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2023年浅谈工程测量在水利枢纽工程中的应用 浅谈工程测量在水利枢纽工程中的应用 魏焰展(福建省漳州市水利水电勘测设计研究院,邮编363000) 摘要:随着测绘技术的迅猛发展,工程测量的方法和技术也在不断地进步和更新。结合工程测量在水利枢纽工程中的应用,本文概括了工程测量的相关理论,并阐述了工程测量在水利枢纽工程应用中的特点。关键词:工程测量;水利枢纽工程 1概述 水利工程源远流长。公元前21世纪禹奉命治理洪水，已有“左准绳，右规矩”，用以测定远近高低。20世纪50年代以后，测量工作吸收各种新兴技术，发展更加迅速，出现许多先进的测量仪器，为工程测量在水利枢纽工程中提供了先进的技术和工具，向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利条件。2流域规划阶段的测量 由于流域规划是在整个流域地区进行，因此，不仅要对河流中径流的水利资源进行规划，同时也要对该区域地下水源进行规划。流域规划的主要内容之一是制定河流的梯级开发方案，合理地选择枢纽的位置和分布。在进行梯级布置时，不仅需要在地形图上确定合适的位置，而且还应确定各水库的正常高水位。为此，测量人员应提供该流域内的地形图、河流纵横断面图以及河谷地形图。可收集国家基本图或其他勘测单位的现有图提供设计使用。在收集资料时，除具体成果、成图外，还应收集下列资料：施测单位、时间、作业规范，标石耐久程度和保存情况，实测结果所达到的各项精度指标，所采用的坐标系统等。根据需要有时还要测定河流水面高程，测定局部地区河流的横断面及水下地形图。 2.1河流水面高程的测定 尽管在河流上每隔一定的间距设有水文站，但要详细了解河流水面的变化特征，仅靠水文站的观测是不够的。因此，还必须沿河流布设一定数量的水位点，以测定水面高程及其变化，水位点应尽可能位于河流水面变化的特征处。水位点的密度应根据河流的比降、落差、横断面形态变化等来确定，同时也要考虑各设计阶段的要求。为了测定水面高程，首先沿河流建立统一的高程控制，然后再设立水位点进行水位观测。建立高程控制时，通常是在河流沿线布设一定数量的高程控制点，它们应尽可能布设在靠近河岸但又不致被洪水淹没、较为稳定的地点，且最好与待测水位点位于同岸；它们的分布尽量与水位点的位置相对应。控制点的高程一般采用等级几何水准法测定，其精度要求要视地形条件、水面比降和路线长度而定。 2.2横断面测量 对垂直于路线中线方向的地面高低所进行的测量工作称为横断面测量。横断面的位置一般可根据设计用途由设计人员会同测量人员先在地形图上选定，然后再现场确定。横断面应尽量选在水流比较平缓且能控制河床变化的地方。为方便于水深测量，横断面应尽可能避开急流、险滩、悬崖、峭壁，断面方向应垂直于河槽。横断面的间距视河流大小和设计要求而定，一般在重要的城镇附近、支流入口，水工建筑物上、下游和河道大转弯处等都应加设横断面；而对于河流比降变化和河槽形态变化小、人口稀少和经济价值低的地区，可适当放宽黄断面的间距。横断面的位置在实地确定后，应在断面两端设立断面基点或在一端设立一个基点并同时确定断面线的方位角。断面基点应埋设在最高洪水位以上，并与控制点联测，以确定其平面位置和高程。断面基点平面位置的测定精度不低于编制纵断面图使用的图根控制精度；高程一般应以等外水准测定。当地形条件限制无法测定断面点的平面位置和高程时，可布设成平面基点和高程基点，分别确定其平面和高程。横断面的编号可以从某一建筑物的轴线或支流入口处由上游向下游或下游向上游的顺序统一编号，并在序号前冠以河流名称或代号，还应注出横断面的里程桩号。