南水北調(diào)中線配套工程高程控制網(wǎng)的建立

武喜庚

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

南水北調(diào)中線配套工程高程控制網(wǎng)的建立

武喜庚

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

闡述了河北省南水北調(diào)配套工程高程控制網(wǎng)布設(shè)原則、方案設(shè)計(jì)及水準(zhǔn)觀測(cè)的方法、技術(shù)規(guī)格、削弱測(cè)量誤差措施，對(duì)高程控制網(wǎng)成果質(zhì)量進(jìn)行了綜合評(píng)定。

配套工程；高程控制網(wǎng)；水準(zhǔn)測(cè)量；誤差；精度

南水北調(diào)中線配套工程區(qū)域現(xiàn)有國(guó)家Ⅰ等水準(zhǔn)線路4條，Ⅱ等水準(zhǔn)線路39條，Ⅲ等水準(zhǔn)線路48條，成果施測(cè)年代多為20世紀(jì)70、80年代，水準(zhǔn)點(diǎn)破壞損毀嚴(yán)重，且存在不均勻沉降，不能滿足配套工程建設(shè)的需要。必須建立河北省配套工程高程控制網(wǎng)， 使配套工程各分干渠、各市分水管（渠）及調(diào)蓄工程高程系統(tǒng)一 致和精度統(tǒng)一，并與總干渠高程系統(tǒng)一致。使配套工程勘測(cè)、設(shè)計(jì)等工作在同一基準(zhǔn)下開(kāi)展工作，具有十分重要的意義。

1 高程控制網(wǎng)布設(shè)

1．1 布設(shè)原則

南水北調(diào)中線總干渠河北省境內(nèi)共布設(shè)33處分水口門(mén)，天津干渠布設(shè)9處分水口門(mén)，向邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定、廊坊、滄州、衡水共7個(gè)市的112個(gè)城鎮(zhèn)供水；路線長(zhǎng)、范圍廣、建筑物多，配套工程區(qū)域絕大部分為平原區(qū)，高程精度要求高。為滿足工程建設(shè)需要，確定了以下布設(shè)原則。

（1）高程控制網(wǎng)與平面控制網(wǎng)相適應(yīng)，沿大型分干渠、各市供水管渠、調(diào)蓄工程布設(shè)，聯(lián)測(cè)配套工程范圍內(nèi)已有的國(guó)家一、二、三等水準(zhǔn)點(diǎn)、水文站及水工建筑物附近設(shè)立的水準(zhǔn)點(diǎn)。

（2）分級(jí)布網(wǎng)。既滿足工程不同時(shí)期建設(shè)需要，又經(jīng)濟(jì)合理。

（3）配套工程與總干渠工程高程系統(tǒng)一致。

（4）二等附合水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度不超過(guò)450km；三等附合水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度不超過(guò)100km。結(jié)點(diǎn)間距離不超過(guò)相應(yīng)等級(jí)水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度的0.7倍，起始點(diǎn)至起始點(diǎn)距離不超過(guò)相應(yīng)等級(jí)附合水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度的1.5倍，三等水準(zhǔn)支線長(zhǎng)度不超過(guò)15km。

1.2 高程控制網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)以上原則，采用正常高系統(tǒng)，高程基準(zhǔn)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。為滿足0.5m測(cè)圖基本等高距對(duì)基本高程控制的精度要求，同時(shí)由于國(guó)家高程控制點(diǎn)顯著不均勻沉降，首先布設(shè)二等水準(zhǔn)網(wǎng)框架，在此基礎(chǔ)上加密三等水準(zhǔn)網(wǎng)。

二等水準(zhǔn)網(wǎng)沿石津干渠、軍齊干渠、南運(yùn)河，鹽山、海興引水管渠布設(shè)，聯(lián)測(cè)高程控制點(diǎn)134個(gè)，聯(lián)測(cè)國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn)12個(gè)，形成起閉于國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn)的4結(jié)點(diǎn)二等水準(zhǔn)網(wǎng)，二等路線總長(zhǎng)度819.1km。

三等水準(zhǔn)網(wǎng)以總干渠中線施工控制網(wǎng)，新布設(shè)的配套工程二等水準(zhǔn)網(wǎng)，京鄭一等水準(zhǔn)網(wǎng)為基礎(chǔ)，沿其余分干渠、管渠、調(diào)蓄工程布設(shè)，共布設(shè)三等水準(zhǔn)網(wǎng)3個(gè)，三等附合水準(zhǔn)路線20條，閉合環(huán)線25條，三等支線1條，總計(jì)1682.3km。

