水位监测范文第1篇

关键词：大坝；测压管；水位监测；设计

中图分类号：TV698文献标识码： A

引言

当前，国内外都是针对大型甚至超大型水库设计大坝测压管监测仪器的，这些水库周边的环境相对比较稳定，但是我国中小型水库比较多，而且环境呈现多样化形式，这些仪器在中小型水库的应用存在下列问题：一方面受环境因素的约束，监测仪器无法充分发挥自己的优势；另一方面仪器的日常维护成本高，必然会给水库运行带来一定的负担。

工程概况

好汉泊水库原为1996 年第三届亚冬会供水的水源工程，位于黑龙江省尚志市，2006 年9 月，为了满足2009 年第24 届“大冬会”的用水需求，对水库工程进行增容扩建及改建。

好汉泊水库增容扩建工程于2006 年9 月开工，2007 年11 月基本建成。由于当时大冬会会期临近，工期紧张，为赶进度，水库的施工质量较差，水库建成后即开始漏水。

2008 年6 月16 日当库水位蓄至383. 58 m时，发现坝后局部低洼处及消力池边墙有渗水流出，随着库水位升高，坝下渗流量逐渐加大，2009 年当库水位达390. 50 m时，发现溢洪道泄槽左侧山体高程约390. 0 m处出现集中渗漏点。

由于上述险情的存在，从2008 年开始研究对水库进行渗漏处理，对渗漏处理方案研究论证两年多，于2011 年6 月开始实施，目前已施工完毕。本次渗

漏处理的主要内容有：右坝肩及右岸山体帷幕灌浆；坝后加强排水措施; 隧洞周围岩体灌浆及衬砌堵漏；增设大坝渗流观测设施。

好汉泊水库渗漏处理后目前运行基本正常，目前库水位在386. 7 左右，坝下实测渗流量较小，但测压管观测的水位异常。

异常原因分析

我们认为测压管水位异常的原因主要是外水（雨水）进入了测压管，且测压管进水段透水很弱或实效造成的。各异常测压管分别分析如下：

5#测压管位于坝顶路面下游侧，该处有路缘石。孔顶和坝顶路面高程基本一致，如果路面排水不及时有积水，雨水可从测压管管口直接进入管内，同时由于测压管导管段孔壁也钻了孔，且周围没有黏土封孔，反滤料一直填到孔顶，雨水也可以从此通道渗入管内。这是5#测压管水位与降雨关联密切的根本原因。

5#测压管水位始终高于库水位，应该是进水管段反滤排水不畅所致，引起排水不畅的原因可能有以下5 个方面：

1) 测压管管壁钻孔少或孔口堵塞。

2) 回填的反滤料不合格，透水性差。

3) 钻孔跟进的套管没。

4) 钻孔时采用了泥浆固壁。

5) 局部坝壳料细密透水性弱。

3#测压管位于坝坡下游马道路面上，雨水进入测压管的方式和5#测压管相同，而4#位于坝坡上，雨水不汇集进入测压管较少，所以3# 测压管水位高于4#测压管，另外绕过坝基的渗流对3# 测压管水位较高也会有一定的影响。

7#测压管位于大坝左坝脚下，是坝坡和山体坡水汇集的地方，雨水也会很容易进入管内，6# 测压管虽然也位于坝顶，但该处属山体削平部分，地面稍高，雨水不易汇集，进入测压管的雨水较少，所以7#测压管水位比6#高。另外7#测压管还受左岸山体渗流的影响。

三、大坝测压管水位监测仪设计

（一）监测仪工作原理

监测探头系统是一根均匀地绕在滚筒上的高强度金属导线上，其另一端与监测电路连接。步进电机驱动滚筒正转或反转来带动探头上升和下降。探头平时处于测压管管口部位，对水位进行监测时，步进电机由单片机控制正转，滚筒由步进电机带动正转，探头下降。单片机每发1 个脉冲，步进电机转过1个步距角，探头下降1 个脉冲当量。如果探头下降与水面接触，监测电路输出的高电平就会变成低电平。单片机监测到监测电路的输出变为低电平，这个时候控制步进电机就不会再转动。依据所发的脉冲数量，单片机对探头下降的高度进行计算，从而对管口至水面的高度进行测量。之后单片机控制步进电机反转，重新上升探头到管口。

