石垭子水电站库区淹没界桩测量方案设计

胡寒露，蒋庆仁

（中国电建集团贵阳勘察设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）

石垭子水电站位于乌江中游的洪渡河支流上，是洪渡河干流水电梯级开发的第六级，坝址距离乌江汇合口69.5km，水库正常蓄水位相应库容3.218亿m3，工程开发任务以发电为主，兼顾防洪等任务。电站装机容量120MW，保证出力28.24MW，多年平均年发电量4.53亿kW·h。枢纽为二等大（2）型工程。水库库区主要有三大支流，总长约25.21km，总淹没面积（含施工区提前征用部分）8.84km2。其中，陆地面积6.94km2，水域面积1.90km2；淹没耕地2.07km2，淹没林地4.26km2。

库区淹没范围较大，需要测量的界桩数量较多，且河道两岸植被茂密、交通不便，因此需要精心设计测量方案，协同内业、外业测量工作，保障界桩测量成果，并尽量提高测量效率[1]。测区平面图如图1所示。

1 测量要求

1.1 界桩布设密度要求

平地、丘陵地区内大片的耕地，以及经济价值较高的林区，100～200m设1个界桩；城镇、居民地、工矿企业、名胜古迹，两端各设1个，中间按其规模和地形布设；面积不大的山区耕地，稀疏的独立房屋、林地、荒山、草地，每隔200～500m设1个界桩；坍岸、防护地区、浸没区、风景区，相邻界桩互相通视，每处设不少于2个界桩。

与此同时，考虑到石垭子电站库区较长、陡壁较多，且生长的多为天然灌木，经济价值较小，在这些地带每隔1000～2000m设1个界桩[2]。

1.2 界桩测量精度要求

集镇、居民地、工矿企业、名胜古迹、风景区、重要建筑物、公路、地面倾角大于2°的大片耕地，其界桩高程中误差应小于±0.1m；地面倾角为2～6°的耕地和经济价值较大的地区，如大片森林、竹林、油茶林、果林、药园、牧场等，其界桩高程中误差应小于±0.2m；地面倾角为大于6°的耕地和其他具有一定经济价值的地区，如一般树林、竹林等，其界桩高程中误差应小于±0.3m。

1.3 界桩物理特性

界桩可用20cm×20cm×80cm规格的长方体水泥桩（在现场浇筑，也可预制），也可在固定的岩石上应用钻子刻出较深的痕迹，并涂上红油漆。

1.4 界桩测量及埋设高程

耕地、园地界桩高程是考虑20年泥沙淤积后，5年一遇洪水回水水面线，坝前回水不显著段在正常蓄水位的基础上加安全超高0.5m（取值结合风浪爬高和船行波计算确定）所形成的外包线的高程；林地、草地和其他地类，界桩埋设高程，为正常蓄水水位线（平水线）高程；农村居民点、集镇、工矿企业、公路、电力电信、水利水电设施考虑20年泥沙淤积后，以20年一遇洪水回水水面线与坝前回水不显著段在正常蓄水位基础上加安全超高1m（取值结合风浪爬高和船行波计算确定）所形成的外包线即为界桩的高程；施工征地系以工程施工征地需要和建筑物占地为前提，以施工规划确定的范围（施工占地界址点坐标）为界线。

2 测量方案设计

2.1 仪器及设备

2″级Leica1102全站仪1台；2″级Leica702全站仪1台；5″级Leica407全站仪2台；笔记本电脑若干台。

2.2 库区测量方案

石垭子电站坝址Ⅱ等施工控制网GPS点（II-6，II-7）和沙坝电站Ⅱ等施工控制网GPS（SP1，SP2）作为起算依据，发展Ⅳ等GPS点及其Ⅳ等导线，往库区引测，在岩平、沙溪岔河口、金鱼峙、春雷大桥（杆子营）、洋岗河大桥、桐木岭大桥、洋溪河、安家寨、龙塘、边江大桥、下深溪布设12对（24个）GPS点作平面控制闭合点；加密Ⅳ等导线及Ⅳ等三角高程导线及图根点，作为库区红界桩测量的起算依据；将高程闭合至规划阶段测设的Ⅲ等水准点上。

高程合线路1为石垭子坝址—边江大桥—春雷大桥（杆子营）—沙坝电站Ⅱ等施工控制网SP1；高程合线路2为石垭子坝址—边江大桥—珍珠—桃符坝；高程合线路3为洋岗河大桥—桐木岭大桥—渝家。

