水电站平面控制网网点稳定性分析及位移修正

沈静，付青萍

（1.国家电力监管委员会大坝安全监察中心，浙江杭州310014；2.江西柘林水电开发有限责任公司，江西九江332000）

1 工程概况

某电站是一座以发电为主，兼有防洪、灌溉、航运、养殖等综合效益的大（1）型水利水电工程。水库总库容79.2亿m3，为多年调节水库。工程由主坝、Ⅰ～Ⅲ副坝、第一溢洪道、第二溢洪道、泄空洞、发电引水系统和厂房、灌溉取水及通航建筑物等组成。主坝等主要挡水建筑物为1级建筑物。

主坝为粘土及混凝土防渗心墙土石坝，防浪墙顶高程为75.2 m，最大坝高63.5 m，坝顶长度590.75 m。Ⅰ副坝为均质土坝，Ⅱ副坝为粘土心墙坝，Ⅲ副坝为粘土及混凝土防渗心墙均质土坝。第一溢洪道位于主坝右岸，为3孔陡槽式溢洪道；第二溢洪道位于Ⅰ副坝左端，为7孔开敞式溢洪道。发电进水闸和接头混凝土重力坝紧靠主坝左端。

2 平面变形测量布置

2.1 平面控制网

2002年利用扩建工程监测控制网的部分控制点作基准点，重建主坝区变形监测平面控制网。

重建的平面控制网由13个基准点组成，网点编号分别为L1-1、3-2、3-3、3-7、3-10、SA1-2、2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7。平面控制网测区南北长约1500 m，东西宽约600 m，平面布置见图1。平面控制网主要对主坝水平位移、扩建工程的边坡变形、F7断层水平位移、溢洪道水平位移的工作基点进行校测。平面控制网建成后在2003年首次观测，2004年、2005年、2008年进行了复测。

图1 平面控制网网点布置图Fig.1 Distribution of the dots in plane control network

2.2 水平位移测点

大坝安全监测系统涉及的工程部位主要有：主坝、Ⅰ副坝、Ⅲ副坝、第一溢洪道、第二溢洪道、F7断层、进水闸、“80山包”、厂区边坡和B厂引渠与进水口边坡、B厂引水发电系统等。

主坝水平位移监测共有8条测线，共33个测点。进水闸重力坝坝顶及进水闸下游防浪墙顶布设的水平位移测点分别为5个、2个。

扩建工程B厂的厂房后坡、“80山包”、引渠及进水口部位布置有39个、第一溢洪道闸墩顶部布置有8个、F7断层所在的山坡上布置有7个、Ⅰ副坝布置有19个、第二溢洪道布置有14个、Ⅲ副坝布置有9个水平位移变形测点。

2.3 观测方法

平面控制网和水平位移观测均采用徕卡TCA2003全站仪。

平面控制网按全边角网一等进行观测，水平角观测采用全圆观测法测12测回。

水平位移以控制网点为工作基点，采用边角交会法、极坐标法观测。

3 平面控制网分析

2003年首次观测后，2004年、2005年、2008年对平面控制网进行了三次复测，对比四次测量中的边长，成果见表1。从表中可以看到，2004年和2005年的大部分边长比2003年的长，且数值较大，表明和2003年相比，相当于整个网形有了一定的放大。其中2004年和2005年两年所用的边长改正常数是取自同一份检定结果，2003年和2008年两年所用的边长改正常数是各取独立的检定结果，目前已无法考证当时仪器常数的正确性。但从2008年的边长观测值来看，与2003年相近，其差值有大有小，大部分是误差所至，因此有理由怀疑2004年和2005年两年的边长数据存在系统误差。

2004年和2005年的平差结果表明，各点的位移和距离起始点的远近有关，离起始点L1-1较远的一些点，位移达到20 mm，明显是由于边长数据存在系统误差而使网形放大造成的。

由以上分析，对2003年和2008年两期观测数据进行稳定分析计算，计算表明2-3、2-4、2-6、2-7、3-7、SA1-2能够确认是稳定点，另外，除2-5相对有少许变动外，其余各点均不能排除不稳定的可能，也无法确认是稳定点。利用稳定点对2008年观测数据进行平差，结果表明2-5的位移小于4 mm。

4 水平位移观测修正

表1 平面控制网复测边长成果比较Table 1:Side length in remeasurement by plane network

主坝坝体、扩建工程、F7断层、第一溢洪道采用边角交会法及极坐标法进行观测的水平位移从2003年开始施测至今。2004～2007年的水平位移存在不同程度的突变，不符合各建筑物的位移变化规律。其原因是平面控制网复测后采用了新的成果，另外，对边长改正采用的常数为2004年检定结果，边长改正常数的异常影响到了最终的位移结果。

2008年的复测表明，大多数控制网点稳定或位移较小，因此对2003年以后所有采用交会法得到的水平位移观测成果利用2003年平差得到的基准点成果重新计算。

测点本身采用边角交会法或极坐标法观测，所以也存在着边长放大的系统误差，因此对边长常数也进行了修正，重新进行边长计算。

修正前、后的典型测点测值过程线见图2、图3。

对比修正前、后的测值过程线可见：修正前测值过程线不平顺，呈现船形，且2004～2007年间测值明显存在异常突变。修正后，典型测值过程线整体平顺，无异常突变，与土坝运行多年来的变形规律较符合。

图2 典型测点未修正过程线Fig.2 Graph without correction of typical monitoring points

图3 典型测点修正后过程线Fig.3 Corrected graph of typical monitoring points

5 边角交会的精度分析

边角交会可以看作是从两个工作基点分别进行极坐标法观测，用极坐标法分别计算位移点的坐标，再计算两套坐标的差，坐标差中一部分是观测误差引起的，还有一部分是两工作基点坐标的相对误差引起的。

用各期每一位移点观测的两条观测边长和两个观测角之和通过余弦公式计算工作基点间的边长，再用工作基点坐标值计算基点间的边长，两者的差也可以衡量观测精度。同样,差中一部分是观测误差引起的，还有一部分是两工作基点坐标的相对误差引起的。

坐标差和基线差较大，但差值变化不大时，可能是工作基点已发生变化，需及时进行校核或复测。当坐标差和基线差有小有大时，说明差值异常的那组边角交会观测值有粗差存在，应及时进行重测。

2-5和2-1组成的工作基点组对12个点进行边角交会，统计了从2003年1月15日～2008年10月3日该组交会的25期成果，共297个单点次闭合差，绘制了两个坐标差和基线差的分布图，见图4。

从分布图中可以看到，差值分布宽度较大，观测精度还有待提高；差值的均值在0附近，说明工作基点间的关系较好。

图4 2-5和2-1工作基点组边角交会法坐标差及基线差分布图Fig.4 Distribution of coordinate difference and baseline differ⁃ence in linear-angular intersection of the 2-5 and 2-1 work⁃ing basing points set

6 结语

（1）从多个水电站的控制网复测情况来看，目前检定得到的边长改正数常有错误，因此建议在检定前后均在控制网上测一条边，这样可以及时发现常数的异常。

（2）控制网复测后，应进行稳定分析，不要急于采用新的工作基点坐标。

（3）边角交会应计算闭合差，及时发现观测值中含有的粗差和工作基点间的变动。■