在這些區(qū)域 ?M 行 施工控制。 高級(jí)就是在進(jìn)行工程測(cè)繪時(shí)采用的 PTK 技術(shù)，就 是大家所指的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。由此可見， GPS 測(cè)繪技術(shù) 要不斷的進(jìn)行更新和優(yōu)化， 以滿足實(shí)際需求。 目前 GPS 技術(shù) 被眾多的行業(yè)所應(yīng)用，工程

11、測(cè)繪過程中對(duì)其應(yīng)用最多。株樹 橋水庫大壩在工程測(cè)繪中就運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)。這有助于流動(dòng) 站的接收機(jī)更好的進(jìn)行 GPS 數(shù)據(jù)的觀測(cè)， 還能夠有效的接收 到基準(zhǔn)站的信息，并且對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的差分觀測(cè)值進(jìn)行妥善處 理，之后就可以計(jì)算出來自基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的基線向量。常 用的水準(zhǔn)的測(cè)量方法可以采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè) 量?jī)煞N方法，進(jìn)行株樹橋水庫大壩項(xiàng)目工程的高程控制網(wǎng)采 用水準(zhǔn)測(cè)量法進(jìn)行建立。水準(zhǔn)路線由閉合水準(zhǔn)路線、附合水 準(zhǔn)路線、支水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)網(wǎng)組成，根據(jù)株樹橋水庫大壩加 固工程的具體情況和大壩測(cè)區(qū)平面控制網(wǎng)的布設(shè)情況出發(fā)， 本工程適宜采用附合水準(zhǔn)路線進(jìn)行布設(shè)。株樹橋水庫大壩采 取沉降觀測(cè)、三角控制來對(duì)大

12、壩外部運(yùn)行進(jìn)行高程觀測(cè)，水 準(zhǔn)點(diǎn)比較多，單個(gè)控制點(diǎn)也比較相對(duì)固定。于是，本工程的 水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)采用 DS3 水準(zhǔn)儀。本工程采用的是雙面尺進(jìn) 行水準(zhǔn)測(cè)量，依據(jù)“后前前后”或“黑黑、紅紅”的順序進(jìn) 行水準(zhǔn)尺的數(shù)據(jù)讀取。該水庫大壩測(cè)區(qū)的范圍比較多，進(jìn)行 各種測(cè)量時(shí)的要求是比較高的，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)的沉降測(cè)量，因 此進(jìn)行水準(zhǔn)路線的數(shù)據(jù)處理方法要采用閉合水準(zhǔn)路線方法 進(jìn)行：對(duì)高差閉合差和容許值進(jìn)行計(jì)算。不僅要依據(jù)高差 閉合差進(jìn)行計(jì)算，而且要與本工程的測(cè)站總數(shù)的高差閉合差 進(jìn)行結(jié)合，保證測(cè)量精度的準(zhǔn)確性。進(jìn)行高差閉合差的調(diào) 整。把閉合差反號(hào)和距離按比例分配都各段高差中。進(jìn)行 改正后高差計(jì)算。取各測(cè)段高差與該測(cè)

13、段的改正數(shù)的代數(shù) 和。進(jìn)行各個(gè)待定點(diǎn)的高程計(jì)算。按順序東第一個(gè)待定點(diǎn) 開始，把已知點(diǎn)高程加第一測(cè)段改正后高差，就是第一點(diǎn)高 差，其他高程計(jì)算也是如此。五、結(jié)束語通過水庫調(diào)節(jié)， 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(nóng)田枯水期灌溉用水，還可使下游瀏陽河 9 個(gè)梯級(jí) 電站（已建成 2 級(jí)）增加保證出力和發(fā)電量 3587 千瓦時(shí)和 2500 萬千瓦時(shí)， 全市電力緊張狀況也可得到緩和。 不難發(fā)現(xiàn)， 施工控制網(wǎng)的布設(shè)是水庫大壩進(jìn)行施工建設(shè)的基礎(chǔ)工作，可 以為水庫大壩的外部原型觀測(cè)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，有效的進(jìn)行 壩體位置的控制。 GPS 控制網(wǎng)對(duì)建設(shè)施工過程中的材料和工 程改造量有直接的影響，關(guān)系到整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益，并且 GPS 控制網(wǎng)還能夠