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河南省陆浑水库管理局
摘要：随着全球定位系统和全站仪普及应用，测量技术对现代测量人员要求的越来越高。陆浑水库目前实施的测量方案（手段）仍停留在上世纪90年代水平，为整合现有配备资源，通过改进和修正测量方法（方案），是老仪器能重新焕发功能，施测出满足精度要求的安全监测数据。本文通过对水平位移的视准线法和测小角法的原理及优缺点的比较，对水平位移测量技术方案的测量方法的提出了修正意见，使得该法仍具便于操作、测量数据满足精度的要求。
关键词：水平位移 ；视准线法；测小角法；现代测量技术
1.工程概况
陆浑水库位于黄河流域伊河支流的嵩县境内，距洛阳市67km，是一座集防洪发电、灌溉、供水、养殖为一体的大（Ⅰ）型水利枢纽工程，主要由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪道、灌溉洞及水电站组成。设计等级除输水洞为二级建筑物外，其余均为一级建筑物。控制流域面积3492km，总库容13.2亿m3，水库防洪标准为千年一遇设计，万年一遇校核，设计总泄量5622m3/s。水库地理位置非常重要，下游有洛阳、郑州、开封三个重要工业城市及以此为中心的中原经济区，有陇海、焦枝、京广三条铁路干线和连—霍、洛—界、洛—栾等高速公路及著名的世界文化遗产龙门石窟，故确保水库下游社会环境安全具有重大战略意义。
2.开展的监测项目
陆浑水库目前开展的主要监测项目有变形观测（水平和垂直位移，按规范规定年度不少于2次，安排在5月和10月）、地下水、渗流观测、天然铺盖及雨量观测等，但变形监测是确保水库枢纽工程安全运行研判的最主要监测项目之一，该项监测工作不仅复杂、耗时长，而且需投入大量的人力、设备，而且后期内业数据检索、整理及分析工作量大、要求高，因此该项工作十分重要。
3.变形观测之水平位移的施测方法
3.1 视准线法
图1 视准线法
3.1.1 视准线法的测量原理
如上图1中，点A、B是视准线的两个基准点（端点），d1 ， d2 ， d3 为水平位移监测点。观测时将经纬仪置于A点，将仪器照准B点，将水平制动装置制动。竖直方向转动经纬仪望远镜，分别转至d1d1 ， d2 d2， d3d3 三个点附近，用小钢尺等工具分别量取水平位移监测点1d1 ， d2 d2， d3d3 至A—B这条视准线的距离。根据前后两次量取的距离，得出这段时间内水平位移量[1]。
3.1.2 精度分析
由视准线的设置过程可知，观测误差主要包括仪器测站点仪器对中误差、视准线照准误差、读数照准误差，其中，影响最大的无疑是读数照准误差。可知，当视准线太长时， 目标模糊，读数照准精度太差。且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较大，无疑对观测成果有较大影响。另外此方法还受到大气折光等因素的影响。
3.1.3视准线法的优点与不足
优点： 视准线观测方法因其原理简单、方法实用、实施简便、投资较少的特点；不足：对较长的视准线而言， 由于视线长， 使照准误差增大， 甚至可能造成照准困难。当视 准线太长时，目标模糊，照准精度太差且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较大， 无疑对观测成果有较大影响。
3.2测量小角法
3.2.1 测量小角法的原理
如下列图2中，如需观测某特定方向上的水平位移 PP′，在距离监测区域一定距离以外选定工作基点A，水平 位移监测点的布设应尽量与工作基点在一条直线上。在一定远处（施工影响范围之外）选定一 个控制点B，作为零方向。在B点安置觇牌，用测回法观测水平角∠BAP ，测定一段时间内观测 点与基准点连线与零方向之间的角度变化值，根据公式：δ = ?β × D / ρ′′（式中D为监测点P至工作基点A的水平距离， ρ′′′=206265。）计算得出水平位移量。
图2 测小角法
3.2.2精度分析
