陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西西安 710002
摘要：详述了使用GPS定位技术建立B级GPS基准网和C级GPS监测网的观测和数据处理方法。通过对水库近坝区域水平位移首期及二期监测成果的分析和对比，对基准网和监测网各点的稳定性进行了分析和描述，为保障在建水库工程的安全提供了准确可靠的定量资料。
关键词：GPS静态定位；监测网；水库工程；TBC软件
引言
随着水利工程投资的不断加大，我国大中型水利水电工程和高坝越来越多，大坝及周边地表稳定与否不仅关系到工程自身的安危，更关系到下游人民的生命财产安全，对工程区地表稳定性进行监测，具有非常重要的意义。相比于传统测量方法，全球定位系统（GPS)速度快、精度高、自动化程度高、经费省且不受通视条件限制[1]。随着GPS系统的完善，GPS接收机性能和解算软件不断改进，在短距离（二三公里以内）上已经能够达到亚毫米级的精度[2]。这样，高精度的GPS定位技术便可用于水库工程近坝区域地表稳定监测。
1概述
1.1工程概况
该在建水库枢纽工程位于黄土高原沟壑地段，由水库和反调节库组成，水库为大（二）型水库，由大坝、泄洪排沙洞、溢洪道、输水洞、坝后电站五部分组成。大坝为均质土坝，最大坝高49米。反调节库由大坝、泄洪洞、放水洞和抽水泵站组成，主要功能是在水库泄洪排沙期间确保正常供水。工程近坝区域地表稳定监测始于2015年12月，2016年6月，进行了第二期监测。
1.2监测的基本精度及方法
1.2.1监测精度
参照《水利水电工程测量规范》（SL197-2013）对边坡与库岸不稳定区变形监测精度的要求[3]，近坝区域水平位移监测点的点位中误差设计为±3.5mm。
1.2.2 监测方法
监测项目启动前的两年中，测量单位对枢纽区施工控制网进行的四次复测发现，多个点位发生不同程度的位移，表明近坝区域为不稳定区域。另外，近坝区域地形复杂、监测范围较大，基准点选设困难。最终方案中，基准点布设地较为分散，点间平均距离约为1400m，基本不具备通视条件。这种情况下，传统全站仪监测方法难以开展，故选择GPS定位方法用于水平位移监测。具体方案是：以GPS连续运行站为基准站，采用B级GPS测量方法建立基准网，采用C级GPS网对监测点进行测量。
图1 基准点的布网和监测点的点位
1.2.3观测周期
B级GPS基准网：在首期观测完成之后，每一年复测1次。
C级GPS监测网：在首期观测完成之后，每半年复测1次。
1.3布网情况
1.3.1基准点
基准点的布设充分考虑了近坝区域监测点的监测需要，同时应兼顾水库及反调节库大坝安全监测基准点的选设。经图上布点，实地踏勘、选点，最终确定布设8个基准点，编号：B01~B08。
1.3.2监测点
根据近坝区域地形、监测范围，监测点选设在反调节库大坝枢纽区及水库大坝上游约2km、下游约1km范围内。经图上布点，实地踏勘、选点，最终确定布设17个监测点，编号：C01~C17。
1.3.3基准点的布网和监测点的点位情况见图1所示。
1.3.4点位要求及标墩建造严格按照相关规范执行。
2观测
2.1仪器
水平位移监测网观测使用的仪器设备为天宝R8 GPS双频接收机，标称精度（5mm＋1*Dppm），作业前经法定授权计量单位进行检验，相关精度指标满足国家相关规定和变形监测要求，并在有效期内。
2.2基本技术规定
B级GPS基准网及C级GPS监测网观测的基本技术规定应符合表1的要求。
注：N为南北方向，E为东西方向，U为高程方向。
3.1.2 C级GPS监测网数据处理
3.1.2.1 基线解算
（1）采用Trimble Business Center（TBC）软件进行基线解算，对外业采集数据进行了：单条基线解算结果的检验；复测基线差值的检验；同、异步环各项闭合差的检验。
（2）对GPS网测量中误差进行了统计。
（3）以上检验的统计结果为：除个别同步环超限外，其余所有检验项目均符合规范要求。根据《工程测量规范》（GB 50026-2007）中3.2.12款的规定，GPS网平差时舍弃不合格基线。
3.1.2.2 GPS网平差
（1）平差软件
GPS网平差采用“GPS工程测量网通用平差软件包（Cosa GPS V5.20）”。
（2）平差流程
以GPS网中B01点的大地坐标（ITRF2008框架、2015.945历元）为起算数据，进行三维网无约束平差。在2000国家大地坐标系下，分别以3个或4个B级GPS点作为起始点对C级GPS监测网进行二维约束平差。
（3）平差结果
平差结果见表4。
经以上统计可知：各网最弱点点位中误差均小于±3.5mm；最弱边相对中误差小于1 /120000，满足技术设计书的要求。
3.2二期观测
对首期建立的B级GPS基准网、C级GPS监测网按本项目技术设计书要求的C级等级、网形对其进行了观测，观测过程及观测数据符合技术设计书的要求。数据处理同首期观测中C级网的处理方法，各个C级GPS监测网的起算点及平差精度统计见表5。
通过上表的分析认为：B级基准网中基准点B03、B04基本稳定，B06、B08相对稳定，B05有明显位移。
4.1近坝区域地表稳定性分析
以首期测量的坐标为基准值，第二期测量的坐标与基准值的差值作为位移量，计算各监测点的水平位移量，并以±10mm（2 ×m点，m点为监测点测量允许的点位中误差，即技术设计书要求的3.5mm）为监测点稳定性分析的依据。经分析，水平位移监测网中有监测点发生位移，位移量统计见表7。
由表7分析可知，近坝区域地表稳定性较差，其中监测点C11、C12水平位移量较大。C04、CO5、CO6、CO7、CO8、C09、C13、C17等点都存在较小程度的位移。
根据以上数据分析可知，该水库枢纽近坝区域地表稳定性较差。为了保证工程建设的安全，应立即将监测结果提交工程建设单位，并继续进行近坝区域地表稳定监测。
参考文献：
[1]兰孝奇，华锡生，黄晓时，等.GPS监测大坝三维变形的应用[J].水电自动化与大坝监测.2004（04)：48-50.
[2]蔡海峰，雷河森，冯凌浩，等.GPS在大坝变形监测中的应用[J].华夏地理.2014（07）：142-144.
[3]SL 197-2013，水利水电工程测量规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.
论文作者:张大强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/8
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