基于三、四等水準測量在水利工程中的技術完善

艾斯克爾·努爾

(新疆阿克蘇地區水利水電勘測設計院，新疆阿克蘇843000)

1 引言

水準測量是水文工作中必不可少的基礎工作之一，是水利工程中接觸較多的基本技能之一。水準測量本身并不復雜，只要嚴格按照操作規程來做，一般能夠順利完成，也能夠滿足基本的精度要求。具體來說，其技術要求包括:①高程系統:三、四等水準測量起算點的高程一般引自國家一、二等水準點，若測區附近沒有國家水準點，也可建立獨立的水準網，這樣起算點的高程應采用假定高程。②布設形式:如果是作為測區的首級控制，一般布設成閉合環線;如果進行加密，則多采用附合水準路線或支水準路線。三、四等水準路線一般沿公路、鐵路或管線等坡度較小、便于施測的路線布設。③點位的埋設:其點位應選在地基穩固，能長久保存標志和便于觀測的地點，水準點的間距一般為1～1.5 km，山嶺重丘區可根據需要適當加密，1個測區一般至少埋設3個以上的水準點。為了更好地利用三、四等水準測量技術為水利工程提供幫助，必須在達到技術要求的基礎上不斷創新，更好的完成測量。

2 三、四等水準測量的誤差問題分析

2.1 儀器整平過程中的誤差

水準測量過程中如果儀器的平整調整不當，就會出現測量誤差。一般在測量過程中儀器平整整時，為便于觀測，都會先確定水準儀的腳架高度，檢查水準儀腳螺旋是否處于合適位置，且處于中間位置，然后再進行測量觀測。但是由于觀測的地理位置影響，很多儀器的平整方式會出現問題，往往不能夠保證架鏡的角度符合規定，從而出現誤差。

2.2 觀測過程中的誤差

各項基礎工作完成后，即可進行觀測。觀測目標尺，要遵循“三點一線”，即目標尺、物鏡上端凸起點、目鏡上端三角凹槽處于同一水平線上。但是如今的觀測只能在固定的范圍之內，對較遠距離的觀測則存在著技術問題，但是有些地段的特殊測量需要近距離測量，如果不能準確提供測量結果，就會為水利工程的施工帶來隱患。

2.3 大氣垂直折光造成的誤差

大氣對測量結果的影響是很大的，往往會使得測量水準有所偏差，水準測量中，由于地面大氣密度在垂直方向上的分布不均勻，因而視線在垂直方向產生了彎曲。彎曲的視線必然會帶來測量結果的偏差，如果前后視線離開地面的高度不同，則視距所通過的大氣密度一般也不同，而彎曲程度也隨之而異。大氣影響較大的地域往往是高原山區，這類地區的水利施工本身就有著很大的難度，所以必須要精準測量，打破大氣對測量的影響。

3 三、四等水準測量在水利工程中的技術完善

3.1 把握調整儀器的基本要領

三、四等水準測量在水利水電工程開工建設前期的作用十分明顯，在水利工程開工建設前期，測量工作都必須按照建設單位的建設規模和要求，以及按照自然條件和預期目的，進行規模設計。在這個階段中的測量工作，主要是為水利工程施工提供各種比例尺的地形圖與地形數字資料，另外還要為工程地質勘探、水文地質勘探以及水文測驗等進行測量。對于水利工程主壩或在地質條件不良的地區進行建設，則還要對地層的穩定性進行觀測。在這樣嚴格的要求之下，調整儀器的技術必須完善，在具體的調整過程中可以根據個人視線高低，決定腳架張開的距離，再用左腳順架腿方向踩緊左面和對面的兩腳架腿，用右手將另一腳架提起，略高于已固定的兩腳架左右移動，使圓氣泡所指的方向同這一腳架相同，再用右腳順架腿方向踩緊，使圓氣泡基本居中，此時左手拇指和中指扣著左邊和對面兩基座螺絲，右手同時扣著右邊另一基座螺絲，三基座螺絲同時相對轉動，很快使圓氣泡居中。看似簡單的測量需要不斷的技術重復以保證儀器調整的速度，能以較快的速度來完成調整，確保測量工作的開展，另外在測量的過程中要時刻注意測量方式的穩定，不要隨意進行儀器調整，避免出現嚴重的誤差。

