常用小水电工程地面控制测量方法

邓小军

摘要：在小水电的建筑过程中，测量起着决定性的作用。小水电工程按照其修建布置的方式可以分为堤坝式、引水式以及混合式。不同模式的小水电站的测量工作也有所不同，堤坝式的测量工程相对比较简单，而引水式和混合式的小水电站，由于是高水头式，因此在传统的地面测量工作中一般是建立小三角网。由于现代科技的飞速发展，GPS技术在测量领域应用逐渐取代了传统意义上的小三角测量方法，同时与EDM方法相结合。本文重点介绍了针对引水式以及混合式的测量方法。

关键词：小型水电工程 地面控制测量 GPS 小三角网

中图分类号：TV742

一、小型水电工程的简介：

小型水电工程一般是指装机容量在500Kw以下的，整个工程由拦水坝、引水洞(支洞)、压力管和厂房等组成。在一些较为狭长的山谷，经常会修建引水式或者混合式的小型水电站，在这种地形环境下交通不便，在进行地面测量的工作过程中受交通的条件限制，测量的难度较大。这种水电站的水头落差在30到100米之间，引水隧洞长约2千米，坡度大约在0.2%。小水电工程测量工作的主要内容有建立平面和高程控制网,测绘库区、坝址、进出洞口(中洞)、压力管和厂房的数字化地形图(库区和其他区域的比例尺一般分别为12000和 1500), 以及工程施工放样。测区采用任意直角坐标系和假定高程系, 若是流域综合开发,可用区域内或国家统一的平面和高程系统。

二、小型水电工程地面控制测量的重要性：

小型水电工程的地面工程测量在小型水电工程修建过程中有着重要的作用，通过地面测量可以建立完整的工程地形图，为工程的设计提供数字支持以提供合理的施工方案，在工程的进行过程中及时发现设计时的偏差，对整个工程的验收都会起到很重要的作用，可以说，没有合格的地面监测，就不会有质量合格的小水电站工程。

三、小型水电地面控制测量方法：

1、小型水电地面控制测量GPS测量的设置：

在小水电工程尤其是引水式或者混合式地面控制的测量的过程中，GPS同EDM的导线结合的方法是最为关键的核心工作。由于这两种小型水电站的建设地点的地形都比较偏僻，或者是狭长，单独使用GPS的测量方法往往会受到地形的制约，一些坝址和支洞口以及厂房等偏僻的位置都不能进行正常的测量。这就需要在附近的开阔地如山脊等位置设置合适的点，再与EDM导线结合，在EDM延伸致需要测量的点。

GPS同EDM的结合，还是在传统的小三角的测量方式的基础之上结合现代的高科技测量技术形成的。在进行测量工作时，需要在各个需要测量的施工区，例如洞口、坝址以及厂房等地点布点，每个需测量的地点布置两到三个点，同时要求相邻的两个点之间的视线要开阔，最好能够彼此之间形成一个三角形，不同的工程对测量的方法精度要求不尽相同，因此GPS测量的时间也就随之变化，一般在20-30分钟之间。检测测量精度的方法有三种，第一种是通过测距仪测量点与点之间的平距与二维光束之间的边长投放到同一个投影面上进行比较，测量其误差，确定其测量的精度。还有一种方法就是通过使用全站仪测量单角同GPS的坐标反计算角度进行比较，通过对角度的误差来分析测量的精度。还有一种更为准确的但是稍显繁琐的方法就是再用GPS在进行一次实际实地测量，所用的时间需要在原有的基础之上进行修改，通过不同时间，同样的方法来测量得出其数据，来确定测量的精度。

虽然采用GPS测量的二维精度相对可靠，但是利用GPS测量高程的精度就相对较差，在进行高程测量所得出的数据的误差大于10公分，很难被工程采用，所以得出的数据没有实际的意义，在实际的施工过程中还需要布设一道有四等精度的三角高程导线，或者是水准路线，这样大大增加了在交通不便的偏远地区的测量的工作量。

