GPS在石门子水库副坝变形监测中的应用

李晓飞

(新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，新疆 昌吉 831110)

GPS在石门子水库副坝变形监测中的应用

李晓飞

(新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，新疆 昌吉 831110)

摘要：以石门子水库副坝(土石坝)变形监测为例，介绍了其监测方法及对观测数据的处理和分析,采用GPS平面拟合高程进行水库竖向位移监测，其精度与三等水准精度相当，而且可以将平面与竖向位移同时观测，大大提高了测量效率，节省了人力和物力。

关键词：GPS;变形监测;水平位移矢量;垂直位移矢量;土石坝

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2015.03.018

中图分类号：P228.4

文献标志码：A

文章编号：号： 1008-9268(2015)03-0070-03

收稿日期：2014-12-20

作者简介

Abstract:Taking Shimenzi reservoir auxiliary dam deformation monitoring as an example, the monitoring method ,the observation data processing, and analysis is introduced, The vertical displacement of reservoir is monitored by GPS plane fitting, and the precision is equivalent to the level of three. The measuring efficiency is greatly improved, and it saves manpower and material resources.

0引言

塔西河石门子水库枢纽工程位于新疆昌吉州玛纳斯县境内,距玛纳斯县以南约42 km处,位于塔西河峡谷处,副坝为土石坝,坝高60 m.水库库容5400万立方米,水库正常蓄水位高程1 390 m,副坝主体工程于2005年完工,业主要求对水库石门子水库副坝变进行变形监测,更好地了解水库副坝随水库水位升降而发生的水平及垂直位移的变化的规律,从而确定水库安全运行的科学管理方法。为此根据《土石坝安全监测技术规范》要求的精度确定,采用先进的GPS方法进行观测。

1石门子水库副坝(土石坝)的变形监测

1.1　石门子水库副坝变形监测的方法

1.2　GPS观测的实施

平面施工控制网采用美国Trimble 5700 GPS(5 mm+0.5 ppm)双频接收机4台套;为保证网GPS平面拟合的高程精度,GPS网为网连式结构,平均每点观测不少于2个时段,每个时段为90～120 min(观测时间根据点位的开阔程度适当调整),具体观测要求如表1所示。

1.3　GPS观测数据的处理

1.3.1GPS观测数据的质量

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联系人： 李晓飞 E-mail: lxf920908@126.com

从上述GPS复测基线、同步环、异步环的检查可以看出,测量误差均远小于限差的要求,测量质量优良,可以进行网平差。

表1　二等GPS观测技术要求[5]

1.3.2GPS观测数据的平差

对GPS控制网平差进行了三维无约束平差[5],一点一方向的约束平差。其中三维无约束平差的精度是衡量本次石门子水库副坝监测控制网测量精度，具体如表2所示。

表2　三维无约束平差的精度表

可以看出三维无约束平差的精度高,各项指标均远优于规范中的规定,说明石门子水库副坝监测网测量精度优良。

2GPS测量数据的分析

2.1　GPS水平位移分析

用本次GPS测量数据与初始值相比较,发现副坝在FB1-FB2-FB3段有向下游方向的位移,而FB4-FB5段有向上游方向的位移,具体情况如表3所示。

表3　大坝水平位移矢量表 单位(mm)

经现场察看，副坝在FB3、FB4之间防浪墙上有一明显的裂缝,这与GPS观测结果一致,需引起管理者的重视,同时也说明采用GPS观测方法合理。

2.2　GPS竖向位移分析

竖向位移采用两种方进行观测:

1) 采用三等水准观测[6]。观测精度为,测站总数53,测站站数52,闭合差(fh)-0.24 mm,限差为10.1 mm.其结果与初始值比较如表4所示。

表4　三等水准观测副坝垂直位移矢量表(单位mm)

2) 利用GPS平面拟合高程观测。观测精度为PVV=0.759 cm2，M0=0.503 cm.其结果结与初始值比较结果如表5所示。

表5　GPS平面拟合高程副坝垂直位移矢量表(单位mm)

将两种方法测量结果进行比较,可以看出其测量的高程差值在5 mm以内,测量精度较高,具体情况如表6所示。

表6　三等水准观测高程与 GPS平面拟合高程比较表(单位mm)

为保证测量精度在实际操作中应注意以下问题:

1) 保证GPS工作基点对水库监测区域控制较好,以保证监测点能被有效控制(工作基点一般控区域在2 km以内,其测量垂直精度就可以与三等水准精度相当)。

2) 在布设工作基点和监测点时,要保证能同时接收到5颗以上的卫星。

3) 保证控制网平差数据正确,精度可靠。

3结束语

石门子水库变形监测测量采用GPS测量,通过对GPS测量数据的分析得出,GPS大地高通过平面拟合在水库竖向位移监测的精度与普通三等水准测量精度相当,可同时观测水平位移与竖向位移,省去了水准观测,大大提高了测量效率。

参考文献

[1] 中华人民共和国水利部,中华人民共和国电力工业部.土石坝安全监测技术规范SL60-94[S].中国水利水电出版社,1995.

[2] 中华人民共和国水利部.水利水电工程测量规范SL197-2013[S].中国水利水电出版社,2013.

[3] 中华人民共和国水利部,中华人民共和国电力工业部.土石坝安全监测技术规范DL/T 5178-2003 [S].中国水利水电出版社,2003.

[4] 黄声享,伊辉,蒋征.变形监测数据处理[M].武汉:武汉大学出版社,2003.

[5]国家测绘局测绘标准化研究所.全球定位系统(GPS)测量规范GB/T 18314-2001[S].中国标准出版社,2001.

[6]国家测绘局标准化所.国家一、二等水准测量规范GB12897-1991[S].中国标准出版社,1991.

李晓飞(1979-),男,工程师,主要从事水利水电工程勘测设计。

Application of GPS in Deformation Monitoring of

Dam Shimenzi Reservoir

LI Xiaofei

(XinjiangWaterConservancyandHydropowerInvestigationDesignandResearch

SurveyingandMappingEngineeringInstitute,Changji831110,China)

Key words: GPS; deformation monitoring; horizontal displacement vector; vertical displacement; earth rock dam