水库大坝变形监测中GPS测量技术的应用

【摘要】在国民经济的稳步发展的21世纪，人民的生活得到了改善，水利大坝工程也得到了发展的同时，但是一些水库在使用过程中存在大坝变形的问题。而针对这一问题，我们可以使用GPS技术对水库大坝进行监测，能够在发现变形部位的同时，及时进行相应的处理，而且GPS技术的建设成本较低，有利于大坝后期维护工作的持续开展。现阶段，GPS测量技术广泛应用于各个不同的领域，而水库大坝涉及的局部地形复杂度不高，使用GPS技术能够实现对大坝的实时监测。本文就对水库大坝变形监测中GPS测量技术的应用进行研究，指出来大坝监测工作的重要性，并结合实际情况分析来GPS技术在大坝变形监测中的应用。

【关键词】GPS;大坝;变形;观测

1、引言

为了使大坝变形监测的，我们必须要进一步升级测量技术。准确的数据和资料不仅仅是大坝现场状况的直接体现，也是相应修复工作的重要科学依据。现阶段，GPS测量技术发展迅速，而测量的范围也越来越大，因此我们不能忽视其有益的作用。在水库大坝变形监测中，GPS测量技术是最为重要的关键技术之一，在大型水库大坝的监测工作中，GPS技术发挥了不可替代的作用。

2、大坝变形监测工作的重要性

2.1是大坝安全运行的保障

变形观测最重要的目的是了解水库大坝的实际情况，为判断水库的安全性提供重要信息，在大坝变形超过安全允许值的情况下，能够及时观测水库的变形情况，让相关部门及时对变形做出处理。特别是在雨季容易爆发洪水，一旦监测到大坝变形就必须立即发出警报，因为很多溃坝案例都缺乏观测，一些工程的险情无法及时发现。

2.2最大程度发挥水库工程的效益

在实时的监测工作之下，可以通过监测工作所获取的水位和外界温度等信息，来推断水库大坝这一时期的安全程度，在保证安全的前提下，可以指导水库的正常运行，最大程度发挥工程效果。

2.3设计数据验证

影响大坝的因素较多，对这些影响因素依次进行计算的话，计算工作的工作量较大，而且也无法保障计算的精度。在工程设计过程中，常将先验公式、试验系数或公式简化为近似值。而在大坝是建成之后，使用监测手段验证实现的各项参数是否符合设计的要求，进而提高了设计水平。

3、水库大坝变形监测中GPS测量技术的应用概述

水库大坝是水利工程建设中最为基础的建设工程，但是水库大坝在储水、防洪等方面有着重大贡献。然而，由于受外界地质构造变化和其他因素的侵蚀，大坝完工后可能出现倾斜、沉降、扩展等变形现象。如果不能及时发现大坝变形会严重威胁大坝的安全运行的，甚至会引发水坝垮塌灾害事故。我们需要对水库大坝的变形进行实时监测，建立大坝的变形预警机制。大坝变形观测的目的是及时监测影响大坝自身和外部环境的变量和变形规律。传统的水平位移观测通常采用经纬仪和仪器观测，但是这些监测方法的工作量大，而且工作时间较长，监测工作的质量很容易被外界因素影响。GPS技术应用于水库变形观测，通过卫星导航系统，对基站与移动局之间的信号进行实时动态测绘。其优点是不受外界环境因素的影响，大大提高了水库水平位移观测的效率和质量，能够保证技术人员能够正确掌握水库变形数据。

4、在大坝变形监测工作中GPS 定位技术的具体应用

4.1技术设计准备

收集好水库大坝工程的各项资料，明确监测工作的相关要求，结合水库大坝建设设计的图纸进行监测工作。

4.2平面设计

图形强度设计是指观测点之间、观测点与基准点之间的几何布局，是指网络中独立的基线编号和交互设计。在图形选择过程中，基准点应考虑观测点的有效控制，基准点之间可进行互检，并考虑设备和交通条件。

4.2.1观测点设计

GPS水库变形观测面积虽然不大，但主要集中在变形观测站的布设上。变形观测点一般设置在一定范围内具有代表性的区域。为了建立更为实用的安全观测模型，有必要合理地建立密集的观测点整体。

4.2.2标准点布置

基准点需要选择地质条件好、视场距离适中的地点。而且要保证附近没有强信号。交通方便、安全可靠。根据观测点的分布情况确定基准点，为保证标准网和观测网的可靠性，可设置2-3个基点，尽量分布在水库下游两岸，避免大坝的影响。

4.3标准设计

在GPS水库变形观测中，标准设计是准确反映观测结果可靠性和观测点变形的一项工作，对数据结果的分析具有重要意义。由于仪器等因素的限制，水库变形观测采用传统的方法进行，因此观测网的基准点离变形观测区不远。如果距离过近，会受到自身变形的影响，不能正确反映变形情况。因此，很难安排标准点。随着GPS技术的不断提高以及更多高精度仪器的投放市场，使得这一问题很容易得到解决。除了变形区域外，还可以选择参考点，以确保数据的可靠性。

测量标准包括位置标准、方向标准和尺度标准，储层观测标准通过网络综合评价实现。在GPS网的总体评价标准中，可以采用相对观测和绝对观测（如WGS-84点的坐标）两种方法。只有在相对测量的GPS网中，网的方向标准和比例尺标准才是平差计算中唯一需要确定的，网的位置标准是决定使用三点坐标的近似值系统和平板车法。如果测量中包含坐标视图，则网络的位置标准取决于这些点的坐标值和精度。确定网位的标准是GPS网标准设计的重要组成部分，一般分为最小约束法和滞留法。

4.4观测时间和周期设计

根据观测时间和时段，结合影响水库变形的因素，确定有利于观测目的和结果分析的最佳观测时段，并结合各种地形条件、多种效应、卫星分布等，通过分析观测时间、时间优缺点、气象因素等，得出最佳观测时间。

4.5测量成本和后期维护

GPS技术相较于其他技术如大坝GeoMoS自动监测系统的建设成本较低，虽然在测量精度上有所不及，但是后期维护工作的工作量也较低。GPS技术能在保证一定测量精度的基础上，节约更多大坝变形维护工作的资金，在测量工作资金有限的情况下，GPS技术是不错的选择。

结语：

在水库大坝变形监测中应用GPS测量技术，能够有效提高监测工作的效率，在一定程度上加快工作进度，在提升整体监测工作质量同时，有利于水库大坝工程的长远发展。但是在注意监测工作过程中的每一个细节，落实各项基本监测标准，制定监测管理办法，在发现水库大坝变形的第一时间就需要采取相应的措施，以防止日后出现决堤的可能。

参考文献：

[1]赵多明. GPS和高精度水准测量技术在水库大坝外部变形监测中的应用[J].甘肃水利水电技术，2018，048（004）：39-41.

[2]倪志華.王庆勇. GPS技术在某水库大坝变形监测中的应用[J].新疆水利，2018（05）：35-38.

作者简介：

唐宏华（1979-）男，汉族，湖南沅陵，助理工程师，大学本科，从事大坝测量。