（二）监测仪结构

监测仪运用二级分布式结构，也就是上位机和分机。上位机的构成包括电脑、RS－232 转RS－485 异步通信串行接口和通信主机；分机则是AT89S51 单片机、RS － 485 异步串行接口、监测电路、滚筒、监测探头、步进电机和驱动电路构成。上位机发送通信指令给主机开始测量，通信主机如果接收到让分机测量的命令，就会给分机发送测量命令，分机的水位探测装置开始测量。完成测量之后，自动将测量的水位数据向上位机返回，上位机把分机测量的水位数据存入数据库中。步进电机选择四相步进电机，步距角为1.8，步进电机与滚筒之间采用变速器连接，使步进电机转2 圈、滚筒转1 圈，故每发1 个脉冲滚筒转0.9°。滚筒转1 圈单片机需要发400 个脉冲，这一系统滚筒周长为200 mm，因此脉冲当量为0.5 mm，系统监测灵敏度为0.5 mm。系统监测误差主要是机械传动误差所导致的，提高机械传动部件的加工精度就能够使测压管水位监测的精度得到提高。

四、大坝测压管水位监测仪通信设计

（一）上位机和通信主机的通信

电脑使用8位1200 bit /s 无校验RS－232 方式与通信主机通信。如果上位机监测测压管水位则发送十六进制数据40H+ 分机号( 01H－3EH) 给通信主机，通信主机经过RS－232转RS－485异步通信电路把该命令传送给分机，分机开始测量。如果上位机要监测数据则发送十六进制数据80H + 分机号( 01H － 3EH) 给通信主机，通信主机经过RS－232 转RS－485 异步通信电路把该命令传送给分机，监测到的数据由分机发送给通信主机，通信主机再经过RS－232 转RS－485 异步通信电路传送给上位机。

（二）通信主机和分机的通信

分机串行接口采用8 位1 200 bit /s 无校验方式与RS－485总线通信。RS－485为半双工数据传输，采用1 对平衡差分信号线，由于其为平衡发送、差分接收而可以高速、远距离传送。RS－485 串行接口构成分布式系统较为方便。某一分机传送数据给主机时，此分机的发送器使能端（EN）有效，能发送数据，其他分机的使能端无效，只可以接收信息。分机向通信主机发送数据采用被动方式，通信主机以命令方式要求某分机回送数据，该分机才响应此命令，某分机发送数据的同时其他分机自动禁止接收信息，等到该分机数据发送完毕，各分机才恢复到接收通信主机命令的状态。

五、大坝测压管水位测试

运用连通器的原理设计出大坝水库测压管水位测试模型。大坝测压管水位测试中，在上位机上有测压管测量、测量进度、测量过程、测压管设置、测量结果等模块。首先在上位机测压管设置模块对分机参数进行设置，主要包含对每个分机的误差、备注、步距的设置。之后发送测量指令给分机，同时能够在测量进度模块查看正在进行测量的各分机的当前状态，便于用户随时掌握目前每一个分机发送与接收数据的状态。如果5 s 内分机没能够成功返回5 字节数据，就说明系统有故障发生。接着发送80H + 分机号( 01H－3EH) 给通信主机，通信主机经过RS－232 转RS－485 异步通信电路把该命令传送给分机，分机给通信主机发送监测到的数据，通信主机再经过RS－232 转RS－485 异步通信电路传送给水库管理中心。分机返回的数据通过系统处理显示每个分机正在进行测量的脉冲数，然而测量过程模块显示的是测量过程的数据，测量结果模块显示的是测量的最终数据。测量过程模块见图1。

与此同时，此测压管水位监测系统还能够对所有分机的信息进行查询。点击数据查询图标之后，数据查询窗口就会弹出，之后将要查询的分机号输入文本框中，要是没有进行输入而直接点击查找，则会查询出所有分机信息。

结语

坝体地下水位异常主要是因为坝体填土的不均匀性、坝头填土与基岩接触带具有强渗漏性、坝体导流洞渗水、坝背水坡进行过灌浆处理等。而大坝测压管水位监测系统采用单片机作为管口分机的主控元器件，提高了系统的自动化程度、可靠性，而且使其智能化的功能大大增加了，运用软件代替硬件的方法，能够简化线路，降低成本。而水位－数字脉冲转换器的采用。可以把测压管水位转换为数字脉冲信号，使系统的抗干扰能力大大增强，并使其监测精度有所提高。所以说，基于仪器的监测软件能够是水库的现代化管理水平提高，为操作人员减轻一定的劳动强度。