横断面常用的方法有：断面索法、交会法、GPS(RTK)法等。 横断面测量的精度要求：横断面地形点的精度，包括地形点对中心线桩的平面位置中误差：平地、丘陵地应±1.5m，山地、高地应±2.0m；地形点对邻近基本高程控制点的高程中误差应±0.3m。 横断面测量的测设要求： 1、中心线与河道、沟渠、道路等交*时，应测出中心线与其交角。当交角大于85°、小于95°时，可只沿中心线施测一条所交渠、路的的横断面；当交角小于85°或大于95°时，应垂直于所交渠、路和沿中心线方向各测一条断面。2横断面通过居民地时，一侧测至居民地边缘，并注记村名，另一侧应适当延长。横断面遇到山坡时，一侧可测至山坡上12点，另一侧适当延长。3横断面上地形点密度，在平坦地区最大点距不得大于30m。地形变化处应增加测点，提高横断面的精度。 外业工作结束后，应对观测成果进行整理，检查和计算各测点的起点距，由观测时的工作水位和水深计算各测点的高程，然后将河道横断面图按一定的比例通过ca等软件在计算机上绘制并打印。 2.3纵断面编绘 河道纵断面是指沿着河流深泓点（即河床最低点）剖开的断面。用横坐标表示河长，纵坐标表示高程，将这些深泓点连接起来，就得到河底的纵断面形状。在河流纵断面图上应表示出河底线、水位线以及沿河主要居民地、工矿企业、铁路、公路、桥梁、水文站等的位置和高程。 河流纵断面图一般是利用已有的水下地形图、河流横断面图及有关水文资料进行编绘的，其基本步骤如下： 1、量取河道里程 2、换算同时水位，按距离成正比计算各点水位改正数的方法（由上游水位计算：Hm=HA-(HA-HB)/L*l1，由下游水位计算：Hm=HB+(HA-HB)/L*l2，hm= Hm-Hm。式中Hm中间点的水位改正数、Hm中间点处的观测水位、hm中间点处的同时水位、HA上游水位改正数、HB下游水位改正数、L上下游间水平距离、l1上游到中间点的水平距离、l2下游到中间点的水平距离） 3、编制河道纵断面表 4、绘制河道纵断面图 3水利枢纽工程设计阶段的测量 水利枢纽工程设计阶段的测量工作主要包括：各种比例尺的地形图测绘、水库淹没界线测量、地质勘察测量和控制测量等。 3.1控制测量 为保证工程设计阶段各项测绘工作的顺利进行，需在工程设计区域建立精度适当的控制网。控制测量的目的就是为了地形图测绘和各种工程测量提供控制基础和起算基准。控制网具有控制全局、限制测量误差累积的作用，是各项测量工作的依据。控制测量应遵循从高级到低级、由整体到局部、逐级控制、逐级加密的原则。控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。平面控制网常用三角测量、导线测量、三边测量和边角测量等方法建立，目前，由于GPS技术的推广应用，利用GPS建立平面控制网已成为主要方法。高程控制网主要用水准测量和三角高程测量方法建立。 3.2数字化测图 3.2.1 数字化地形测量的仪器设备硬件条件数字化地形测量的仪器设备从控制测量到成果成图输出大致需要GPS接收机、全站仪、计算机、绘图仪以及与之相关的平差计算成图软件、数据传输、交换附件、通讯器材等。仪器设备配置水平较常规地形测量是一个质的飞跃。 3.2.2 数字化地形测量工作的人员素质条件数字化地形测量的技术人员应当熟练掌握测量专业技术、熟练掌握计算机及测绘软件的应用技术,这对测量人员的技术素质提出了更高的要求。 3.2.3 作业方法 在生产工序上,数字化地形测量不一定要遵守“先控制、后测图”的原则,控制测量、碎部测图可以同时进行,甚至可以是先测图后控制,只是后者需将碎部成图以控制点为基准借助成图软件进行测站(图形)纠正。