水利工程测量二

水利工程测量主讲：郭向红太原理工大学水利科学与工程学院个人简介郭向红，博士，讲师。主要研究方向节水灌溉理论与技术、土壤水动力学计算机模拟、土壤-作物-大气（SPAC）系统水分传输与模拟。作为主要完成人参与了国家自然科学基金项目、国家“863”项目，国家科技部支撑项目、山西省科技攻关项目、山西省研究生创新项目、太原市大学生创新项目等多项纵向项目。在《农业工程学报》、《农业机械学报》、《水科学进展》、《水利学报》、《排灌机械工程学报》、《应用基础与工程科学学报》、《HydrologyResearch》等发表论文20余篇，被EI、SCI、ISTP收录10余篇。荣获山西省科技进步一等奖1项，山西省高等学校科技进步一等奖1项，国家知识产权局软件著作权2项，第六届农业水土工程专业委员会学术会年会优秀青年学术论文1项。主讲本科生课程：《水利工程测量》、《农田水利学》、《灌溉工程新技术》、《Fortran程序设计》，硕士博士研究生课程：《排灌理论与技术》。课程性质、目的和任务《水利工程测量》是水利工程专业的一门技术基础课，其教学目的是培养学生具有测绘科学方面的基础理论知识和基本的测绘技能。本课程的教学任务是通过理论讲授、实验和教学实习，使学生逐步掌握水利工程测量方面的基础理论、掌握常规测量仪器的操作使用方法、掌握小区域大比例尺地形图的测绘方法、掌握水利工程施工放样测量技术，并具有正确使用测绘资料的能力，为今后从事本专业的勘测、规划、设计、施工及管理打下基础。教学环节水利工程测量课堂讲授课程实验测量实习本学期下学期课程考核方法课堂表现试卷成绩作业每节课开始之前对上节课内容进行提问每章作业完成情况第一章绪论§1.1水工程测量的任务§1.2地面上点位的确定§1.3用水平面代替水准面的限度§1.4测量工作的基本原则§1.5测绘科学的发展概况§1.1水工程测量的任务一、测量学的含义及其分类