参考文献：

水位监测范文第2篇

1、概述

随着我国城市化进程的加快和建筑水平的提高，基坑工程在数量、开挖深度和使用领域方面得到了快速增长。在城市中深基坑工程往往处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程附近。在基坑开挖和施工过程中，支护结构体系、邻近建筑物及道路管线的安全性、稳定性显得尤为重要。如果处理不当，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失。系统、全面、高精度的基坑监测工作能给基坑工程的安全提供有力的保障。

在基坑监测的各个监测项目中，支护结构的水平位移监测是最直观、最快速的反应基坑及周边环境安全的重要手段之一。深基坑工程一般集中在城市中心区域，基坑工程施工场地狭小，经常发生基准点间不通视、基准点和监测点间不通视以及设站条件困难等问题。监测不能顺利进行，就会造成支护结构的变形情况不能及时、准确地被反应出来。另外一点，目前基坑监测市场竞争非常激烈，如何在激烈的竞争中抢占一定的市场份额，需要我们在技术手段上有所创新。

针对上述情况，研究一种能保证监测精度要求而又不受通视条件影响的水平位移监测的综合方法，对施工决策者提供及时准确的数据，使基坑工程的顺利进行有着重要意义。

课题研究的主要内容是自由设站的监测方法、强制对中基准点形式和监测点形式。下面分别对研究内容进行详细论述。

2、监测方法的研究

水平位移监测的方法总结起来有视准线法、坐标法和交会法。通过多年的工程监测实践发现，对于基坑水平位移监测，极坐标法是最为简便、快捷的方法，能够完全反应出变形体在水平方向的绝对位移，而且不受基坑形状的限制。

图1 极坐标监测方法示意图

如图1所示：在已知点A安置仪器，后视点为另一已知点B，通过测得AB—AP的角度，A点至P点的距离，计算得出P点坐标。设A点坐标为A（XA，YA），A—B的方位角为αA-B，则P点坐标P（XP，YP）的计算公式为：

XP=XA+S*cos（αA-B+β）

YP=YA+S*sin（αA-B+β）

目前用于基坑水平位移监测的仪器为电子全站仪。随着科技的发展和计算机水平的提高，全站仪的测量精度越来越高，而且内置了丰富的计算程序，使测量工作变得简单易行。

在很多深基坑工程中，特别是在软土地基开挖的深基坑工程，经常会遇到设置有2～3道水平支撑。第二道、第三道水平支撑的水平位移监测是深基坑工程监测的重点和难点。一般情况下，由于通视条件十分困难，采用常规的监测手段很难顺利地完成监测工作，如图2所示。

图2 深基坑监测示意图

即使在只设置一道水平支撑的基坑，由于基坑周围放置大量的施工材料和机具，经常造成水平位移监测不能通视，使监测工作不能顺利进行，如图3所示。

图3水平位移监测现场示意图

图3中，A、B、C三点为基准点，在基坑监测过程中很容易出现三点不能相互通视的情况，给监测工作带来很大困难。

图4自由设站法监测现场示意图

为了解决上述问题，课题组通过实验，研究了一种不受通视条件影响的自由设站方法，取得了很好的监测效果。如图4所示，P点为自由设站点，只要在P点的位置能够同时看到两个基准点，P点的位置就可以随意设置，监测起来非常方便。此方法是本课题研究的重点，下面详细介绍一下基本原理。

图5 自由设站方法示意图

如图5所示，A、B为已知点（基坑水平位移监测的基准点），P为自由设站点，C1、C2、C3为监测点。当A、B两点不通视，或者A、B两基准点与监测点C1、C2、C3不通视，就无法完成监测工作。自由设站法的基本思路是在适当的位置设置测站点P，在P点观测PA、PB两条边长S1、S2和两边的夹角来解算出P点坐标，在P点完成对C1、C2、C3的监测。

自由设站点P的坐标解算思路可以按附合导线的计算思路来解算，设导线从A点出发经P点附合到B点，计算的关键是计算PA、PB的坐标方位角。

①根据余弦定理 、 公式可分别计算出∠PAB=、∠PBA= 。

②根据导线测量中方位角传递公式可分别计算出AP和BP的坐标方位角。公式含义为推算路线前进方向上的前一条边的坐标方位角，等于后一条边的坐标方位角加转折角，再加或减180°。具体计算时如转折角为左角时，为正角，转折角为右角时为负角。当＞180°时就减去180°，当＜180°时就加上180°。