2.3 库区界桩测量实施

（1）首级控制测量。用6台AshtechGPS接收机按D级GPS网进行平高测量，对各控制点进行三维约束平差。为了保证几大电站梯级开发平面坐标的一致性，GPS首级控制选用石垭子Ⅱ等施工控制网Ⅱ-7、Ⅱ-6，以及沙坝电站SP01、SP02作为坐标起算点，建立覆盖整个库区区域的GPS首级控制网，编号为SG01，SG02，…，SG24。同时，考虑到发展下一级控制网的方便性，把首级控制网中的各个点尽量布设在交通便利、地质条件优越、利于观测的位置，全部采用刻石造标。

坐标系采用1954北京坐标系，中央子午线为108°。

外业采用2个时段观测，60min/时段；数据处理采用Ashtechsolutions 2.60软件，并下载GPS精密星历进行处理。

根据地形条件及此次测量工作的要求，在采集GPS数据时，对GPS信号的传播误差采取了有效措施：为了消弱电离层时延变化所引起的定位精度损失，采用AshtechGPS接收机采集数据；为了削弱对流层时延变化所引起的定位精度损失，选取适宜的卫星高度截止角，同时观测测站处的气象要素，以计算气象要素对流层引起的GPS信号进行时延改正。

为减少多路径误差，测量站位尽量避开临近水面、建筑物、微波中继站等，强反射地面、环境和强辐射源等地区同时采取适当变换天线高度和给GPS信号接收天线增设一定大小的微波吸收屏的措施。

（2）加密控制测量。测区部分河段为悬崖峭壁，导线无法进行施测。因此，打破传统的大地测量逐级控制、层层加密的作业方法，在首级控制的基础上，采用电磁波测距导线和布设E级GPS点相结合的方法，进行Ⅴ等导线和图根加密控制测量。

导线一般布设成附合导线，个别困难地区布设成单定向导线或支导线。单定向导线或支导线均采用水平角分别观测左右角、平距及高差往返测的方法进行测量，避免出现人为粗差。各加密控制点（E级GPS点除外）的高程均采用电磁波三角高程施测。相邻导线点间高差进行对向观测，各支点及导线的起、闭点单向观测棱镜的2个不同高度，各测一个测回，避免粗差。干流上所有的三角高程导线，均闭合在规划阶段测量的三等水准点上。

（3）界桩埋设。在设计的模型内预制好界桩（20cm×20cm×80cm），测量出精确高程后，现场埋设界桩。在淹没线上有固定石头的地方，用刻石界桩代替水泥界桩。界桩埋入地下60cm，露出地面20cm。对每个桩进行编号，号码按设计要求，依次编排。

界桩密度：耕地、村寨、集镇区域100～300m埋设1个（相邻点以能通视为准），荒山、林地（含灌木林）、草地、未利用地，800～1000m埋设1个。所有专业项目设施，均测有高程，并以临时界桩形式标注。

（4）界桩高程。在测量控制点上，按不同地类在各断面上的高程测量界桩。

坝前回水不显著段，考虑风浪爬高：耕地、园地类界桩埋设高程为544.5m；集镇、村寨、交通界桩埋设高程为545m；林地（含灌木林）、草地、未利用地界桩埋设高程为544m。

坝前回水显著段：耕地、园地类按20年泥沙淤积，5年一遇洪水回水计算高程埋设；集镇、村寨按20年泥沙淤积，20年一遇洪水回水计算高程埋设；荒山、林地（含灌木林）、草地、未利用地界桩埋设高程为544m。

3 测量精度评定

共敷测E级GPS点28个（含已知点）。施测平面一级控制导线2条，总计导线长18.35km；施测图根三角高程附合导线2条，支导线1条，总长12.2km。

GPS测量相对定位成果符合以下要求：数据点的高度角大于20°；基线解中距离残差的标准差不得大于30mm；重复基线测量的差值小于接收机标称精度的2.828倍；异步环和同步环各坐标分量闭合差满足规范规定的要求，最弱边相对中误差为1/46826，小于规范要求1/40000。

精度评定包括相邻点边长相对中误差精度、重复基线精度和其他精度统计，其较差应小于规范规定的2.828σ（GPS接收机标称精度，σ=5mm）的限差要求。

4 质量检查

4.1 资料检查

记录格式基本能按规范要求填写，记录计算正确、清晰；控制测量计算的起算数据引用正确，控制网的限差符合规范要求。

4.2 外业检查

为了保证测量成果的可靠性，对界桩进行实地检查。抽样检查界桩点，实地测量坐标与图上量算坐标点位误差。

5 结束语

上述测量方案摒弃了传统的测量方法，利用分级布设GPS网和图根导线、三角高程导线和GPS高程等相结合的方法，克服了测区因地形条件、界桩分布广等困难给各级控制测量带来的不利影响，有效提高了作业效率和成果精度。利用该方法测量界桩时，需全过程按照ISO9001质量管理体系要求控制各个作业过程，保证测绘成果可靠，精度和优良率高。