由小角法的观测原理可知，水平位移观测全都受距离D和水平角β的观测误差的影响， 由于D经一次观测后可作为固定值，水平位移观测精度可认为仅与测角精度有关，其观测中误差可按照公式：mδ ≈ m?β ? D / ρ′′计算。水平位移观测中误差的公式表明：距离观测误差对水平位移观测误差影响甚微，一般情况下此部分误差可以忽略不计，采用钢尺等一般方法量取即可满足要求；影响水平位移观测精 度的主要因素是水平角观测精度，应尽量使用高精度仪器或适当增加测回数来提高观测度；经纬仪的选用应根据建筑物的观测精度等级确定，在满足观测精度要求的前提下，可以使用精度较低的仪器，以降低观测成本。
3.2.1 测量小角法的优点与不足
优点：此方法简单易行，便于实地操作，精度较高；不足：须场地较为开阔，基准点应该离开监测区域一定的距离之外，设在不受施工影响的地方。
4.工程施测工况及精度分析
陆浑水库拦河大坝长1200m，现有观测基点52个。分别位于大坝上游、坝顶和大坝下游的不同位置，用于垂直位移和水平位移观测观测。水平和垂直位移观测基座共用，基准为强制对中，上部为现浇60cm高混凝土基座，顶端平面镶入一直径约20cm不锈钢圆盘，圆盘正中有一仪器按防孔；下部基础埋深80cm，基础与四周接触面留有10cm缝隙，用沥青填充，以便使大坝表面的变化不至于影响基础的稳定性，保证测量的精度。测桩的布设特别是321m排和330m排，东坝头的基桩设置的地方位于树林的下部，在西坝头后视东坝头基桩的时候，在天气晴朗的情况下，勉强可以看清后视桩；但是在阴天的时候视线就模糊不清，读数精度大幅降低。另外，基桩周围没有防护措施，经常处于风吹雨淋的状态下，多数螺丝固定不紧，也使读数精度降低。再者，现在的所用的J2经纬仪，长时间没有经过校对，也使读数精度降低。
综上所述，现在的陆浑水库的水平位移的测量精度不高，而且返工重测的几率较大，浪费了较多人力和物力。建议在当下情况，用测小角法的测量方法，虽然多耗费了时间及人工、外业和内业的工作量倍增，但从实际测量数据分析能保证测量精度、满足大坝安全监测的要求。
5.结束语
近年来随着现代测量技术的发展，以及电子计算机技术的普及，特别是现代全球卫星定位系统的普及，为测量技术的进一步提高提供了发展契机。陆浑水库也于2006年配备了全站仪和GPS的新型测量仪器，但是在测量配套的后续工作上没有跟上，现在水平位移和垂直位移基本上仍是采用传统的仪器和方法。建议在以后工作中，加强人员技术培训，使新技术在水库管理中普及应用，为水库安全运行提供保障。
摘要：随着全球定位系统和全站仪普及应用，测量技术对现代测量人员要求的越来越高。陆浑水库目前实施的测量方案（手段）仍停留在上世纪90年代水平，为整合现有配备资源，通过改进和修正测量方法（方案），是老仪器能重新焕发功能，施测出满足精度要求的安全监测数据。本文通过对水平位移的视准线法和测小角法的原理及优缺点的比较，对水平位移测量技术方案的测量方法的提出了修正意见，使得该法仍具便于操作、测量数据满足精度的要求。
关键词：水平位移 ；视准线法；测小角法；现代测量技术
1.工程概况
陆浑水库位于黄河流域伊河支流的嵩县境内，距洛阳市67km，是一座集防洪发电、灌溉、供水、养殖为一体的大（Ⅰ）型水利枢纽工程，主要由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪道、灌溉洞及水电站组成。设计等级除输水洞为二级建筑物外，其余均为一级建筑物。控制流域面积3492km，总库容13.2亿m3，水库防洪标准为千年一遇设计，万年一遇校核，设计总泄量5622m3/s。水库地理位置非常重要，下游有洛阳、郑州、开封三个重要工业城市及以此为中心的中原经济区，有陇海、焦枝、京广三条铁路干线和连—霍、洛—界、洛—栾等高速公路及著名的世界文化遗产龙门石窟，故确保水库下游社会环境安全具有重大战略意义。
2.开展的监测项目
陆浑水库目前开展的主要监测项目有变形观测（水平和垂直位移，按规范规定年度不少于2次，安排在5月和10月）、地下水、渗流观测、天然铺盖及雨量观测等，但变形监测是确保水库枢纽工程安全运行研判的最主要监测项目之一，该项监测工作不仅复杂、耗时长，而且需投入大量的人力、设备，而且后期内业数据检索、整理及分析工作量大、要求高，因此该项工作十分重要。
3.变形观测之水平位移的施测方法
3.1 视准线法
图1 视准线法
3.1.1 视准线法的测量原理