③计算P点坐标值可按下式计算，式中、分别为AP和BP的坐标方位角。

从A点起算；

从B点起算；

④计算点位误差：理论上从A、B两点起算，解算出自由设站点P的坐标值应该相等。但因仪器自身或外界因素影响，测量存在误差，两者并不相等。此时坐标误差、，点位总误差 。当值小于设定的相应等级监测的误差值时，可以进行简易平差，取两个坐标值的平均值作为自由设站点P点的坐标值进行设站观测。如果大于设定的相应等级观测精度时，则需要查找原因重新测量。

自由设站方法中P点的坐标计算稍显复杂，为了提高效率可以用可编程计算器编好程序，在监测现场就能即时设站进行监测。在现场实验中，课题组是用excel软件编写的计算程序，在工程现场即时计算进行监测。图6为excel软件编写的计算程序表格。

图6自由设站法计算程序

3、监测点形式的研究

在基坑水平位移监测中，监测点一般埋设在支护结构上（帽梁、水平支撑等）。大多数情况下基坑的支撑结构都在自然地面以下1.5m～3m左右，而基坑周边还要搭设1.5m高的防护网，测量视线严重受阻。为了解决上述问题，课题组研制了一种简单易用的监测点，是在设计位置钻孔埋入约5cm长螺纹钢筋，在磨平的钢筋顶面用电钻钻一直径约5mm小孔。观测时利用棱镜对中杆的尖端放入监测点的小孔内，这样就能保证每次观测都能对中同一位置，如图7所示。

图7监测点形式示意图

棱镜对中杆只能靠圆水准器整平，而圆水准器的整平精度在3′左右，使棱镜对中杆垂直误差过大，不能满足监测精度要求。通过反复试验提出了利用旋转棱镜杆多次读数的方法解决。考虑到棱镜对中杆的垂直误差影响，如果旋转棱镜对中杆测读无穷多个读数，读数坐标的点位轨迹应该是以真实点位为圆心，以棱镜对中杆垂直误差为半径的圆，作如图11所示。经过现场大量的试验数据证明，实际操作时旋转棱镜杆每90度读一次数，即a、b、c、d四个位置共读4次数，4个数值取中数为监测点点位坐标，可以满足基坑水平位移监测的精度要求。

图8棱镜对中杆误差来源示意图

4、现场实验与应用

按上述操作原理，并采用所研制的强制对中脚架和监测点对中方式，课题组进行了实地测量实验。为了减小起算误差测量采用独立坐标系。如图12所示，以A点为原点，坐标设为（0，0），以AB边为坐标纵轴，精确测定AB距离为130.063m，则B点坐标为（0，130.063），精确测定C点坐标为（-40.323，20.538），以自由设站方法多次测量C点坐标进行数据对比分析，测量数据见表1。 图9

表1自由设站法实测数据及分析

次数 1 2 3 4 5 6 7 8

坐标值 x -40.321 -40.321 -40.322 -40.323 -40.322 -40.322 -40.323 -40.324

y 20.536 20.537 20.538 20.536 20.537 20.536 20.535 20.536

精度评定 Wx=±1mmWy=±0.9mm W总=±1.3mm

通过以上实验及数据分析（见表3），测量的点位误差W总=±1.3mm，参考《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）中的相关规定，最高安全级别的基坑水平位移报警值为累计10mm，变化速率2mm/d。说明此测量方法能够满足基坑监测的精度要求。

在课题研究期间，按上述实验方法分别在天津新华世纪广场、团泊盛湖园、天津富力中心、咸水沽第四小学等工程中应用，并取得了良好的效果。下面详细介绍一下在天津新华世纪广场基坑监测工程中的应用情况。

天津市新华世纪广场工程位于天津市和平区营口道、和平路、承德道、大沽北路所围地段。基坑设计深度14.3～15.3m（局部20.3m），基坑支护采用带2道水平支撑的钢筋混凝土灌注桩支护形式，腰梁、环梁及支撑采用钢筋混凝土现浇结构。支护结构外侧为水泥土搅拌桩止水帷幕。基坑设计安全等级为一级。基坑水平位移监测共布设4个基准点，布设30个监测点，如图13所示。

