GPS在石門子水庫副壩變形監測中的應用

李曉飛

(新疆水利水電勘測設計研究院測繪工程院，新疆 昌吉 831110)

GPS在石門子水庫副壩變形監測中的應用

李曉飛

(新疆水利水電勘測設計研究院測繪工程院，新疆 昌吉 831110)

摘要：以石門子水庫副壩(土石壩)變形監測為例，介紹了其監測方法及對觀測數據的處理和分析,采用GPS平面擬合高程進行水庫豎向位移監測，其精度與三等水準精度相當，而且可以將平面與豎向位移同時觀測，大大提高了測量效率，節省了人力和物力。

關鍵詞：GPS;變形監測;水平位移矢量;垂直位移矢量;土石壩

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.018

中圖分類號：P228.4

文獻標志碼：A

文章編號：號： 1008-9268(2015)03-0070-03

收稿日期：2014-12-20

作者簡介

Abstract:Taking Shimenzi reservoir auxiliary dam deformation monitoring as an example, the monitoring method ,the observation data processing, and analysis is introduced, The vertical displacement of reservoir is monitored by GPS plane fitting, and the precision is equivalent to the level of three. The measuring efficiency is greatly improved, and it saves manpower and material resources.

0引言

塔西河石門子水庫樞紐工程位于新疆昌吉州瑪納斯縣境內,距瑪納斯縣以南約42 km處,位于塔西河峽谷處,副壩為土石壩,壩高60 m.水庫庫容5400萬立方米,水庫正常蓄水位高程1 390 m,副壩主體工程于2005年完工,業主要求對水庫石門子水庫副壩變進行變形監測,更好地了解水庫副壩隨水庫水位升降而發生的水平及垂直位移的變化的規律,從而確定水庫安全運行的科學管理方法。為此根據《土石壩安全監測技術規范》要求的精度確定,采用先進的GPS方法進行觀測。

1石門子水庫副壩(土石壩)的變形監測

1.1　石門子水庫副壩變形監測的方法

1.2　GPS觀測的實施

平面施工控制網采用美國Trimble 5700 GPS(5 mm+0.5 ppm)雙頻接收機4臺套;為保證網GPS平面擬合的高程精度,GPS網為網連式結構,平均每點觀測不少于2個時段,每個時段為90～120 min(觀測時間根據點位的開闊程度適當調整),具體觀測要求如表1所示。

1.3　GPS觀測數據的處理

1.3.1GPS觀測數據的質量

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聯系人： 李曉飛 E-mail: lxf920908@126.com

從上述GPS復測基線、同步環、異步環的檢查可以看出,測量誤差均遠小于限差的要求,測量質量優良,可以進行網平差。

表1　二等GPS觀測技術要求[5]

1.3.2GPS觀測數據的平差

對GPS控制網平差進行了三維無約束平差[5],一點一方向的約束平差。其中三維無約束平差的精度是衡量本次石門子水庫副壩監測控制網測量精度，具體如表2所示。

表2　三維無約束平差的精度表

可以看出三維無約束平差的精度高,各項指標均遠優于規范中的規定,說明石門子水庫副壩監測網測量精度優良。

2GPS測量數據的分析

2.1　GPS水平位移分析

用本次GPS測量數據與初始值相比較,發現副壩在FB1-FB2-FB3段有向下游方向的位移,而FB4-FB5段有向上游方向的位移,具體情況如表3所示。

表3　大壩水平位移矢量表 單位(mm)

經現場察看，副壩在FB3、FB4之間防浪墻上有一明顯的裂縫,這與GPS觀測結果一致,需引起管理者的重視,同時也說明采用GPS觀測方法合理。

2.2　GPS豎向位移分析

豎向位移采用兩種方進行觀測:

1) 采用三等水準觀測[6]。觀測精度為,測站總數53,測站站數52,閉合差(fh)-0.24 mm,限差為10.1 mm.其結果與初始值比較如表4所示。

表4　三等水準觀測副壩垂直位移矢量表(單位mm)

2) 利用GPS平面擬合高程觀測。觀測精度為PVV=0.759 cm2，M0=0.503 cm.其結果結與初始值比較結果如表5所示。

表5　GPS平面擬合高程副壩垂直位移矢量表(單位mm)

將兩種方法測量結果進行比較,可以看出其測量的高程差值在5 mm以內,測量精度較高,具體情況如表6所示。

表6　三等水準觀測高程與 GPS平面擬合高程比較表(單位mm)

為保證測量精度在實際操作中應注意以下問題:

1) 保證GPS工作基點對水庫監測區域控制較好,以保證監測點能被有效控制(工作基點一般控區域在2 km以內,其測量垂直精度就可以與三等水準精度相當)。

2) 在布設工作基點和監測點時,要保證能同時接收到5顆以上的衛星。

3) 保證控制網平差數據正確,精度可靠。

3結束語

石門子水庫變形監測測量采用GPS測量,通過對GPS測量數據的分析得出,GPS大地高通過平面擬合在水庫豎向位移監測的精度與普通三等水準測量精度相當,可同時觀測水平位移與豎向位移,省去了水準觀測,大大提高了測量效率。

參考文獻

[1] 中華人民共和國水利部,中華人民共和國電力工業部.土石壩安全監測技術規范SL60-94[S].中國水利水電出版社,1995.

[2] 中華人民共和國水利部.水利水電工程測量規范SL197-2013[S].中國水利水電出版社,2013.

[3] 中華人民共和國水利部,中華人民共和國電力工業部.土石壩安全監測技術規范DL/T 5178-2003 [S].中國水利水電出版社,2003.

[4] 黃聲享,伊輝,蔣征.變形監測數據處理[M].武漢:武漢大學出版社,2003.

[5]國家測繪局測繪標準化研究所.全球定位系統(GPS)測量規范GB/T 18314-2001[S].中國標準出版社,2001.

[6]國家測繪局標準化所.國家一、二等水準測量規范GB12897-1991[S].中國標準出版社,1991.

李曉飛(1979-),男,工程師,主要從事水利水電工程勘測設計。

Application of GPS in Deformation Monitoring of

Dam Shimenzi Reservoir

LI Xiaofei

(XinjiangWaterConservancyandHydropowerInvestigationDesignandResearch

SurveyingandMappingEngineeringInstitute,Changji831110,China)

Key words: GPS; deformation monitoring; horizontal displacement vector; vertical displacement; earth rock dam