在水库大坝变形测量中GPS测量的应用及分析

1、在水库大坝变形测量中GPS测量的应用及分析毕节市勘测设计研究院测绘部叶毕升摘要：结合对毛栗水库的大坝变形观测，测试GPS在大坝变形观 测的应用，及分析GPS能否替代常规仪器进行变形测量。关键词：变形测量GPS测量应用分析刖言一般来说，水库大坝的变形测量的内容主要有：水平位移、垂直 位移（沉降与回升）、渗透（浸润线）以及裂隙观测。而水平位移和垂直 位移涉及控制基准网测量、基准站测量和监测点测量，这三项测量工 作对精度要求较高，因此供水平位移监测的基准工作站必须达到毫米 级。在以前，通常采用高精度边角（网）测量和精密水准测量来保证精 度要求。那么，现在采用GPS测量能否替代变形基准监测网站的常规

2、测量？精度又如何？为此，在这里准备结合毛栗水库大坝进行试验， 常规测量采用拓普康GPT-3000LN全站仪进行检测比对。水库概况毛栗水库位于毕节市大方县文阁乡境内，始建于1957年，后经 加高扩建，总库容为387万立方米。为大方县文阁和双山、响水等乡 镇的饮水水源水库，该水库属于双坝型土石坝水库，主坝的取水渠道 为左右干渠，副坝主要建筑物为泄洪渠，于2009年进行大坝除险加固，2012年7月底因该地区持续降雨，导致主副坝之间的山体滑坡， 引发主坝左取水涵洞垮塌，本次的大坝变形观测就基于监测塌方事件 过后对主副坝是否有影响，以考察是否危急水库下游居民村庄的安 全。上图为水库主坝的照片毛栗水库主副

3、坝地形图控制布设参照上述地形图，首先进行基准网的控制布设，分别在副坝左侧 的山边、主副坝中间的山上、主坝右侧的山上、以及大坝对面的山包 等布设基准点，先分别使用全站仪和GPS静态测量做控制测量和计 算，为保证首级控制的精度，采用测区7个首级点独立控制网布设， 三等控制的精度（C级网）进行测量和平差计算。为进行小角度法和 视准线法测量，依据土石坝安全监测技术规范，在利用除险加固 设置的坝上监测墩基础上（主坝4个，副坝3个），以主坝为主，另 分别在主坝下游坡面、坡底设置5个监测点，在副坝下游坡面设置2 个监测点，在主副坝中间的山边设置3个监测点。变形观测控制网布置图基准网及监测网测量在对基准网的选

4、择埋石工作完成后，我单位于2013年起进行了 为期一年的变形观测，总共进行了 12期观测，在观测初期，先使用 了全站仪和静态GPS分别对基准点进行测量，静态测量采用4台GPS 同时观测进行。确保监测点观测的精度可靠，并以第一次数据作为基 础，每次观测数据与之进行对比检查，并于观测中期和后期对基准点 进行复测，复测的目的主要是检测基准点中是否有点位出现位移，以 及与常规测量方法比较，考查GPS的精度是否满足变形监测要求。数据的后处理按照基线精化结算，90%的方差比R值在80以上, 最小为67.7,基线解算中误差RMS最大为4.2mm,平均在3mm内，边长 相对中误差较好，一般都在1/120000

5、以上，其绝对误差为亚毫米。由 于多路径效应影响基线解的精确性，给同步环与异步环闭合差带来严 峻的考检，三维约束后（含大地高）点位中误差，最大为2.62mm，平均 为1.98mm ;三维约束后不含大地高，点位中误差最大1.95mm，平均为 0.85mm,为了进行边长比较，该期GPS监测网采用了多种投影面进行 约束处理，并与精密实测边长和原三边测量边作了比较，采用当地工 程椭球面坐标系。最小约束后，点位精度平均为1.420mm，最大为 2.9mm;采用拓普康的高精度测距全站仪的实测边长与各种模式的边 长数据进行对比，中误差达到或接近亚毫米级精度,远高于常规边角 网精度，完全满足大坝变形基准控制网的

6、高精度要求。监测大坝垂直 位移通常采用大地高，为检核基准测网站点一年后的垂直相对位移， 采用原网的高程基准点和基准监测网站点的高程进行比较，采用二次 水准测量较差5mm以内的5个可靠的点进行曲面拟合,内符合残差最 大为1.8mm ;基准点间的大地高差与水准高差之差相差仅0.7mm。可见 大地高、正常高是兼容的。精度分析经过对该工程实践与分析,得出以下认识:采用GPS对水库大坝 进行变形观测，基准点间的边长相对于等级控制测量来说，边长较短, 但监测网按照C级及以上测量精度要求作业，可以达到毫米级甚至亚 毫米级精度，这样，可以替代繁锁的常规测量，实现高于常规测量精度 的目标。并具有以下特点：1）、基准点间无需通视，使之布设更灵 活;2）、基准点可设置离监测区域较远和更加稳定的位置;3）、GPS操 作简单，效率高，精度较常规仪器更容易保证。结语综上所述，以不低于C级精度的GPS控制，应用在水库大坝的变形 观测中，可以替代常规的边、角网的观测，而且可以取得毫米甚至亚毫 米级精度的绝对平面位移与相对垂直监测数据；在有条件（解决多径 效应,如采用扼流圈天线）的情