该工程基坑水平位移自2010年8月20日开始监测，至今仍在监测。前期水平位移采用常规方法监测，2011年10月开始采用前述实验方法进行监测。因工程位于市区中心地带，工程施工现场非常狭小，基坑边缘距围墙最近处仅有3m。图14为工程施工场地一角，现场施工材料、施工机具等经常阻挡监测视线，采用常规监测方法非常困难。2011年10月以前监测时经常因视线遮挡，有部分监测点无法及时、准确地提供监测数据。表4所示为前期提供给甲方的监测数据。

自2011年10月以后，通过安装的强制对中装置、采用自由设站的方法使水平位移监测得以顺利进行。在实际监测过程中此方法不仅提高了观测精度、速度，而且以前测不到的监测点，现在也能很容易的监测到。特别是在水平支撑拆除期间，及时、准确、全面地监测数据，为基坑支撑拆除工作提供了安全保障。

5、结论

测量误差是由观测者、仪器、外界条件三方面因素所引起的，通常将这三方面原因称为“观测条件”。在一般情况下观测误差的大小受观测条件的制约，为了提高观测精度，就要选择操作水平较高的观测人员、精度较高的测量仪器和较好的外界条件。

本课题采用了自由设站的方法，解决了现场条件复杂，基准点、监测点间通视条件困难等问题。并通过研制一种新型的强制对中脚架、设置精准的监测点标志、提供新的解算方法，消除或降低了观测误差，提高了测量精度和速度使其能够满足基坑水平位移监测的要求。本课题的研究成果可以归纳为以下三点：

⑴ 解决了深基坑水平位移监测中，普遍存在的现场不能通视的问题。

水位监测范文第3篇

关键词：黄壁庄水库 水平位移 垂直位移 变形监测

1 工程概况

黄壁庄水库大坝位于河北省鹿泉市黄壁庄镇，距石家庄市30km，是滹沱河中下游重要的、控制性的大（I）型水利枢纽工程，总库容12.1亿m3。水库建于1958年，1968年达到现状规模，其任务是以防洪为主，兼顾城市供水、灌溉、发电和养殖。水库枢纽建筑物主要由主坝、副坝、重力坝、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道、灵正渠涵管及电站组成。主坝坝顶长1843m，坝顶高程为128.7m，最大坝高30.7m。副坝坝顶长6907.3m，坝顶高程为129.2m。最大坝高19.2m。混凝土重力坝位于副坝左侧，共8个坝块，全长136.5m，最大坝高28.0m。

自大坝建成后，变形观测系统一直没有完善，部分建筑物只间断性地进行了垂直位移观测。由于这些数据不连续，经历洪水时，无法正确判定大坝的运行状况，给决策和调度带来盲目性，随着大坝除险加固工程的开展，坝体上已有监测点将全部报废。因此建立完善的大坝变形监测系统，对各建筑物重点部位进行变形监测，准确掌握大坝的运行规律，科学地对水库进行调度非常必要。

2 点位设计

2．1 变形点布置

2．1．1 主坝

在主坝上设有6个变形观测断面，桩号分别为0+300、0+455、0+710、0+855、1+000、1+050，在每个断面上各布设4个变形点，共24个。其中上游坝坡上、坝顶下游坝肩、下游坝坡马道上及坝下路上游侧各一个测点，各测点均为综合标点，即同一测点兼作垂直和水平位移测点。

2．1．2 副坝

在副坝上设有10个变形观测断面，桩号分别为A0+520、A1+755、A2+380、A2+826、A3+860、A4+062、A4+129、A4+462、A5+353。在每个断面上各布设3个变形点，共30个即在观测断面上游坝坡125.3m高程（原坝顶）、坝顶下游坝肩、下游坝坡120m高程的马道上各设一个侧点。各测点均为综合标点。

2．1．3 正常溢洪道

在正常溢洪道闸墩下少先队则墩顶上设有一排水平位移测点，在公路桥下游侧与立墙之间的墩顶上设有一排垂直位移测点。

2．1．4 原非常溢洪道

在原非常溢洪道闸墩上游侧的墩顶上设有一排水平位移测点，由右至左每双号墩上设1个测点，共计5个测点。在闸墩上下游侧的墩顶上各设有一排垂直位移测点，每个墩上一个，共22个。

