黨河水庫除險(xiǎn)加固工程測(cè)繪技術(shù)探討

張永勝

（甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州730000）

0.概述

黨河水庫工程是一座以防洪、灌溉、排沙為主兼顧發(fā)電的中型水庫，總庫容4.64×107m3，壩址以上控制流域面積1.66×104km2，多年平均徑流量2.927×108m3。始建于1971年，一期工程于1975年投入運(yùn)行，并于1979年副壩發(fā)生漫頂潰決，后經(jīng)加高擴(kuò)建和多次加固達(dá)到現(xiàn)狀規(guī)模。樞紐工程等別為Ⅲ等，現(xiàn)主要建筑物由主壩、1#副壩、2#副壩、輸水發(fā)電洞、排沙泄洪洞、溢洪道、水電站等組成，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。水庫存在的主要病險(xiǎn)為：防洪標(biāo)準(zhǔn)不滿足規(guī)范要求；主壩左右壩肩壩坡較陡，抗滑和抗震穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求；主壩左壩肩存在F2斷層，當(dāng)水庫水位達(dá)到1428.00m時(shí)下游漏水嚴(yán)重；2#副壩0+175～0+230段和0+250～0+272段滲漏特別嚴(yán)重，局部產(chǎn)生管涌；排沙泄洪洞兩側(cè)護(hù)坡多處發(fā)生不均勻沉降，裂縫眾多，影響安全；水電站金屬結(jié)構(gòu)磨損、老化嚴(yán)重。

1.工程測(cè)量范圍及要求

測(cè)量范圍為庫區(qū)、大壩、輸水洞、泄洪洞及渣場(chǎng)?？睖y(cè)的精度應(yīng)按照《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》（SL197－2013）及相關(guān)規(guī)程、規(guī)范執(zhí)行。根據(jù)地質(zhì)、設(shè)計(jì)、施工專業(yè)需求，首級(jí)控制完成后，進(jìn)行弱水大道線路放樣測(cè)量，隨后進(jìn)行1∶500、1∶2000地形圖測(cè)繪和縱橫斷面測(cè)量。

2.起算測(cè)量數(shù)據(jù)可靠性分析

本次平面控制測(cè)量起算點(diǎn)采用甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心提供的CORS解算點(diǎn)作為平面起算點(diǎn)，布設(shè)五等GNSS網(wǎng)。經(jīng)過檢查DK01-DK02邊長(zhǎng),邊長(zhǎng)相對(duì)精度為1/177450，規(guī)范規(guī)定四等GNSS最弱邊相對(duì)中誤差為1/40000，所以起算點(diǎn)符合規(guī)范要求。

以測(cè)區(qū)原高程控制點(diǎn)EG17高程為起算高程，以EG18為高程檢查點(diǎn)。經(jīng)檢查EG18高程1400.685m與敦煌地下水置換EG18高程相同；水利水電工程測(cè)量規(guī)范表5.1.1規(guī)定三等、四等、五等光電測(cè)距三角高程及以上等級(jí)GNSS點(diǎn)高程，最弱點(diǎn)高程中誤差允許值為h/20即±5cm，所以高程起算點(diǎn)符合規(guī)范要求。經(jīng)分析本次平面控制以DK01、DK02為起算點(diǎn)，高程控制以EG17為起算點(diǎn)。

3.技術(shù)路線

本次作業(yè)以五等GNSS網(wǎng)為區(qū)域首級(jí)控制網(wǎng)，GNSS點(diǎn)成對(duì)埋設(shè)，相鄰點(diǎn)之間保持相互通視，閉合環(huán)的邊數(shù)小于10條，相鄰點(diǎn)平均邊長(zhǎng)為2.09km，最短邊長(zhǎng)377.078m，最大邊長(zhǎng)4.02km，五等GNSS網(wǎng)觀測(cè)按照水利水電工程測(cè)量規(guī)范4.2.5條的規(guī)定執(zhí)行，衛(wèi)星截止高度角為15°，同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)均多于4顆，觀測(cè)時(shí)段數(shù)1.2，時(shí)段長(zhǎng)度30min，采樣間隔為5s。觀測(cè)作業(yè)按照計(jì)劃觀測(cè)，按要求填寫測(cè)量記錄手簿，每時(shí)段前后兩次量取儀器高,差值均小于3mm，并取平均數(shù)作為儀器高。

RTK作業(yè)遵守五等RTK平面控制點(diǎn)測(cè)量主要技術(shù)要求及圖根RTK控制點(diǎn)測(cè)量主要技術(shù)要求，采用作業(yè)區(qū)域均勻分布的4點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)并進(jìn)行高程曲面擬合，用第5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢查。