在控制点点之记的制作上,数字化地形测量不一定要将其作为一个专门工作来进行,可依据最终成图编绘点之记。碎部测图在数字化地形测量中只是个数据采集的过程,成图大量的工作量从外业转移到了内业,目前,碎部成图作业方法较多,因人而异。笔者认为较为成熟的方法是简码法,特点是成图数学精度好、地物地貌要素详尽、作业效率较高。 3.2.4 简码法数字化地形测量及其作业流程 简码法是数字化地形测量过程中,观测员给每一个碎部测点赋于一个自定义编码,并依据这种自定义编 码编图成图的一种数字化地形测量方法。 简码法数字化测图作业流程为:外业数据采集(自定义编码)内业概略编图草图外业补充调绘内业详细编图外业巡回检查最终成果成图。分述如下: 外业数据采集:该环节重点是碎部点三维坐标与自定义编码采集,强调碎部点的数学精度、采集数量和自定义编码的可自我识别程度、强调测站与棱镜之间通讯联系,而不必过分关注碎部点间的连接关系。在同一个测站上,只要能看到而视线又不是过长,宜及时采集,不必频繁搬站。自定义编码不必过于严格,只要编图时作业员自己能够识别即可,完全根据作业员的习惯和自我条件决定。值得注意的是:由于自定义编码具有一定的随便性,在增加了自我识别难度的同时,也使其具有相当的灵活性和可开发性。 内业概略编图:既然是概略编图,其原则应该定为能识别多少就编多少,能编到什么程度就编到什么程度,不能识别的在外业补充调绘时处理。这一环节只需要编出有基本轮廓的平面草图,该草图只作为外业补充调绘的工作底图,绘图输出时应包括碎部点的简码信息,最好先不要绘出等高线。 草图外业补充调绘:该环节以带简码的基本平面图为工作底图,对照实地补充绘图,加上必要的量测,应理清地物、地貌要素的属性、各种线条间的连接关系等。外业补充调绘成果图在内容上已经是详细的平面图了。 内业详细编图:根据外业补充调绘成果图修编概略草图,在此基础上构高程模型三角网绘等高线生成初步地形图。绘图输出时最好将高程模型三角网和等高线一并绘出,作为外业巡回检查的工作底图。外业巡回检查:重点是高程模型三角网的检查与修编,以及植被、境界类符号补充调绘与检查、初步成果地形图外业最终检查等。 最终成果成图:根据外业巡回检查成果图再次修编初步成果地形图,以及图面整饰图帼分幅等。人员组织:数字化地形测量的一个作业组采用简码法时宜按一名技术员+一名测量工人编制,一个项目由多个作业组施测时需专设一名核心技术人员负责质量检查、成果资料汇总、电脑维护等。 3.3水库淹没界线测量 测设移民线、土地征用线、土地利用线、水库清理线等各种水库淹没、防护、利用界线的工作称为水库淹没界线测量。这些界线以设计正常蓄水位为基础，结合浸没、塌岸、风浪影响等因素综合确定，根据需要测设其中的一种、几种或全部。边界线的测设工作通常由测量人员配合水工设计人员和地方政府机关共同进行，其中测量人员的主要任务是用一系列的高程标志点将水库的设计边界线在实地标定下来，并委托当地有关部门或村民保管。界桩分为永久桩和临时桩两类。界线通过厂矿区或居民点时，在进出处各设一各永久桩，内部若干米测设一个临时桩，主要街道标出界线通过的实际位置。大片农田及经济价值较高的林区，一般每隔23km测设一个永久桩，再以临时桩加密到能互相通视。只有少量庄稼的山地，可只测设临时桩显示界线通过的位置。经查勘确定不予利用的永久冻土地、大片沼泽地、陡峭坡地等经济价值很低的地区，可不测设界桩。在通常情况下，一般采用几何水准法和经纬仪高程导线法进行，目前随着空间技术的迅速发展，RTK技术定位得到广泛应用。 3.4地质勘察测量 配合水利工程地质勘察所进行的测量工作称为地质勘察测量。