2．1．5 新增非常溢洪道

在新增非常溢洪道闸墩下游侧墩顶上设有一排水平位移测点，在公路桥上游侧的墩顶上设有一排垂直位移测点，每个墩上各1个测点。共12个。

2．2 工作基点设计

2．2．1 水平位移工作基点及校核基点设计

（1）非常溢洪道、新增非常溢洪道。由于二者轴线不共线，因此需布置两条视准线。在视准线两端分别设置峡谷组工作基点。由于大坝本身也属于变形体，为获取测点准确的变形量，拟在溢洪道下游设置两个校核基点，以便对工作基点进行修正。

（2）正常溢洪道。在正常溢洪道两端设置两个工作基点，作为视准线观测的工作基点。拟在溢洪道下游变形区外布置两个校核基点，以对工作基点进行修正。

（3）主坝。将6个观测断面上的坝顶下游坝肩处的测点纳入GPS水平位移监测主网，作为测点所在断面的工作基点，以此作为基准，采用极坐标法测定断面上其余3个测点的变形量。

（4）副坝。将10个观测断面上的坝顶下游坝肩处的测点纳入GPS水平位移监测主网，作为测点所在断面的工作基点，以此作为基准，采用极坐标法测定断面上其余2个测点的变形量。

2．2．2 垂直位移工作基点设计

（1）为方便对建筑物垂直位移监测，达到快速获取监测数据的目的，拟在非常溢洪道以及新增非常溢洪道、正常溢洪道下游分别埋设垂直位移工作基点一座。

（2）副坝部分每1km左右设置垂直位移工作基点一座。

2．3 基准点设计

基准点是变形观测的基础，必须保证坚固和稳定，因此点位应选在变形区以外，地质条件好，又能够永久保存的地方。为检核基准点的稳定，水平和垂直位移监测的基准点均设置成基准点组。水准基准点组拟选在水库管理处内的马鞍山上，由三点组成扇形或等边三角形。水平位移基准点拟选在马鞍山上一点，副坝右岸马山上一点，另外一点选在大坝北岸牛城村附近，离开变形区的地方。三点应两两通视，以便于用大地测量的方法对基准点检核。

3 水平位移监测网建立

3．1 方案选定

黄壁庄水库大坝长，建筑物分散，若采用大地测量方法布网，则观测周期长，受外界环境影响大，难以达到预期效果。而采用GPS布网具有不需要点间通视，布网灵活，可全天候作业，观测速度快，工作量小等优点。同时对所构网形的图形强度要求不高，可有效克服气象条件对观测的影响。因此本网拟采用GPS进行水平位移主网观测。

3．2 观测网形的确定

将基准点、工作基点、校核基点以及副坝监测断面坝顶上的变形点一并纳入主网统一观测。为提高GPS网的精度与可靠性，GPS点间构成尽量多的由GPS独立边组成的异步环，使GPS网有足够的多余观测，平均每点设站2-3次。

3．3 GPS网观测

采用4台美国Trimble公司生产的精密测地型GPS接收机进行观测，仪器标称精度为5mm+1ppm，配有可抑制多种径效应的扼径圈天线。作业方式采用静态相对定位模式。

3．4 数据处理

3．4．1 基线解算

由于该网要求精度高，基线向量解算时必须考虑对流层的影响，采用GPS接收机厂家随机提供的商用软件无法实现。应采用特殊软件对对流层的影响进行改进，必要时采用精密星历进行解算，基线结果采用双差固定解。

3．4．2 基线解算的质量检核

为提高GPS测量的精度与可靠度，基线解算结束后，应及时计算同步环闭合差、异步环闭合差以及重复边的检查计算，各环闭合差应符合规范要求。

3．4．3 GPS网平差

外业结束后，对所有观测数据进行统一处理。在WGS-84坐标系下进行三维无约束平差。在基线解算质量检核的基础上，进一步评定GPS网的内部符合精度与外业观测的质量，利用基线向量改正数进行粗差的检验（Vx，y，z≤3σ）。

4 垂直位移监测网建立

4．1 网形确定

垂直位移监测网由基准点、工作基点组成，本监测网基准点布设在水库管理处院内，由3点组成水准点组。工作基点6座，布设在正常溢洪道、非常溢洪道和主坝2座，副坝部分每隔1km布设一座，共4座。

