EXCEL軟件在西豐縣誠信水庫大壩變形監測的應用分析

黃紅日，包德高，王啟龍

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，沈陽 110006)

1 概 況

誠信水庫是遼寧省內的中型水庫，位于寇河干流上，于2007年開始修建，2014年開始蓄水，是一座以防洪減災、調節流量、供水灌溉為主，漁業與旅游也為輔的水庫。誠信水庫建成后為西豐縣解決了引水問題，為西豐縣的經濟騰飛發揮了舉足輕重的作用。目前庫區水位低于水庫設計水位，為保證后期正常蓄水，需對大壩的穩定性進行監測。根據相關要求，在2019—2021年期間對誠信水庫大壩進行了6次大壩變形監測，每年2次。

2 誠信水庫大壩監測方案

2.1 變形監測網坐標高程系統

誠信水庫大壩變形監測網坐標和高程系統采用誠信水庫建設時的施工控制網，由于施工控制網的布設滿足不了大壩監測的需要，在施工控制網的基礎上進行加密網的布設[1]。

2.2 監測點分布

水庫大壩上共埋設36個變形監測點，迎水壩坡9個，背水壩坡27個，呈線狀分布。水平位移監測基準點3個，工作基點5個；垂直位移監測基準點2個。變形監測點分布圖，見圖1。

圖1 變形監測點分布圖

2.2 水平位移監測

2.2.1 水平位移監測網的布設

首先布設監測基準網，將基準點J2、CX1和CX2以及工作基點J3-J6納入網中。以監測基準網為基礎，水平位移監測基準網圖，見圖2。按照外業監測規范要求布設水平位移監測網，水平監測點共計36個，均勻分布于壩體，水平位移監測網圖，見圖3。

2.2.2 水平位移監測網觀測

水平位移監測網監測使用的儀器是Leica TS30測量機器人，采用的方法為極坐標法，精度不低于三等。其中水平角采用方向法，邊長采用光電測距結合溫度改正法。誠信水庫大壩變形監測外業需要測定氣壓和溫度，測定的時間段為每邊觀測始末，數據采用每邊兩端平均值。并輸入到全站儀內，儀器自行進行氣象改正。外業觀測過程中嚴格按照《水利水電工程施工測量規范》SL 52-2015中關于水平位移監測網測量的相關要求。

圖2 水平位移監測基準網圖

圖3 水平位移監測網圖

2.2.3 平差計算

平差軟件：平差處理軟件COSA_CODAPS Version 6.0。

平差計算前，首先對外業觀測數據進行預處理，采用經典測量方法將斜距轉化為平距。并對外業觀測數據、平差計算起始數據、控制網參數，進行百分之百的復核，復核結果完全復核技術要求。隨后以J2、CX1和CX2為起算點進行了平差計算，水平位移監測網平差計算精度，水平位移監測網精度評定表，見表1。

表1 水平位移監測網精度評定表

2.5 垂直位移監測

2.5.1 垂直位移監測網布設

布設2個三等垂直位移監測網。一是以J1為起算點布設一條閉合水準路線，對迎水壩坡監測點P28-P36以及背水壩坡方便連測的監測點進行連測，并將工作基點J2-J5以及高程基準點CS1納入網中；二是水準測量施測比較困難的監測點布設成三角高程支線。垂直位移監測網布置圖，見圖4；垂直位移監測網布置圖，見圖5。

圖4 垂直位移監測網布置圖

2.5.2 垂直位移監測網觀測

垂直位移監測的水準測量法采用Leica DNA03數字水準儀，施測方法為雙轉點法，精度等級不低于三等，每次監測前應將水準儀置于室外30min，使其儀器溫度于室外溫度一致，并對水準儀進行i角檢驗，i角最大值為5.6″(限差15″)，滿足限差。

垂直位移監測的三角高程測量法采用Leica TS30全站儀，精度等級不低于三等，在外業觀測過程中嚴格按照《水利水電工程施工測量規范》SL 52-2015中“4 高程控制測量”中關于“光電測距三角高程測量”的相關要求[2]。

2.5.3 平差計算

平差軟件：Excel自編高程控制平差程序。

每公里水準測量偶然中誤差公式為：

(1)

式中：Δ為水準測量往返測量差值，R為水準路線的測段長度，n為水準測量的測段數量。

閉合差公式為：

fh1=∑h2-∑h3=∑h2-(H1-H2)

(2)

式中：∑h2為實際觀測的值之和；∑h3為理論值之和；H1為終點高程值；H2為起始點高程值。

在計算每公里水準測量偶然中誤差和閉合差之前應加入水準面不平行的改正和閉合差改正后利用Excel自編高程控制平差程序計算平差，水準測量精度評定表，見表2。

表2 水準測量精度評定表

2.6 基準點穩定性分析

基準點穩定性的檢驗，采用觀測量比較檢驗法進行。水平位移基準點使用Leica TS30全站儀按三等精度進行檢測，水平角觀測采用方向觀測法，邊長采用光電測距法；垂直位移基準點使用Leica DNA03數字水準儀采用雙轉點法按三等精度進行檢測。通過檢測發現，基準點相對穩定。垂直位移基準點檢測比較表，見表3；水平位移基準點檢測比較表，見表4。

表3 垂直位移基準點檢測比較表

表4 水平位移基準點檢測比較表

2.7 變形監測點監測數據分析

以首次變形監測成果為基準，每次測量值與首次測量值進行比較。針對水準連測的垂直位移監測點和強制對中水平位移監測點，利用EXECL統計高程成果表并按測次繪制沉降變化折線圖、統計坐標成果表和坐標比較表，并通過CASS9.0繪制水平位移監測點變化量折線圖。第2-6次沉降變化折線圖，見圖6；第2-6次水平位移變化折線圖，見圖7。

圖6 第2-6次沉降變化折線圖

圖7 第2-6次水平位移變化折線圖

2.8 對比分析

1)水平位移：①水平位移監測點X坐標差值最大值為5.7mm，最小值為0mm，平均值為1.6mm；②水平位移監測點Y坐標差值最大值為5.6mm，最小值為0mm，平均值為2.4mm。

2)垂直位移：垂直位移監測點差值最大值為3mm，最小值為0cm，平均值為0.7mm。

3)通過比較分析可見：2019年8月23日-2021年5月28日，大壩變形監測點未有明顯變化，水庫大壩相對穩定。

3 結 語

變形監測在建筑建設和運營過程中起到至關重要的作用，變形監測的項目多，儀器多，方法多，無論是常規方法還是先進的方法，監測的精度是考量監測手段最重要的方式。文章以常規儀器方法結合EXCEL自編的小程序，利用EXCEL數據進行分析，滿足了誠信水庫大壩變形監測的要求，整個監測過程簡單、經濟、快速且高效。