GPS应用于水库大坝变形观测方法探讨

摘要：本文以大房郢水库为例，介绍gps利用于大坝变形观测的方法和观测效果。

关键词：大坝、变形观测、GPS、数据处理

Abstract: this article with the dafangying reservoir as an example, this paper introduces using GPS YuDaBa deformation observation method and observation results.

Key words: the dam, deformation observation, GPS, data processing

中图分类号：S973.1+5 文献标识码：A 文章编号：

1、引言

水库作为水利工程基础设施建设，在防洪、灌溉、供水等方面起着重要作用，但水库大坝建成后在自重荷载、水荷载、风荷载、地质结构变动和气候环境的影响下，会产生坝体沉降，平移、倾斜等变形现象，大坝变形是水库安全运行的重大隐患，如不能及时发现和处理，会直接影响大坝运行安全，甚至会演变成溃坝的灾难性事故，因此，进行水库大坝变形观测，建立大坝变形预警十分重要。水库大坝的变形观测技术，观测方法和观测精度，长期以来是国内外有关专家探讨研究的课题，大坝变形观测的的目的及时及时监测大坝在自身和外界环境影响下的变形量和变形规律，变形观测一般分为大坝垂直位移（沉降）观测和大坝水平位移观测两部分，传统的水平位移一般采用经纬仪进行观测，观测方法有视准线法、小角度法、三角交会法、边角网法等，观测工作量大，周期长，观测质量受外界环境影响较大，利用GPS进行水库大坝变形观测，由于其具有高精度、速度快、全天候等特点，极大的提高了大坝水平位移变形观测效率和观测质量，为及时准确了解大坝变形数据和规律提供了技术保障。下面笔者以大房郢水库为例，探讨用GPS进行大坝变形观测的方法和观测效果。

2、大房郢水库概况

大房郢水库位于合肥市北郊四里河上，库容1.84亿m3，属大（Ⅱ）型水库，坝轴线呈东西方向，大坝为均质土坝，主坝长度2.03Km，其中K 1+000～K 1+900段坝高较大，最大坝高24.5m。大房郢水库于2001年底开始建设，于2004年全面竣工并投入运行，是合肥市重要的水源地。

3、变形观测实施过程

3.1位移观测点的布设

位移观测点分为坝移监测点和观测基点两种，位移监测点按断面法布设，在主坝K 1+085、K 1+300、K 1+435、K 1+715、K 1+865里程处共布设5条观测断面，每条观测断面设立3个位移监测点，位移监测点分别设立在坝顶和内外侧坝坡，位移观测基点埋设在大坝下游管理区内，共埋设3个基点(J1、J2、J3)， J1、J3为观测基点，J2为校核基点，J1与J3连线同坝轴线平行。位移监测点和观测基点均为混凝土整体浇筑的观测墩，观测墩埋入坝体深度为1.2m，墩高1.2m，顶部安装强制对中基座。

3.2监测系统平面系统的的建立

采用独立的平面直角坐标系统，采用的椭球半径为6378137m，椭球扁率为1/298.3，投影中心经度为117°14′，J1点为坐标系原点， J1～J3连线为Y轴，垂线方向为X轴，用精度

为1mm全站仪按Ⅱ等基线精度测量J1～J3边长为750.1914m，坐标系中，J1点坐标为（X：100.0000，Y:100.0000），J3点坐标（X：100.0000，Y:850.1914）。

图1: 变形观测网示意图

3.3水平位移外业观测

采用6台双频GPS按边连式观测，各时段之间交替保留3台连接较长基线的接收机不迁站，共观测5个时段，每时段观测时间为2小时,为验证GPS网观测精度，首次观测采用同一布网方式和观测方法观测2次（测回）。

3.4内业数据处理

采用Poweradj40软件对2测回的观测数据分别独立计算，先在三维无约束状态下进行基线解算和闭合环验算，GPS网平均边长为312m，最大边长752m，最小边长14.9m，每测回共组成闭合环240个，其中同步环75个，异步环165个，最大同步环闭合差为1.8mm，最大异步环闭合差为2.4mm，三维自由网平差后，各观测点在WGS84坐标系统中最大点位误差为1.5mm；用坐标系中J1、J3两个观测基点坐标对GPS网进行二维约束平差，平差后单位权中误差为0.43mm，最弱点点位误差为0.98mm。

计算结果统计分析

4.1 坐标分量较差检验

将2个独立观测的数据独立解算，形成2个独立观测的计算结果，再将同一观测点在在各测回计算结果比较，最大X坐标分量差为-3.4mm，最大Y坐标分量差为-2.8mm，X坐标分量中误差为1.5mm，X坐标分量中误差为1.4mm，取两测回计算结果中数为各监测点的首次观测坐标基准值，后期观测的各监测点坐标同基准值较差即为水库大坝的水平位移量。

4.2 基线长度检验

用测距精度为1mm的全站仪对GPS网中部分点间距离进行测量，并与GPS观测数据进行比较，对观测GPS观测成果进行检验，共检验边长12条，最大较差为2.2mm，较差大于2.0mm的边长为2条，较差在1.0～2.0mm之间的为3条，较差小于1.0mm的为3条。

5.结束语

5.1 通过对大房郢水库等水库变形观测实践，GPS能提供优于传统观测方法的变形观测结果。

5.2GPS用于大坝变形观测，由于其具有高精度、速度快、全天候等特点，受外界环境影响较小，单次观耗时短，成本低，提供观测结果及时，便于增加观测频次，分析大坝在各种运行条件和外界环境下的变形规律。

5.3基于适时的数据通讯和数据处理的GPS连续观测，可建立水库大坝变形监测的预警系统，保障水库大坝安全运行。

参考文献：徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社,2001.