4．2 水准观测

主、副坝水准观测采用二等水准规程观测，每公时高差中数的中误差不得大于1mm。正常溢洪道和非常溢洪道以其附近的工作基点作为基准，采用局部精度加强的方法按一等水准精度施测，每公里高差中数的中误差不得大于0.5mm。

5 变形监测方法

5．1 水平位移监测

5．1．1 主、副坝

（1）零数据观测：在监测主网观测时，已将监测断面坝顶上点纳入直接得到零数据，断面上下游的变形点可利用全站仪极坐标法观测取得。

（2）周期性观测：在主网观测周期内，可采用局部测量方法，即选定需要观测的断面与监测网基准点组成GPS网进行观测。

5．1．2 正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道

（1）零数据观测：在整个监测网观测的同时，利用各建筑物左右两边的工作基点，采用视准线法或小角度法观测各变形点。

（2）周期性观测：由于大坝本身也是变形体，如果监测网不进行复测而仅对建筑物进行周期性观测时，可采用局部GPS测量与视准线相结合的方法。将视准线两工作基点和建筑物下游的两校核基点组成4点GPS网观测，再采用视准线法测定建筑物上变形点的位移。

5．2 垂直位移监测

（1）零数据观测：依照《国家一、二等水准测量规范》作业，采用二等水准规程观测。将水准基准点组、各工作基点、主坝和副坝上的变形点全部纳入主网组成二等水准环路。正常溢洪道和非常溢洪道上的测点，利用其附近的工作基点，采用一等水准精度观测。

（2）周期性观测：在主网复测周期内的各期测量，可直接利用垂直位移监测点附近的工作基点进行垂直位移监测。工作基点本身，可能逐年有下沉，在监测时应以工作基点的首次高程作为起始高程，将工作基点各年的沉降量视为常数，在分析资料时加考虑。

水位监测范文第4篇

关键词：明渠截流 水文监测 全球定位测验系统 应用

1 前言

在1997年大江截流中，ADCP、GPS 等先进的仪器设备已经开始应用于截流水文监测工作中，并取得了良好的测验成果。为大江截流顺利完成提供了大量准确可靠的水文数据。三峡工程导流明渠截流，其截流落差、流量、及施工强度等指标均远高于大江截流，对截流期水文监测也就提出了更高的要求，在分流比、戗堤头流速、加糙区流速、龙口流速等水文要素测验上，不仅要求测验数据准确，而且要求随截流施工进占随时提供各项实时水文信息。为此，我们建立了全球定位测验系统，利用此系统实现了全天候、快速多断面的动态巡测，满足了截流施工决策对实时水文信息的需求。

2 全球定位测验系统

2.1系统组成

全球定位测验系统由DGPS导航定位系统、ADCP测验系统及数据处理远传系统组成。其工作原理为利用DGPS实时差分模式准确测定测船及测线位置，配以

图1 全球定位测验系统框图

ADCP走航方式测验断面流量或定点方式测定垂线流速。实现了全天候作业，也克服了传统定位系统不准确，易受天气影响和测验历时长的缺点。

2.2 DGPS导航定位系统

GPS定位具有精度高、速度快、全天候、距离远等特点，满足截流水文监测对导航定位的要求。导航定位系统由GPS基准台、GPS流动台、计算机、电台、显示器、电池及导航软件等组成。

明渠截流水文监测区域集中在导流明渠及导流底坝段水域。GPS基准台架设在导流明渠附近的三斗坪水位站，保证基准台信号覆盖整个截流河段。流动台安装于水文监测船上，使用HYPACK导航定位软件将整个截流施工水域形象、分流比断面、戗堤头流速测验位置、龙口流速断面等用CAD技术做成数字导航图。水文监测时，根据监测项目使用DGPS导航系统可准确到达监测部位，完成监测任务。

2.3 ADCP测验系统

ADCP （声学多普勒流速剖面仪）是利用声学多普勒效应的基本原理，用声学换能器作传感器，将探头置于水面下一定深度处，测验水文要素，具有测验历时短、测速范围大、不扰动流场等特点。