三角高程測(cè)量時(shí)，四等網(wǎng)路線長(zhǎng)度3.60km，三角高程最大邊長(zhǎng)877.286m。采用對(duì)向觀測(cè)法，天頂距觀測(cè)4個(gè)測(cè)回，天頂距測(cè)回間較差、指標(biāo)差較差均小于8″；邊長(zhǎng)觀測(cè)2測(cè)回，一測(cè)回讀數(shù)間較差均小于10mm，測(cè)回間較差均小于15mm；同時(shí)對(duì)邊長(zhǎng)進(jìn)行溫度、氣壓、大氣折光等各項(xiàng)改正。

4.主要技術(shù)問題和處理方法

4.1 平面坐標(biāo)系的選用

由于敦煌地下水置換水源是黨河水庫，依據(jù)勘測(cè)委托書要求，平面坐標(biāo)系選用1954年北京坐標(biāo)系，保證坐標(biāo)系選用與敦煌地下水置換坐標(biāo)系統(tǒng)一致。但經(jīng)過計(jì)算，敦煌地下水置換平面坐標(biāo)系屬于1954年北京坐標(biāo)系中央子午線為96°成果；而黨河水庫測(cè)區(qū)坐標(biāo)屬中央子午線93°，所以需要換帶計(jì)算?？紤]到換帶后設(shè)計(jì)人員使用時(shí)不方便，同時(shí)還要與土地、環(huán)保等部門銜接，最后采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，同時(shí)將平面控制點(diǎn)DK01、DK02進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

4.2 高程系的選用

根據(jù)勘測(cè)委托書要求，高程系統(tǒng)選用1956年黃海高程系。然而黨河水庫壩頂高程與本次實(shí)測(cè)高程不一致，經(jīng)過對(duì)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量，選取2016－2018年間變形監(jiān)測(cè)成果與2019年作業(yè)高程比較（如表1所示），設(shè)計(jì)要求要與原水庫高程一致，經(jīng)分析本次成果資料高程值需要整體加0.58m。

表1 2016-2018年間變形監(jiān)測(cè)成果與2019年作業(yè)高程比較

5.平面控制網(wǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)

5.1 基線解算

GNSS觀測(cè)原始數(shù)據(jù)采用南方GNSS數(shù)據(jù)處理軟件，進(jìn)行測(cè)站點(diǎn)屬性編輯、基線解算。嚴(yán)格設(shè)置采樣間隔15s，衛(wèi)星截止高度角15°，根據(jù)基線殘差分布，剔除周跳跳變影響較大的部分基線，使基線閉合差滿足限差要求。

5.2 GNSS網(wǎng)平差計(jì)算

利用合格的基線，帶入已知點(diǎn)坐標(biāo)，采用科傻平差軟件進(jìn)行平差，包括在WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)下無約束平差和在2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的二維網(wǎng)平差，以及測(cè)區(qū)平均經(jīng)度，測(cè)區(qū)平均高程面的工程面平差。平差數(shù)據(jù)處理后各項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)都符合五等GNSS網(wǎng)的要求，網(wǎng)平差成果滿足本階段勘測(cè)任務(wù)書以及技術(shù)設(shè)計(jì)書要求。經(jīng)計(jì)算，GNSS網(wǎng)各項(xiàng)精度指標(biāo)（如表2所示）。根據(jù)水利水電工程測(cè)量規(guī)范表4.1.2最弱相鄰點(diǎn)點(diǎn)位允許中誤差和表4.2.1最弱邊相對(duì)中誤差規(guī)定，平面坐標(biāo)成果均滿足規(guī)范要求。

表2平面GNSS網(wǎng)各項(xiàng)精度指標(biāo)

6.高程控制網(wǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)

高程網(wǎng)采用南方平差易軟件平差，三角高程邊長(zhǎng)進(jìn)行了溫度、氣壓、大氣折光、加常數(shù)、乘常數(shù)及地球曲率等改正，具體精度指標(biāo)（如表3所示）。經(jīng)計(jì)算每千米高差中誤差、路線閉合差都符合規(guī)范要求，本次高程測(cè)量可以滿足水利水電工程測(cè)量規(guī)范五等網(wǎng)精度要求。

表3高程控制網(wǎng)各項(xiàng)精度指標(biāo)

