水电站外部变形监测控制探讨

摘要水电站外部变形监测控制网是水电站施工期及运行期外部变形监测的控制基准，常作为坝体及边坡的表面变形监测起算基准而频繁使用，如何对监测控制网精度和可靠性等进行评价显得尤为重要。本文对常见测外部变形监测控制网评价理论及方法进行了探讨。

关键词变形；监测控制网；精度；评价方法

引言

水电站外部变形监测控制网，包括平面控制网和高程控制网，是水电站施工期及运行期外部变形监测的控制基准，其可靠性和精度对整个工程的外部变形监测至关重要。根据国家能源局大坝监察中心的要求，规模以上水电站每五年要进行一次定期检查。包括监测控制网在内的监测系统评价为定期检查的内容之一。近年来，技术方法改进和测量仪器进步，监测控制网布设和建立的理论和方法日趋多样化，全球导航卫星系统（GNSS）、测量机器人等技术方法逐渐成熟，但其对应的评价方法仍比较零散。本文针对各类测量基准网，提出其相应的评价理论和方法，将监测控制评价结果分为三类：“合格网”、“缺陷网”和“不合格网”三大类，以供工程实践参考。

1.平面控制网评价方法

1.1边角网评价方法

三角网是以高精度测角基础，最为经典的平面控制网建立方法，其网形结构强、适应性广、检核条件多，但其工作量大，效率低，实践中已经很少单独应用。取而代之的是边角网，边角网是随着测距技术的日趋成熟，以高精度测角、测距为基础发展起来的控制网布设方法，其检核条件更多，适应性更广，是最常见的水电站监测控制网建网方法。其评价方法主要基于外业精度及内业平差后精度指标对其精度进行评定。1.1.1外业精度评价指标外业精度评价，是评价监测控制网建网或复测时外业质量的重要指标。边角网外业精度主要分为测角外业精度和测距外业精度两大类。测角类外业精度主要评价指标包括半测回归零差、2C互差、同一方向测回互差、三角形闭合差、测角中误差等。测距类外业精度评价指标主要包括往返测测距中误差、测距平均值中误差。其中三角形闭合差、测角中误差是重点评价指标。根据技术设计文件和相关规范对重点指标进行评价，重点指标不满足设计文件或规范的，可认定为“不合格网”，其他次要指标不满足设计文件或规范的可认定为“缺陷网”。1.1.2内业平差后精度评价指标内业平差后精度评价，是评价监测控制网平差后其整体精度是否满足设计或规范要求，主要评价指标为平差后单位权中误差、最弱边相对中误差和最弱点位中误差。其中最弱点位中误差是重点评价指标，最弱边相对中误差和平差后单位权中误差为次重要评价指标。最弱点位中误差的评价依据，主要来源于设计文件，设计文件未明确要求的可参照规范文件或相应工程实际情况。

1.2GNSS控制网评价方法

以往GNSS控制网在水电站监测控制网布设中应用不多，主要由于水电站通常建设在高山峡谷内，GPS信号遮挡较严重，不太适合布设精密监测控制网。随着近年来我国北斗卫星导航定位系统逐步成网，在困难地区（如高山峡谷内）北斗和GPS可见卫星大大增加，GNSS控制网在水电站监测控制网中应用开始增多。其评价方法同样基于外业精度及平差后各项精度指标对其精度进行评定。1.2.1外业精度评价指标GNSS控制网外业精度评价指标主要为同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线长度较差，均为重点评价指标，其评价依据主要为《全球定位系统测量规范》（GB/T18314）。外业精度指标不满足，可认定为“缺陷网”。1.2.2内业平差后精度评价指标GNSS控制网内业平差后主要精度评价指标为最弱点位中误差，最弱点位中误差不满足设计或规范要求的，可认定为“不合格网”。

1.3高程控制网评价方法

高程控制网建立方法主要为精密几何水准测量，通常为一等或二等水准测量。高程控制网评价方法同样基于外业精度及平差后各项精度指标对其精度进行评定。1.3.1外业精度评价指标高程控制网外业测量精度评价指标主要为往返测闭合差、附合线路闭合差、环线闭合差，以及基于以上闭合差计算的每公里水准测量偶然中误差及每公里水准测量全中误差，其计算方法及限差见《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897）。重点评价指标为每公里水准测量偶然中误差，该项精度指标不满足规范要求的可认定为“不合格网”。往返测闭合差、附合线路闭合差、环线闭合差等指标存在不满足规范的情况，则可认定为“缺陷网”。普通高程控制网一般不需要计算每公里水准测量全中误差，该项指标为次要评价指标。1.3.2内业平差后精度评价指标高程控制网内业平差后精度评价指标主要为平差后单位权中误差（如以测段距离定权，其相当于平差后每公里水准测量偶然中误差）和平差后高程中误差。平差后单位权中误差一般要优于先验单位权中误差，反则可认为网中存在粗差，平差后精度未提高，可认定为“缺陷网”。平差后高程中误差是评价高程控制网精度的主要指标，该项指标不满足，则可认定为“不合格网”。

2.某水电站平面控制网简要评价实例

某水电站枢纽区外部变形监测控制网于1993年建成交付使用。搜集到首期建网到2010年复测的各期成果及技术总结报告，控制网首期建网及各期复测的相关指标值列于表1。（1）各期控制网复测最大三角形闭合差+2.38秒，三角形闭合差满足规范要求的最大三角形闭合差小于±2.5秒的要求。（2）按照菲列罗式统计的测角中误差各期最大为±0.66秒，完全满足规范测角精度优于±0.7秒的要求。（3）各期控制平差后单位权中误差（方向观测中误差）最大为±0.49秒，完全满足规范优于±0.5秒的要求。（4）平差后最弱点位中误差为±1.80mm，完全满足各期“技术设计书”要求小于±2.0mm的要求。（5）距离观测一次观测中误差最大为1.45mm，往返测测距中误差最大为1.03mm，各期观测往返测不符值均未超限。（1）各期控制网复测最大三角形闭合差+2.38秒，三角形闭合差满足规范要求的最大三角形闭合差小于±2.5秒的要求。（2）按照菲列罗式统计的测角中误差各期最大为±0.66秒，完全满足规范测角精度优于±0.7秒的要求。综上分析，该水电站各项精度指标均满足设计文件及规范要求，可认定为“正常网”。

3.结论

水电站监测控制网评价，应在广泛搜集各类技术文件的基础上，结合工程实际情况和规范要求，综合应用各类评价方法。

参考文献：

【1】工程测量专业委员会.水利水电工程测量技术的发展与展望[J].北京：水利科技,2001（增刊）.

【2】聂金生.施工期监测资料在龙滩水电站右岸高边坡施工中的应用[J].杭州：大坝与安全,2004.3：46-47.

【3】席春平,张学锋.金盆水利枢纽安全监测基准网稳定性分析[J].天津：西北水利发电,2007.4：82-84.

作者：袁珊丽 占晓明 单位：浙江华东工程安全技术有限公司