如上图1中，点A、B是视准线的两个基准点（端点），d1 ， d2 ， d3 为水平位移监测点。观测时将经纬仪置于A点，将仪器照准B点，将水平制动装置制动。竖直方向转动经纬仪望远镜，分别转至d1d1 ， d2 d2， d3d3 三个点附近，用小钢尺等工具分别量取水平位移监测点1d1 ， d2 d2， d3d3 至A—B这条视准线的距离。根据前后两次量取的距离，得出这段时间内水平位移量[1]。
3.1.2 精度分析
由视准线的设置过程可知，观测误差主要包括仪器测站点仪器对中误差、视准线照准误差、读数照准误差，其中，影响最大的无疑是读数照准误差。可知，当视准线太长时， 目标模糊，读数照准精度太差。且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较大，无疑对观测成果有较大影响。另外此方法还受到大气折光等因素的影响。
3.1.3视准线法的优点与不足
优点： 视准线观测方法因其原理简单、方法实用、实施简便、投资较少的特点；不足：对较长的视准线而言， 由于视线长， 使照准误差增大， 甚至可能造成照准困难。当视 准线太长时，目标模糊，照准精度太差且后视点与测点距离相差太远，望远镜调焦误差较大， 无疑对观测成果有较大影响。
3.2测量小角法
3.2.1 测量小角法的原理
如下列图2中，如需观测某特定方向上的水平位移 PP′，在距离监测区域一定距离以外选定工作基点A，水平 位移监测点的布设应尽量与工作基点在一条直线上。在一定远处（施工影响范围之外）选定一 个控制点B，作为零方向。在B点安置觇牌，用测回法观测水平角∠BAP ，测定一段时间内观测 点与基准点连线与零方向之间的角度变化值，根据公式：δ = ?β × D / ρ′′（式中D为监测点P至工作基点A的水平距离， ρ′′′=206265。）计算得出水平位移量。
图2 测小角法
3.2.2精度分析
由小角法的观测原理可知，水平位移观测全都受距离D和水平角β的观测误差的影响， 由于D经一次观测后可作为固定值，水平位移观测精度可认为仅与测角精度有关，其观测中误差可按照公式：mδ ≈ m?β ? D / ρ′′计算。水平位移观测中误差的公式表明：距离观测误差对水平位移观测误差影响甚微，一般情况下此部分误差可以忽略不计，采用钢尺等一般方法量取即可满足要求；影响水平位移观测精 度的主要因素是水平角观测精度，应尽量使用高精度仪器或适当增加测回数来提高观测度；经纬仪的选用应根据建筑物的观测精度等级确定，在满足观测精度要求的前提下，可以使用精度较低的仪器，以降低观测成本。
3.2.1 测量小角法的优点与不足
优点：此方法简单易行，便于实地操作，精度较高；不足：须场地较为开阔，基准点应该离开监测区域一定的距离之外，设在不受施工影响的地方。
4.工程施测工况及精度分析
陆浑水库拦河大坝长1200m，现有观测基点52个。分别位于大坝上游、坝顶和大坝下游的不同位置，用于垂直位移和水平位移观测观测。水平和垂直位移观测基座共用，基准为强制对中，上部为现浇60cm高混凝土基座，顶端平面镶入一直径约20cm不锈钢圆盘，圆盘正中有一仪器按防孔；下部基础埋深80cm，基础与四周接触面留有10cm缝隙，用沥青填充，以便使大坝表面的变化不至于影响基础的稳定性，保证测量的精度。测桩的布设特别是321m排和330m排，东坝头的基桩设置的地方位于树林的下部，在西坝头后视东坝头基桩的时候，在天气晴朗的情况下，勉强可以看清后视桩；但是在阴天的时候视线就模糊不清，读数精度大幅降低。另外，基桩周围没有防护措施，经常处于风吹雨淋的状态下，多数螺丝固定不紧，也使读数精度降低。再者，现在的所用的J2经纬仪，长时间没有经过校对，也使读数精度降低。
综上所述，现在的陆浑水库的水平位移的测量精度不高，而且返工重测的几率较大，浪费了较多人力和物力。建议在当下情况，用测小角法的测量方法，虽然多耗费了时间及人工、外业和内业的工作量倍增，但从实际测量数据分析能保证测量精度、满足大坝安全监测的要求。
5.结束语
近年来随着现代测量技术的发展，以及电子计算机技术的普及，特别是现代全球卫星定位系统的普及，为测量技术的进一步提高提供了发展契机。陆浑水库也于2006年配备了全站仪和GPS的新型测量仪器，但是在测量配套的后续工作上没有跟上，现在水平位移和垂直位移基本上仍是采用传统的仪器和方法。建议在以后工作中，加强人员技术培训，使新技术在水库管理中普及应用，为水库安全运行提供保障。