1．3 高程控制網(wǎng)起算點(diǎn)的選取

國(guó)家一等線水準(zhǔn)點(diǎn)作為二等水準(zhǔn)網(wǎng)的起算點(diǎn)，共檢測(cè)3條一等線的12個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)聯(lián)測(cè)的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行了穩(wěn)定、可靠性分析，選取京鄭一等線、津柳一等線水準(zhǔn)點(diǎn)作為二等水準(zhǔn)網(wǎng)的起算點(diǎn)。

2 水準(zhǔn)測(cè)量及削弱誤差

2.1 儀器選用和檢驗(yàn)

（1）儀器選用。用于二、三等水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器選用DSZ05、DSZ1型自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀或數(shù)字水準(zhǔn)儀，銦瓦合金標(biāo)尺。采用DINI12數(shù)字水準(zhǔn)儀2臺(tái)，Ni007自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀4臺(tái)及銦瓦合金標(biāo)尺、尺臺(tái)、筆記本電腦、掌上電腦等輔助設(shè)備。

（2）儀器檢驗(yàn)。水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺在作業(yè)前應(yīng)由具備檢定資格的檢定部門(mén)檢定合格，并在有效使用周期內(nèi)。作業(yè)前依據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)書(shū)要求對(duì)水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢視和檢校。

2.2 水準(zhǔn)測(cè)量記錄

二等水準(zhǔn)測(cè)量采用往返觀測(cè)；三等水準(zhǔn)測(cè)量采用單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)。

水準(zhǔn)測(cè)量記錄有以下3種方式：①二、三等水準(zhǔn)采用數(shù)字水準(zhǔn)儀觀測(cè)的由儀器本身的記錄程序記錄，由Dini12電子水準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)軟件處理，生成標(biāo)準(zhǔn)word文檔；②二等水準(zhǔn)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀觀測(cè)的采用HP200掌上計(jì)算機(jī)記錄，記錄程序采用《一、二、三等水準(zhǔn)記錄程序》；③三等水準(zhǔn)自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)的采用PDA(HP1717)掌上計(jì)算機(jī)記錄，記錄程序采用《水準(zhǔn)之星》。

《一、二、三等水準(zhǔn)記錄程序》、《水準(zhǔn)之星》嚴(yán)格按照水準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行。

2.3 外業(yè)觀測(cè)誤差及采取的措施

在進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，會(huì)受到各種誤差的影響，主要有儀器本身的誤差、觀測(cè)誤差、外界條件影響產(chǎn)生的誤差。采取措施，消除或消弱各種誤差的影響，提高觀測(cè)質(zhì)量，從而保證控制網(wǎng)的精度。

觀測(cè)前對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行檢視、檢校，確保儀器處于良好的工作狀態(tài)；電子水準(zhǔn)儀應(yīng)仔細(xì)檢查儀器、測(cè)站限差、作業(yè)模式等設(shè)置，防止出現(xiàn)差錯(cuò)。

采用定觀測(cè)員、定儀器、定轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承的方法，并盡可能沿同一道路進(jìn)行，以削弱人為因素和儀器設(shè)備因素帶來(lái)的誤差。

觀測(cè)開(kāi)始前30min將儀器置于露天陰影下，使儀器與外界氣溫趨于一致，設(shè)站時(shí)，用遮陽(yáng)傘遮蔽陽(yáng)光，遷站時(shí)，罩上儀器罩，避免陽(yáng)光直曬。

作業(yè)前，按規(guī)范要求檢測(cè)I角，觀測(cè)過(guò)程中，盡可能使前后視距相等，減少前后視距差累積。

觀測(cè)時(shí)，尺臺(tái)要提前放穩(wěn)砸實(shí)，尺臺(tái)數(shù)二等觀測(cè)不少于4個(gè)，三等雙轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)不少于6個(gè)。

觀測(cè)在標(biāo)尺分劃線成像清晰而穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，選擇有利的觀測(cè)時(shí)段，有利的氣象條件，有利的自然環(huán)境，消弱大氣折光的影響，提高觀測(cè)精度。二等水準(zhǔn)嚴(yán)格掌握測(cè)段的觀測(cè)時(shí)間，同一測(cè)段往返測(cè)同在上午或下午的測(cè)站數(shù)與區(qū)段總站數(shù)的比例不大于30%。

水準(zhǔn)路線遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)源，避免強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)儀器設(shè)備和視線水平產(chǎn)生的影響。