1、定义：研究地球及其表面各种形态的学科,主要任务是测定地球表面的点位和几何形状，并绘制成图，以及测定和研究地球的形状和大小。

2、分类：

【1】大地测量学

【2】地形测量学

【3】摄影测量学

【4】工程测量学

【5】地图制图学大地窜测量架学研究具在地仓球表开面大沈区域挽内建灾立国捆家大喷地控泽制网费，测壳定地爷球形秃状大宵小和卧地球虚重力猫场的桶理论称、技鸟术和漂方法驻的科趋学，喊称为展大地倒测量路学地形踏测量学学研究物小区菜域内尿测绘坝地形宵图的炉基本爪理论炒、技进术和央方法处的学评科称切为地壁形测鹅量学摄影颈测量倘学利用共摄影拘像片锹测定织物体俗的形秀状、趣大小掏和空呆间位搏置的沾方法瓣称为垃摄影动测量青学。工程耻测量舌学研究带矿山洞、水型利、皇道路锤、城尖市建伴设等本各项购工程伶建设睛在规存划设主计、惜施工默和工荐程管绞理阶笋段进众行的婶各项趁测量跟工作枕的学肉科。地图半制图巷学研究习地图粉及其牺制作息理论才、工乐艺和云应用六的学滑科，佳称为企地图紫制图举学。二、忌水利容工程观测量蠢的任迹务1、为斑水利甲工程岂规划辛设计餐提供恼所需碗的地势形资胖料。笑规划碍时需西提供枕中、惊小比阶例尺丢地形多图及抗有关盟信息阅，建迹筑物牢设计棉时要城测绘杆大比轻例尺搞地形灵图。2、施奖工阶散段要条将图屯上设百计好很的建游筑物倡按其沙位置困、大吴小测静设于病地面佩，以脑便据径此施刻工，疑称为狐施工婚放样虫。3、在织施工湖过程碗中及军工程述建成籍后运秤行管格理中该，需坦要对哗建筑章物的确稳定吸性及损变化宗情况井进行困监测——变形推观测滋，确弄保工离程安级全。§1乳.2地面印上点蚊位的迟确定认识筛地球凡是人也类探云索的上目标闹之一到，也水是测当量学摧的任血务之纹一;绝大钓多数饿测量机工作鸣是在瘦地球定上进踏行，搅或以驱地球遣作为鲜参考宏系。地物泪：地怎面上织的道暖路、何河流冰、房炸屋等乖地面拖上位德置固舌定的掏天然距、人封工物尸体。地貌胁：地俘表高房诚低起浅伏的档形态悼。地形齿：地闯物和敏地貌刻的总尊称。一、卵地球统的形那状和扁大小1、地勇球的批形状废和大缝小地球惑既围辫绕太各阳旋跑转又薯绕自耽己的劝轴自站转，抢地球晃上的执物体袄将受泽到地请球、约太阳站、月内亮引本力、市离心信力等贩多种蓬力的柄作用项，而载其中谜主要胖是受暮到离颈心力栽和地瘦球质里心吸般引力捕的作植用，这两犯个力佩的合押力称胡为重另力，未重力劈燕方向且即为纲垂线胞方向。由于我地球除的自贡转和冶公转同，使网得地饥球成扔椭球捆形，师其赤毕道半教径大大，极舰半径五小。定地球侨表面蓬并不召光滑粱，形薯状十患分复恒杂，强有高轮山平疤原，抄江河表湖泊棋，如保：有高恒于海平平面88挠48属m珠穆滚朗玛劝峰有低文于海袭平面11僚02班2m马里益亚纳各海沟但是某这样情的高师低变愤化与步地球组半径63屈71援km相比丝式只有1/斜60鼠0变化侮是微纳小的虾。因盒为海缸洋约被占整成个地驾球表疲面的71关%。★所骄以人抓们设矿想将沙静止草的海姻水面借向整饱个陆链地延呜伸，唉用所得形成井的封全闭曲婶面代拐替地蒙球表众面，乔这个诞曲面梅称为牙大地补水准充面。订大地丹水准牵面所认包含盛的形练体，牛称为惨大地聋体，棕它代者表了杜地球线的自产然形献状和崇大小通。2、水偿准面定义史：设猪想以姥一个牌静止胜不动尘的水立面向薄陆地络延伸需，形舅成一撤个闭压合的幼曲面造包围羊整个改地匀球戒，称湖这个认闭合护曲面臭为水减准面。特点醒：1.重力宫等位弄面，谎其表洞面处活处与还重力星方向冻垂直展。2.有无县穷多絮个，使但各坝水准间面之撤间是耀不平牧行的朋。3.是不理规则祥的闭胁合曲缺面水准骂面地球博自然齿表面3、大辜地水菠准面定义啊：水漠准面斥有无申数个荷，其阁中通期过平龙均海茂水面虫的一券个水散准面总称为跨大地桶水准益面。作用岁：测勤量工攻作的固基准求面获取替：我苹国在授青岛叨设有奋验潮驱站大地厚水准华面包州围的比形体份称为遭大地百体地球蔑自然赵表面大地拨水准皆面4、旋脊转椭映球面烫与旋及转椭缝球体由于忽大地瞧水准吗面是武不规得则曲辩面，慎无法胃准确炭描述贩和计县算。娇也难绝以在墨其面吸上处益理测壁量成啄果。店因此骂，用巧一个咱非常拔接近柔大地白水准介面的择数学晨模型——旋转司椭球外面代井替大帮地水押准面虑。用币旋转摇椭球深体描扔述的纯地球谈，称遥为参灭考椭徒球体饰。构成恩：由右椭圆NW爽SW回E绕其灭短轴NS旋转里而形全成的局。要求参：①仍总质片量=地球志质量李，中惯心与革质心爪重合伐，短协轴与相旋转避重合谋。②旋值转角膝速度猫与地额球自直转速梅度相陡等。③表惰面与炸大地鹿水准畅面拟爸合最傲好。大地束水准值面与及椭球旦面高们差最忧大差联为±2如00荡m旋转彼椭球动面大地防水准石面abNSWEa=狱63垒78怀14的0m扁率α=(氏a-掠b)巾/a=1拢:2顷98钢.2敬57（1）19币54年北械京坐叨标系升，采此用前娘苏联熟克拉任索夫热斯基参考陷椭球序体参旷数：a=亩63叉78蔬24饭5m=疫1:溪29井8.黑3（2）19巾80年国懒家大随地坐行标系咳采用楚国际府大地昂测量搬协会盲与地球叹物理纵联合窃会在19特75年推常荐的IU多GG贺-7送5地球拍椭球层。其参柿数：a=讨63裂78悬14竟0m=手1:勒29么8.嫩25具7（3）在油测量忠工作炮范围量不大阳时，奸可将怎地球晨看作忘圆球抗体，泽以球助面代绍替大惨地水坝准面裁，其蜜半径R=宏63狱71课km二、堪地面敲上点库位的握表示瞒方法（一鉴）坐参标1、地烈理坐填标标以经奴度和容纬度营表示厉地面住点位升置的现称为革地理扔坐标劫。NSWEoλ首子今午线格林努威治φ地面从上任贡意点M（λ、Φ）子午参面子午否线又谜叫经赵线M点的盟经度M点的测纬度空间获位置包包括笔点在联球面池上的慎位置和到旺水准渐面的纽奉距离2、高厕斯平方面直叶角坐伯标以中你央子姥午线压作为咱坐标梯纵轴缘瑞（用X表示添）以势赤道绒作为坝坐标辩横轴慈（用Y表示滩）。S赤道中央麦子午早线中央仆子午赤线赤道NNS6°带的奏划分茎为五限制著高斯附投影鸭离中传央子史午线昏愈远腔，长洽度变斥形愈述大的响缺点市，从悟经度0°开始残，将劳整个缸地球辜分成60个带奏，6°为一扎带。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我国外高斯兽平面朽直角妨坐标精的表磨示。方法辜：（1）先停将自摧然值流的横豆坐标Y加上50粉00臭00米；（2）再此在新盲的横删坐标Y之前伯标以2位数雹的带勺号。例如宋：M点位肿于11景1o中央芳子午壁线以嗽西43摆21店.9竭0m，那悲么对拔应的城高斯寺坐标击的横夫坐标港是多崭少？第一栏步：吓计算瓣带号N=渠(1锡11许+3钱)/剃6=必19第二辆步：转计算陶横坐铃标19亩50出00层00悔-4粉32彩1.租90=1烘94奥95毫67抗8.雅103°带的晕划分草从全东经1°简30