2、小型水电地面控制测量--EDM三维导线：

在小型水电地面控制测量过程中，通过测距导线的形式也是较为常见的方式，通过对目前普及度已经较高的全站仪的使用，利用全站仪精确的测角及各测距水平，进行地面控制测量。在通过全站仪测量的选点过程中与GPS 测量相比选点的自由度大大增强，它可以在任何需要布点的位置自由布点，不再受环境的制约，不再担心由于路况等问题对布点造成难度。同时与GPS相比，操作起来更加方便，原来的测量过程中平面和高程的测量是分开的，而通过测距导线测量，平面和高程的数据同时得出，保证了测量的精度，同时进一步降低测量的劳动强度以及操作难度。需要注意的是，在进行测量的布点时尽可能地减少坝址与厂房之间的布点的数量，导线适宜布置成直伸型。

（1）闭合导线：

闭合导线的布置一般呈长条状。采用长条状的闭合导线的布置可以大大的降低前期布点以及检测的工作量，便于后期的计算及得出精度衡量。

（2）双支导线：

当长条状的闭合导线，闭合点之间出现一个或者多个布点出现重合时就会形成双支导线，双支导线与闭合导线在观测时的步骤一样，就是根据隧洞的长度，确定隧洞的导线以及三角形。在计算的过程中可以选择两种形式来进行，既可以看作是两条直线的导线，又可以看作是闭合的导线，这样的优点是可以通过比较重合点以及重点的坐标值完成测量的检核工作，简化了检核工作的同时，提高了检核的准确性。

（3）单支导线：

单支导线适用于在引水洞较短的水电工程，其操作方式，观测的内容以及所得出的数据的精度同上述两种导线基本相同。

（4）高程测量：

在小水电工程的高程测量中，除较为简单的使用GPS的测量技术以外，在开展EDM导线的测量时，很少再进行单独的高程测量作业。假如需要进行单独的高程测量时，其测量的依据一般是按照四等或五等三角高程测量的要求来进行。特别需要注意的是，在这个过程中的各项限制的精度要求。要求测量所控制的精度能够满足后续施工的需要，防止由于数据精度问题不合乎施工要求所造成的返工，也可在条件较好时用水准测量的方法观测高程。

四、EDM三维导线的长度及精度估算：

根据大量的ＥＤＭ一级导线测量数据统计，测距精度等于或高于５＋５ｐｐｍ的2″全站仪的测距中误差≤±５ｍｍ，测角中误差约为±３″，据此计算不同长度和边数的支导线最弱点的点位中误差Ｍ。当导线的长度达到或超过２０００ｍ时，最弱点的点位中误差达到或超过了５．８ｃｍ，也即在地面导线长度在２０００ｍ以内时，可用单支导线（一级导线的观测要求）控制；当长度在２０００ｍ以上时，应用闭合或双支导线作控制，它们的最弱点的点位中误差为单支导线 。

总结：

在小型水电工程的地面控制测量工作中，通过GPS和EMD相结合的形式，测量的效率较高，工作强度相对较低，可以在较多的工程中大面积的使用这种方式，但是在整个测量过程中需要借助很多高科技的仪器设备，测量的初始投入较大。此外， EDM三维导线的测量方法经常会出现在小水电工程的测量过程中，在使用这种方法时，布点的选择，严重影响着最后测量所得出的数据的精度。所以要求在布点的过程中，要尽量使导线呈直伸状，确保精度不受到横向贯通误差的影响。对于地面控制导线长度小于1500m的短隧洞,单支导线作为它的地面控制测量方法也是个很好的选择。

参考文献：

[1] 徐锐. 全站仪水平角观测精度自我测定的方法探讨[J]. 安徽建筑, 2005,(03) .

[2] 黄晓忠. 城市数字地形图维护及质量控制[J]. 安徽建筑, 2007,(01) .

[3] 李苏锋. 提高函向导线可靠性的有效方法[J]. 鞍山科技大学学报, 2003,(02) .

[4] 闫伟. 任意设站极坐标法在铁路曲线放样中的应用[J]. 鞍山科技大学学报, 2004,(06) .

[5] 金荣耀,王维存. 特钢精轧钢流水线的施工放样[J]. 北京测绘, 2001,(02) .

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