3.2 延伸觀測長度

三、四等水準測量是水利工程建設階段的重要測量，其測量結果涉及到施工控制、施工放樣、預埋件定位、設備安裝定位、竣工測量、變形監測等。建設單位為履行監理工作職責也需要三、四等水準測量的結果做檢測測量的依據。它是工程質量檢測工作的一個重要組成部分，是工程質量檢測常用的主要技術方法之一，無論是在水利工程建設施工前期還是水利工程施工的運行期，都將進行依靠水準測量。而其測量大多使用相同的儀器設備，執行相同的技術規范。在統一規范的標準下，如果出現觀測誤差就會對整體數據造成影響，所以通過技術調整來延長測量長度是解決問題的一項有效嘗試。以全站儀的測量為例，全站儀測角瞄準與測距接收光路同軸、機座與機身可分離、儀器橫軸與棱鏡同高等特性設計，為用全站儀進行三、四等水準測量時，進一步放寬視線長度限制提供了可能。電磁波測距高程導線的計算公式為:

式中:s12為觀測邊、α12為觀測垂直角、i1為測站儀器高、v2為鏡站稜鏡高、c12為球氣差系數。由(1)式可知，有效削弱α12、i1、v2等觀測值誤差和球氣差系數c12對高差的影響，可允許觀測邊長s12的誤差適量增大，而電磁波測距的觀測誤差與長度成正比，進而可延長觀測邊視線長度。延長視線長度的觀測方法設計削弱i1、v2量測誤差對高差觀測值的影響。在具體的測量過程中需要注意“控點”布設，“控點”布設的基本原則是“通視良好，易于保護”，另外還有一原則是“控點不宜多”。“控點”以設計提供的點為主，不足時再增設。“控點”的數量以一點控制半徑300～500 m為宜，直線1 000 m范圍內盡量不多于3點。工作中，不要以為設計提供的點都能用作“控點”。另外，要注意站點固定，就是說在某一控點的控制區域內要始終如一地使用該站點;后視點距站點要適當遠，一般≥250 m，(這一后視距能保證在角誤差2″，放樣距離1 000 m時，其平面位移差＜10 mm)，在施工放樣時盡可能地使用“大邊放小邊”的原則。另外，在某一控制區域內站點和后視點一經選定，切勿隨意改變，千萬不要為了方便而“舍遠求近”。

3.3 借鑒測水準閉合法

水利工程竣工后，進入運行管理階段，為了監測大壩安全和穩定的情況，了解其設計是否合理，驗證設計理論是否正確，需要定期地對其位移，沉陷傾斜以及擺動等進行測量。通過觀測取得的第一手資料，可以監測建筑物的狀態變化和工作情況，在發生不正常現象時，及時分析原因，采取措施，防止重大事故的發生，保證水利工程安全運行。在進行驗證的過程中，要避免大氣對測量工作的影響可以對閉合法進行選擇，保證對測量結果的正確。閉合水準是在本測區內無第二個已知高程點或因其他條件限制下才采用的，測這種水準抄高程成果要認真復核，用時要認真檢查，判斷該水準點是否有沉陷和碰動的跡象，若有可想法改測成附和水準，免得造成該測區同其他測區的系統差。有大氣影響的儀器測量最好能夠模擬閉合水準測量一樣，通過第二個高程點的確定來進行校正，這兩個點中如果有1個已知點沉陷、碰動、抄錯高程，測量結果就不能閉合，需要找第三個已知高程點來校正，即可鑒別出這3個點中的1個錯誤點，通過分析推算提供正確的成果。

4 結束語

綜上所述，三、四等水準測量在水利工程中的技術完善要從誤差原因的分析著手，把握調整儀器的基本要領、盡量延伸觀測長度、借鑒測水準閉合法，從技術完善方面保證水準測量的準確性，保證三、四等水準測量能夠為水利工程做出精準的數據支持。

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