對水利工程建設中各類測量平面控制網的分析

孔 斌

(安順市水利水電勘測設計院，貴州安順561000)

0 引言

測量在水利工程建設中占有非常重要的地位，它伴隨著工程建設的設計、施工、運營等各個階段。在工程建設的每個階段一般都要建立相應的測量平面控制網，而且這些平面控制網最好在建立方法、精度等方面因時、因地制宜，否則可能導致數據誤差或數據模糊，影響工程建設的進度與質量。目前常用的測量平面控制網主要有3類:

1)由國際組織在全球范圍建立的大地測量參考框架，簡稱全球控制網。

2)各國測繪部門在自己國家內部測量時建立的區域性大地測量框架，簡稱國家控制網，

3)不同種類的工程項目在測量時建立的空間位置參考框架，簡稱工程控制網。

水利工程建設中使用的參考框架就是工程控制網中的一種。在水利工程建設過程中，常用的平面控制網主要有3種，即測圖平面控制網、施工平面控制網和變形平面控制網。由于這3種測量平面控制網針對的工程階段不同，坐標系方式、精讀、點位密度也會不同。

1 測圖平面控制網

測圖平面控制網是為測繪各種大比例尺地形圖和橫縱斷面測量而建立的具有必要精度的平面控制網。在水利工程建設的準備階段，需要確定開放方案、測量回水面積、計算庫容及水庫選址等，這些活動都要在相應比例尺的地形圖上進行[1]。

因此在做準備工作之前，首先要建立一個測圖平面控制網。測圖平面控制網的建立首先要確定坐標系，對于水利工程建設來說，現代一般都采用國家正形投影3°帶坐標系統，當投影長度變形值 ＞5 cm/km時，一般采用高斯正形投影任意帶平面直角坐標系統。坐標系的建立不能太死板，一定要根據建筑物的不同、測區范圍與中央子午線的遠近等來確定。水利工程建設的數據需要相當的精度，因此測圖平面控制網也要確保一定的精度，至于具體的點位精度可以依據比例尺的大小調整。《水利水電工程測量規范(SL197—97)》中規定三、四、五等基本平面控制最弱相鄰點點位誤差≤圖上±0.05 mm。比如要測繪1∶1 000的比例尺地形圖，實際的誤差就是≤5 cm[2]。

在計算大比例尺測圖平面控制網的必要精度時，可以根據不同的情況采用不同的計算方案，從而確定滿足要求的最大比例尺。例如在已有二等網下再進行布網加密，那么在相應的布網方案及最低解析點的測量誤差下，滿足要求的最大測圖比例尺就可以計算出來[3]。假如取二網Ⅰ的精度為 1/200 000及 1/150 000兩種，二網 II的精度為 1/80 000，則可取的最大比例尺詳見表[1]。

表1 二網下布網加密可取最大比例尺方案

從表1中可以看出，在3個等級的三角測量和導線測量中，當 y=1，x=0.75，δ= ±0.1 mm時，二網I能滿足1∶2 000的比例尺要求;而二網II則只能滿足＜1∶2 000的比例尺測圖要求。因此在實際測繪過程中，要在滿足需要的精度條件下繪制最大比例尺的地形圖。

2 施工平面控制網

施工平面控制網的建立主要是為了滿足施工放樣的需要。施工測量需要按照設計和施工的要求將建筑物的位置、形狀、大小等在地面表示出來，以放樣施工。例如，在水利隧道的建設中要盡力一定精度的平面施工控制網，施工時將相應的坐標系通過洞口、豎井傳遞到洞內，然后在洞內采用導線測量方法建立洞內控制系統，從而確定相向開挖的方向。施工平面控制網的坐標系一般是獨立的，與測圖平面控制網的坐標系比較接近，要求投影面與工程的平均高程面一致，這樣可以提高建筑物的放樣精度。對于施工平面控制網的精度，《水利水電工程施工測量規范》也有要求規定:“獨立的平面控制網，應利用勘測設計階段布設的測圖控制點作為起算數據，在條件方便時，在條件方便時，可與鄰近的國家三角點進行聯測，聯測精度不得低于國家四等網的要求。”施工測量平面控制網的精度與建筑物的材質與地形等都有很大的關系，不同的建筑物需要的精度不一樣，所能承受的誤差也不一樣。在進行水利工程建設時，一定要了解不同類型建筑物的施工測量精度指標。主要的施工測量精度指標詳見表2。

表2 施工測量主要精度指標

目前，在水利工程的建設中常用的是GPS施工控制網，在布設GPS施工控制網時一般分為基本網和定線網兩級進行布設。定線網的控制點可直接用于水利工程建筑物的放樣，因此選擇點位時要盡量便于施工放樣。一般情況下，定線網的控制點應布設成平面和立體交叉，從定線網點放樣建筑物輪廓點常用極坐標法或前方交會法。基本網的精度設計一般有2種方式:①由定線網推定基本網精度;②根據建筑物之間的松散關系確定基本網精度。無論采用哪種方式，施工平面控制網的基本點一定要選擇在地理位置好，遠離振動和爆破地帶、干擾較小的地方，從而保證施工測量控制網的穩定性。

3 變形監測平面控制網

變形監測平面控制網是為工程建設施工過程和竣工后運營階段進行建筑物變形監測而建立的專用控制網。水利工程項目往往會改變原有的自然風貌，水利建筑物會使該地地表承受過多的地基壓力，如果是建設水庫，龐大體積的庫水會給地表形成強大的壓力，也使地表擋水建筑承受了巨大的水平推力。這些都可能影響到建筑物及其與兩岸連接地段的強度與穩定性，從而產生變形。因此在水利工程項目的建設和運營期間一定要進行相應的變形監測，對變形體進行測量，以確定其變形的特征。對變形體進行監測，建立變形監測平面控制網，一方面可以及時發現異常狀況，進行安全預警，并及時的進行改造或防護，防止事故的發生，另一方面也可以積累變形經驗，掌握相應的數據，為未來工程的設計和監管提供依據。

變形監測平面控制網的坐標系建立并沒有一定的標準，因為無論以什么為基點建立坐標系，其側重的是其中的數據變化。但是一般也有兩個可以遵循的原則，即當監測的對象是不規則形狀時，可以以旁邊的大地標準建立坐標系，當變形體是有規則的形狀時，最好以變形體為標準建立坐標系，這樣可以更方便的看出變形體隨時間的變化。

變形監測平面控制網的精度一般要比測圖平面控制網和施工平面控制網的要求高，因為變形監測平面控制網所關注的是一些細微的變化，而這些細微的變化卻有著重大的影響。《水利水電工程測量規范(SL59—93)》中規定了變形監測位移誤差量，具體數據如表3所示。

表3 變形監測位移誤差量表

從表3可以看出，變形監測平面控制網允許的誤差量是非常小的，充分體現了變形監測的重要性。

4 結論

在水利工程建設中需要建立不同的平面監測控制網，其中主要有測圖平面控制網、施工平面控制網、變形監測平面控制網，這3種平面控制網在坐標系選擇、精度設置等方面有很大的不同，其中變形監測平面控制網對精度的要求最高。

[1]張占勝.對水利工程建設中各類測量平面控制網的分析[J].科技情報開發與經濟，2010(28):179－181.

[2]李志剛，康學利.水利樞紐GPS施工平面控制網的精度設計[J].山西電力，2002(12):45－48.

[3]魯林成，章書壽.關于計算大比例尺測圖平面控制網必要精度的幾個問題[J].測繪學報，1964(04):275－290.