开始届，将忆整个啦地球促分成12涂0个带拖，3°为一招带。例如必，南罪京市辆处于面东经11摆8°连47

，即6°带号Ｎ=(浩11惰8°派47’+3都°)悲/6挤°=沸2粘0.绸3=涛20Ｌ０=返6×餐20替-3坚=议1挣17永°3°带号即n港=子11除8°夜47邻′/盐3°第=冻39所.6享=4筐0Ｌ

０=吧3睁=奖3°跪×4里0扫=扣12既0°适用扭于：婚测区凤范围臭较大寻，不塞能将倍测区袍曲面伐当作互平面遮看待轮。3、平尤面直骡角坐耍标系适用姨于：煎测区耐范围庭较小议，可挂将测燃区曲门面当近作平组面看点待。西y(东)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAox(北)独立喜平面尖直角剖系原忧点一矛般选掘择在妄测区捏西南巨角直接崖将地坦面点嘴沿铅补垂线状方向格投影德到水克平面基上。筝在实播际测枯量中朋，一提般将姐坐标石原点零选在堂测区腔的西姻南角季，使烟测区汉内的妥点位才坐标遮均为功正值么，并沿以该烛测区绸的子欢午线(或磁看子午莲线)的投是影为X轴，旨向北张为正颤，与袜之相坚垂直班的为Y轴，补向东糊为正戚，由段此建侄立了励该测供区的欣独立牺平面准直角坏坐标勤系。其与胀数学尺中平污面直堵角坐边标系千相比犬，不摩同点渠：1．测不量上占取南规北方岂向为宇纵轴抬（X轴）住，东叹西方次向为成横轴拒（Y轴）2．角妈度方柏向顺泄时针芬度量策，象杠限顺薯时针凤编号纠。相同缠点：槽数学闲中的卡三角童公式陆在测脑量计是算中百可直规接应相用。（二身）高渐程1、绝横对高董程（辱海拔物）：甜指地雅面点浆沿铅恩垂线猛方向招到大累地水丑准面寸的距愁离，主用Ｈ个表示亚。2、相册对高徐程：任地面供上一府点到余假定泪水准填面的移铅垂予距离幼（H′）3、高驼差：些地面经上两划点间惩的高条程之孙差。啦（h）AB点的光高差洋：hAB=HB-HA=HB’-HA’ABHAHBH'AH'B大地导水准撇面假定胡水准钟面黄海烤平均恳海水商面hAB三、得地面仔点的档相互松位置示关系沫及测惧量的愤基本菠工作水平救距离甚、水辞平角友及高经程是霜确定务地面耳点相听对位以置的唱三个锹基本获几何伟要素脑。要称确定雅地面顿点的类相对顺位置代常规委测量煮的基金本工恩作是血：①很测降距离D②测角乓度（β）③月测株高差hABCabcxyαβ§1佣.3用水络平面啄代替肢水准碍面的敌限度一、惧地球宫曲率秆对水狼平距断离的聋影响oA’B’ABCtdRαR—历—地球搏半径63谢71束Kmα——圆心尺角将tgα用级钞数展雅开，击去前医两项努，得忧：因为α=d费/R，故牧：相对裳误差：表1水平洽面代封替水敏准面恭的距茅离误翼差和素相对控误差距离D/km距离误差ΔD/mm相对误差ΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000由表私可知兼，在挖半径速为10烧km的范给围内掩（相叶当于些面积32族0k粘m2），鸦用水头平面忘代替矛水准迹面可勤不考虫虑地周球曲都率对栽距离句的影窄响。当精勉度要蔬求较岸低时财，还凶可以樱将测作量范具围的蜡半径稍扩大亮到25干km吃(相当廊于面泥积20萌00圈km2)。二、推地球湾曲率查对高砍程的伪影响B’A’ABCtdRα将se劫cα用级斤数展效开，扛取前象两项盐，得迁：代入勉得：因为α=d毅/R，故瞎：取R＝63时7l浓km，则签得相棕应的啊高差翼误差薯值，炒如表庙所列晚。距离D/km0.l0.20.30.40.512510△h/mm0.83713207831419627848表2水平岸面代蕉替水恩准面垦的高窝差误束差由表耐可知挑，在进炊行水束准(高程)测量催时，粮应当胆用水梨准面替作为枝测量裙的基某