其基本任务： 1、为坝址、厂址、引水洞、水库、堤线、料场、渠道、排灌区的地质勘察工作提供基本测量资料； 2、主要地质勘探点的放样； 3、联测地质勘探点的平面位置、高程和展绘上图。具体工作包括：钻孔测量、井峒测量、坑槽测量、地质点测量、剖面测量等。 3.5河道测量 河道测量主要内容包括：平面、高程控制测量；河道地形测量；河道纵、横断面测量；测时水位和历史洪水位的联测；某一河段瞬时水面线的测量；沿河重要地物调查或测量。 4水利枢纽工程的施工阶段测量 水利枢纽的技术设计批准以后，即可着手编制各项工程的施工详图。水利枢纽工程施工阶段的测量工作主要包括：施工控制测量、大坝的施工放样、水工隧洞施工测量、水电站厂房施工测量、金属结构安装测量等 4.1施工控制测量 建立施工控制网的主要目的是为建筑物的施工放样提供依据，所以必须根据施工总体布置图和有关测绘资料来布设。另外，施工控制网业可为工程的维护保养、扩建改建提供依据。施工控制测量分为：平面控制网的建立，一般按两级布设，即基本网和定线网；高程控制网的建立，由于勘测期间建立的高程控制点在点位分布和密度方面往往不能满足施工的要求，因此必须进行适当的加密，也分两级布设基本网和临时性作业水准点。 4.2大坝的施工放样 大坝施工放样的主要步骤有：坝轴线的测设、清基中的放样工作、坝体分块控制线的测设、坝体浇筑中的放样工作 4.3水工隧洞施工测量 水工隧洞按其作用可分为：引水发电洞、输水洞、支洞、泄洪洞、导流洞等，其中测量精度要求最高的是发电洞及其支洞。隧洞施工测量的主要内容包括：洞外控制测量、洞内控制测量、联系测量、隧洞中心线放样、开挖断面和衬砌断面的放样等 4.4水电站施工测量 水电站厂房施工测量的主要内容包括：厂房施工控制网的建立、基础开挖测量、厂房建筑放样测量等。在建立厂房控制网时，其点位精度和点位分布都应考虑机组的安装测量。 4.5金属结构安装测量 在水电工程中，闸门、压力管道、机组设备等都是金属构件，其安装测量的精度一般较高，要建立独立的控制网，须与轴线关系保持一致。 5水利枢纽工程的变形监测 变形监测的主要观测项目：水平位移观测、垂直位移观测、挠度观测、裂缝观测、应力/应变观测、分层沉降观测、倾斜观测、渗流观测、温度观测、检查观测、滑坡崩岸观测。 变形观测的精度和周期在制定变形观测方案时，首先要确定精度要求。对于不同的监测目的所要求的观测精度不同。观测周期与工程的大小、测点所在位置的重要性、观测目的以及观测一次所需时间的长短有关。及时进行第一周期的观测有重要的意义。 观测资料的整编和分析资料整编的主要内容包括：收集资料、审核资料、填表和绘图、编写整编成果说明。观测资料分析其目的是对水利工程系统和各项水工建筑物的工作状态做出评估、判断和预测，达到有效地监视建筑物安全运行的目的。常用的分析方法有：作图分析、统计分析、对比分析、建模分析。结语 伴随着测绘新技术的不断进步,现代水利枢纽工程测量必将朝着测量内外作业一体化、数据获取及处理自动化、测量过程控制和系统行为智能化、测量成果和产品数字化、测量信息管理可视化、信息共享和传播网络化的趋势发展。 参考文献 1张正禄,李广云,潘国荣等.工程测量学M.武汉:武汉大学出版社,2023. 2 高井祥,肖本林,付培义等.数字测图原理与方法M.江苏:中国矿业大学出版社,2023. 浅谈工程测量在水利枢纽工程中的应用 水利枢纽工程认识有感 水利枢纽工程认识有感 水利枢纽工程认识有感 水利枢纽工程认识有感 水利枢纽工程认识有感 试析综合物探在水利枢纽工程坝址勘探中的应用和意义 试析综合物探在水利枢纽工程坝址勘探中的应用和意义 海南红岭水利枢纽工程 肯斯瓦特水利枢纽工程