7.地形圖和縱橫斷面測(cè)繪

7.1 地形圖測(cè)繪方法

地形圖嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范，地形、地物標(biāo)注依據(jù)地形圖圖式進(jìn)行注記，高程點(diǎn)保留也遵循圖式要求。作業(yè)時(shí)節(jié)剛好是黨河水庫排沙期，水庫基本沒有蓄水，水下地形直接采用航飛測(cè)繪。壩址區(qū)1∶500地形圖采用航空傾斜攝影測(cè)量，1∶2000庫區(qū)地形圖采用航空正射攝影測(cè)量，像控點(diǎn)、特征點(diǎn)采用RTK采集，基站的有效作業(yè)半徑均小于5km。作業(yè)開始前和結(jié)束后均進(jìn)行已知點(diǎn)檢查，檢核點(diǎn)的平面位置較差均小于圖上0.2mm，高程較差均小于1/5等高距。對(duì)作業(yè)區(qū)的房屋、道路、橋梁、電纜線、通信線都測(cè)繪入圖，對(duì)河道河床、以及周圍荒草地、林地、果園都圈定范圍線，并在地形圖進(jìn)行注記。地形圖測(cè)繪時(shí)，按原來計(jì)劃水庫泄洪，航飛基本能測(cè)到水庫底面。在實(shí)際航飛時(shí)水庫已經(jīng)過了泄洪期，開始蓄水，水位太低，周邊都是淤泥，作業(yè)人員根本無法進(jìn)行水下地形測(cè)繪。壩區(qū)水下地形根據(jù)輸水洞底面高程內(nèi)插，存在一定的誤差，建議在初步設(shè)計(jì)階段或施工圖前期，進(jìn)行水下地形測(cè)繪。

7.2 建筑物斷面測(cè)量方法

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)計(jì)人員溝通后，確定河道縱橫斷面、建筑物縱橫斷面重新測(cè)繪完成的1∶500、1∶2000地形圖上截取。水下部分可能有出入，建議在初步設(shè)計(jì)階段或施工圖前期進(jìn)行水下實(shí)測(cè)，以便及時(shí)改正。內(nèi)業(yè)整理時(shí)通過EXCEL進(jìn)行建筑物斷面樁號(hào)、高程計(jì)算，并生成繪圖軟件使用的數(shù)據(jù)文件。采用計(jì)算機(jī)輔助制圖，利用斷面圖繪圖程序直接成圖。對(duì)于斷面記錄、計(jì)算和成圖要進(jìn)行100%校核。

8.項(xiàng)目中的質(zhì)量保證措施

在儀器設(shè)備和作業(yè)人員方面，儀器設(shè)備性能優(yōu)良先進(jìn)，所使用的各類測(cè)繪儀器均在法定單位檢定合格期內(nèi)，作業(yè)人員選用本單位合格的在崗人員進(jìn)行作業(yè)。

在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，建立工序檢查制。對(duì)產(chǎn)生誤差的生產(chǎn)過程加以控制，對(duì)這些生產(chǎn)過程中出現(xiàn)與相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)規(guī)定不符的質(zhì)量問題進(jìn)行修改，以達(dá)到提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的。

實(shí)行二級(jí)檢查制度，即過程檢查、最終檢查。一級(jí)檢查由隊(duì)和項(xiàng)目組共同完成。檢查員認(rèn)真落實(shí)作業(yè)員的自查工作，并對(duì)成果進(jìn)行100%檢查。作業(yè)員對(duì)檢查員提出的修改意見進(jìn)行100%修改，作業(yè)員對(duì)自己的成果質(zhì)量負(fù)責(zé)到底。二級(jí)檢查由工程測(cè)繪院工程測(cè)量專業(yè)主任工負(fù)責(zé)完成。主任工對(duì)作業(yè)隊(duì)提交的成果進(jìn)行100%的檢查，作業(yè)員對(duì)檢查員提出的修改意見進(jìn)行100%修改。各級(jí)檢查意見，作業(yè)員進(jìn)行全面修改，檢查人員復(fù)查，認(rèn)真填寫檢查記錄，并按質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。

9.結(jié)束語

依據(jù)既定技術(shù)路線，測(cè)量作業(yè)嚴(yán)格按照水利水電工程測(cè)量規(guī)范要求實(shí)施。結(jié)合平差計(jì)算結(jié)果和綜合成果分析：本測(cè)量工程起算點(diǎn)選擇合理、起算數(shù)據(jù)正確；GNSS網(wǎng)型布設(shè)合理，點(diǎn)位埋設(shè)合理；觀測(cè)儀器性能良好，觀測(cè)方法規(guī)范，觀測(cè)記錄完整；計(jì)算過程嚴(yán)謹(jǐn)，計(jì)算結(jié)果正確；提交資料齊全、完整；根據(jù)抽檢的測(cè)繪成果數(shù)據(jù)分析，其各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。