对水利工程建设中各类测量平面控制网的分析

孔 斌

(安顺市水利水电勘测设计院，贵州安顺561000)

0 引言

测量在水利工程建设中占有非常重要的地位，它伴随着工程建设的设计、施工、运营等各个阶段。在工程建设的每个阶段一般都要建立相应的测量平面控制网，而且这些平面控制网最好在建立方法、精度等方面因时、因地制宜，否则可能导致数据误差或数据模糊，影响工程建设的进度与质量。目前常用的测量平面控制网主要有3类:

1)由国际组织在全球范围建立的大地测量参考框架，简称全球控制网。

2)各国测绘部门在自己国家内部测量时建立的区域性大地测量框架，简称国家控制网，

3)不同种类的工程项目在测量时建立的空间位置参考框架，简称工程控制网。

水利工程建设中使用的参考框架就是工程控制网中的一种。在水利工程建设过程中，常用的平面控制网主要有3种，即测图平面控制网、施工平面控制网和变形平面控制网。由于这3种测量平面控制网针对的工程阶段不同，坐标系方式、精读、点位密度也会不同。

1 测图平面控制网

测图平面控制网是为测绘各种大比例尺地形图和横纵断面测量而建立的具有必要精度的平面控制网。在水利工程建设的准备阶段，需要确定开放方案、测量回水面积、计算库容及水库选址等，这些活动都要在相应比例尺的地形图上进行[1]。

因此在做准备工作之前，首先要建立一个测图平面控制网。测图平面控制网的建立首先要确定坐标系，对于水利工程建设来说，现代一般都采用国家正形投影3°带坐标系统，当投影长度变形值 ＞5 cm/km时，一般采用高斯正形投影任意带平面直角坐标系统。坐标系的建立不能太死板，一定要根据建筑物的不同、测区范围与中央子午线的远近等来确定。水利工程建设的数据需要相当的精度，因此测图平面控制网也要确保一定的精度，至于具体的点位精度可以依据比例尺的大小调整。《水利水电工程测量规范(SL197—97)》中规定三、四、五等基本平面控制最弱相邻点点位误差≤图上±0.05 mm。比如要测绘1∶1 000的比例尺地形图，实际的误差就是≤5 cm[2]。

在计算大比例尺测图平面控制网的必要精度时，可以根据不同的情况采用不同的计算方案，从而确定满足要求的最大比例尺。例如在已有二等网下再进行布网加密，那么在相应的布网方案及最低解析点的测量误差下，满足要求的最大测图比例尺就可以计算出来[3]。假如取二网Ⅰ的精度为 1/200 000及 1/150 000两种，二网 II的精度为 1/80 000，则可取的最大比例尺详见表[1]。

表1 二网下布网加密可取最大比例尺方案

从表1中可以看出，在3个等级的三角测量和导线测量中，当 y=1，x=0.75，δ= ±0.1 mm时，二网I能满足1∶2 000的比例尺要求;而二网II则只能满足＜1∶2 000的比例尺测图要求。因此在实际测绘过程中，要在满足需要的精度条件下绘制最大比例尺的地形图。

2 施工平面控制网

施工平面控制网的建立主要是为了满足施工放样的需要。施工测量需要按照设计和施工的要求将建筑物的位置、形状、大小等在地面表示出来，以放样施工。例如，在水利隧道的建设中要尽力一定精度的平面施工控制网，施工时将相应的坐标系通过洞口、竖井传递到洞内，然后在洞内采用导线测量方法建立洞内控制系统，从而确定相向开挖的方向。施工平面控制网的坐标系一般是独立的，与测图平面控制网的坐标系比较接近，要求投影面与工程的平均高程面一致，这样可以提高建筑物的放样精度。对于施工平面控制网的精度，《水利水电工程施工测量规范》也有要求规定:“独立的平面控制网，应利用勘测设计阶段布设的测图控制点作为起算数据，在条件方便时，在条件方便时，可与邻近的国家三角点进行联测，联测精度不得低于国家四等网的要求。”施工测量平面控制网的精度与建筑物的材质与地形等都有很大的关系，不同的建筑物需要的精度不一样，所能承受的误差也不一样。在进行水利工程建设时，一定要了解不同类型建筑物的施工测量精度指标。主要的施工测量精度指标详见表2。

表2 施工测量主要精度指标

目前，在水利工程的建设中常用的是GPS施工控制网，在布设GPS施工控制网时一般分为基本网和定线网两级进行布设。定线网的控制点可直接用于水利工程建筑物的放样，因此选择点位时要尽量便于施工放样。一般情况下，定线网的控制点应布设成平面和立体交叉，从定线网点放样建筑物轮廓点常用极坐标法或前方交会法。基本网的精度设计一般有2种方式:①由定线网推定基本网精度;②根据建筑物之间的松散关系确定基本网精度。无论采用哪种方式，施工平面控制网的基本点一定要选择在地理位置好，远离振动和爆破地带、干扰较小的地方，从而保证施工测量控制网的稳定性。

3 变形监测平面控制网

变形监测平面控制网是为工程建设施工过程和竣工后运营阶段进行建筑物变形监测而建立的专用控制网。水利工程项目往往会改变原有的自然风貌，水利建筑物会使该地地表承受过多的地基压力，如果是建设水库，庞大体积的库水会给地表形成强大的压力，也使地表挡水建筑承受了巨大的水平推力。这些都可能影响到建筑物及其与两岸连接地段的强度与稳定性，从而产生变形。因此在水利工程项目的建设和运营期间一定要进行相应的变形监测，对变形体进行测量，以确定其变形的特征。对变形体进行监测，建立变形监测平面控制网，一方面可以及时发现异常状况，进行安全预警，并及时的进行改造或防护，防止事故的发生，另一方面也可以积累变形经验，掌握相应的数据，为未来工程的设计和监管提供依据。

变形监测平面控制网的坐标系建立并没有一定的标准，因为无论以什么为基点建立坐标系，其侧重的是其中的数据变化。但是一般也有两个可以遵循的原则，即当监测的对象是不规则形状时，可以以旁边的大地标准建立坐标系，当变形体是有规则的形状时，最好以变形体为标准建立坐标系，这样可以更方便的看出变形体随时间的变化。

变形监测平面控制网的精度一般要比测图平面控制网和施工平面控制网的要求高，因为变形监测平面控制网所关注的是一些细微的变化，而这些细微的变化却有着重大的影响。《水利水电工程测量规范(SL59—93)》中规定了变形监测位移误差量，具体数据如表3所示。

表3 变形监测位移误差量表

从表3可以看出，变形监测平面控制网允许的误差量是非常小的，充分体现了变形监测的重要性。

4 结论

在水利工程建设中需要建立不同的平面监测控制网，其中主要有测图平面控制网、施工平面控制网、变形监测平面控制网，这3种平面控制网在坐标系选择、精度设置等方面有很大的不同，其中变形监测平面控制网对精度的要求最高。

[1]张占胜.对水利工程建设中各类测量平面控制网的分析[J].科技情报开发与经济，2010(28):179－181.

[2]李志刚，康学利.水利枢纽GPS施工平面控制网的精度设计[J].山西电力，2002(12):45－48.

[3]鲁林成，章书寿.关于计算大比例尺测图平面控制网必要精度的几个问题[J].测绘学报，1964(04):275－290.