在連續(xù)各測(cè)站上安置水準(zhǔn)儀三腳架時(shí)應(yīng)使其中兩腳與水準(zhǔn)路線方向平行，而第三腳輪換置于路線方向的左側(cè)和右側(cè)。

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀觀測(cè)同一測(cè)站上一般不進(jìn)行兩次調(diào)焦。轉(zhuǎn)動(dòng)儀器的傾斜螺旋和測(cè)微鼓時(shí)，其最后旋轉(zhuǎn)方向均為旋進(jìn)。

每一測(cè)段的往返測(cè)、左右路線觀測(cè)，其測(cè)站數(shù)均為偶數(shù)，由往測(cè)轉(zhuǎn)向返測(cè)時(shí)，兩標(biāo)尺互換位置，并重新整置儀器。

3 高程控制網(wǎng)精度評(píng)定

3.1 水準(zhǔn)測(cè)量的精度

3.1.1 測(cè)段往返測(cè)不符值及偶然中誤差

（1）二等水準(zhǔn)共有7條水準(zhǔn)路線，總測(cè)段數(shù)154段，往返測(cè)不符值小于1/3限差的測(cè)段占總測(cè)段的79.9%，介于限差1/3～1/2的測(cè)段占總測(cè)段16.2%，介于限差1/2～1的測(cè)段占總測(cè)段的3.9%。每1000m水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差介于±0.47～±0.54mm，滿足規(guī)范±1.0mm要求。

（2）三等水準(zhǔn)合并為11條水準(zhǔn)路線，總測(cè)段331段，測(cè)段左右路線（往返測(cè)）不符值小于限差1/3的測(cè)段占總測(cè)段的97.9%，介于限差1/3～1/2的測(cè)段占總測(cè)段1.5%，介于限差1/2～1的測(cè)段占總測(cè)段的0.6%。每1000m水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差介于±0.31～±0.88mm，滿足規(guī)范±3.0mm要求。

3.1.2附合路線（環(huán)線）閉合差及全中誤差

（1）二等水準(zhǔn)網(wǎng)共形成4條水準(zhǔn)路線，閉合差最大76.7mm，最小8.1mm，均在限差以內(nèi)。

（2）三等水準(zhǔn)共形成附合水準(zhǔn)路線20條，閉合環(huán)線25條，45條附合（環(huán)線）路線閉合差小于限差1/3的38條，占總數(shù)的84.5%，介于1/3～1/2限差的6條，占總數(shù)的13.3%，介于1/2～1限差的1條，占總數(shù)的2.2%。

以25條閉合環(huán)線統(tǒng)計(jì)每1000m水準(zhǔn)高差中，全中誤差最大為±2.09mm，滿足規(guī)范±6.0mm要求。

3.1.3二等水準(zhǔn)路線往返測(cè)不符值

二等7條水準(zhǔn)路線往返測(cè)高差不符值最大23.85mm，最小7.24mm，小于1/2限差的水準(zhǔn)路線6條，占路線總數(shù)85.7%，大于1/2限差小于限差的1條，占路線總數(shù)14.3%，滿足規(guī)范要求。

3．2 高程控制網(wǎng)精度

二等水準(zhǔn)網(wǎng)平差后，最弱點(diǎn)高程中誤差±25.4mm。三等水準(zhǔn)網(wǎng)（附合路線、環(huán)線）平差后，精度最低網(wǎng)的最弱點(diǎn)高程中誤差±22.37mm。滿足0.5m測(cè)圖基本等高距對(duì)基本高程控制的精度要求。

4 結(jié)語(yǔ)

河北省南水北調(diào)配套工程惠及邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定、廊坊、滄州、衡水共7個(gè)地市。該項(xiàng)目等級(jí)高，水準(zhǔn)路線復(fù)雜，工作量大，通過(guò)合理的技術(shù)方案設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)測(cè)量技術(shù)手段和嚴(yán)謹(jǐn)作業(yè)程序及嚴(yán)密的質(zhì)量控制措施，建立了高精度的基本高程控制網(wǎng)，為河北省南水北調(diào)配套工程提供了統(tǒng)一的高程控制基準(zhǔn)。同時(shí)為水利水電工程高等級(jí)水準(zhǔn)網(wǎng)的建立積累了經(jīng)驗(yàn)。

［1］GB 12897—91，國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S].

［2］GB 12898—91,國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S].

［3］SL 197-97,水利水電工程測(cè)量規(guī)范[S].

F406.14

B

1672-9900（2010）03-0092-03

2010-06-12

武喜庚（1965-），男（漢族），河北靈壽人，高級(jí)工程師，主要從事工程測(cè)量工作，（Tel）13931850280。