ADCP的测流原理：该仪器通过按一定规则排列的四个声波换能器，其探头向水体中发射脉冲声波，然后接收来自水体中挟载的浮游生物、泥沙小颗粒等反射体的反射信号，依据反射信号的多普勒频移计算水相对于ADCP的运动速度矢量；利用测底脉冲测量水深及测船相对于地球的速度矢量，取两者矢量差值就是要测量的流速矢量。用航行速度乘以时间可计算出水面宽。有了水深、水面宽和流速，即可计算流量。

其流速测验原理如下式：

式中： V­­——径向速度（mm/s）；

FD­——多普勒频移（NZ）；

FS­——­­ADCP声波频率（KHZ）；

C­ ——声速（m/s）。

其流量测验原理如下式：

式中： Q­——流量；

n­——L点法向单位矢量，L为横渡河流路径上任意一点；

u­——流量矢量；

z­——水深，积分取水面至水底和此岸至彼岸。

ADCP测验系统由ADCP、计算机、WinRiver软件组成。三峡河段及明渠截流水文监测区域水深流急，一般采用DR300型BBADCP和WH300型WHADCP进行流速流量测验。两款仪器主要性能指标见表1。

表1

ADCP主要测量技术指标

型 号

频 率

(KHZ)

测量范围

测 速

(m/s)

测 深

(m)

DR300

300

＜10

＜120

WH300

300

＜10

＜200

2.4 数据处理远传系统

数据处理远传系统由数据处理计算机、数传电台、数据处理软件及专用数传软件等组成。数据处理计算机与ADCP测验控制计算机用网线联接组成局域网，便于测验数据的传输及共享。

测验断面流量时，可以直接得到流量成果，对流量成果进行合理性检查后即可。而测验垂线流速时，将ADCP测验数据导入数据处理计算机，用WinRivre软件和专用数据计算程序处理为沿垂线水深分布的流速图表。经处理的流速、流量和分流比的资料使用无线数传电台（35W的Pacific Crest电台， RADIOTRANS数传软件）传送到水文气象数据处理中心。水文气象数据中心再进行综合性检查确认后，对外公布最后成果。

3 全球定位测验系统在明渠截流水文监测中的应用

3.1测验项目及布置情况

在明渠截流水文监测中，全球定位测验系统主要用于分流比、龙口流速分布、流场和戗堤头流速分布等项目的测验工作。共截流河段布置有3条分流比断面、2条龙口流量断面、10条流速断面和16条流速垂线。见图2。

图2 三峡工程明渠截流水文监测断面布置图

3.2分流比测验

2002年09月15日，大坝导流底孔开始泄流，分流比测验随即开始进行。全球定位测验系统安装在风云二号测轮上，根据GPS导航图的指引，使用ADCP走航式巡测Q01、Q02、Q03断面流量，测轮以较慢的航速往返测验每断面流量，横渡时尽量保持在规定断面线上，以取得较好的测验精度，取往返流量的平均值作为断面流量。由于3条断面之间相距不超过2km，一次测验历时基本可控制在30min以内，保证了资料的可比性和分流比的精度。测验完成后，随即将测验成果用数传电台发送到水文气象数据处理中心上网。选择的Q01、Q02、Q03断面规则，河床稳定，水流条件较好，受截流施工影响很小，测得的流量精度高，准确的反映了导流底孔分流比的变化情况。

在截流施工的前期，一般每天测验两次。进入高强度的龙口进占期后，测验频度逐渐增加，由每3h一次增加到1h一次，在合拢期达到每30min一次。使用全球定位测验系统，无论是白天还是晚上、天晴还是下雨，测验均能准时、准确的进行，满足了截流施工对分流比变化实时了解的需求。施工管理决策部分利用及时、准确的水文信息，有效的控制和调整施工进度，保证了截流工程顺利进行和实现长江不断航，其经济效益和社会效益巨大。

3.3流速分布测验

截流戗堤头及龙口布置的流速分布断面、流速垂线因戗堤的不断进占而相对移动，因而需准确测定流速分布断面、流速垂线位置展开水文监测。一般使用河道测绘监测的截流戗堤的最新形象，制定标定有流速断面、流速垂线的导航图，使用DGPS导航系统导引测船到达监测部位，启用ADCP测验流速，并记录断面、垂线坐标。监测数据经数据处理软件处理后形成断面流速、垂线流速图表数据，经过现场合格检查后，数传至水文气象数据处理中心上网。每条垂线流速从测验到只需几分钟，真正做到了实时测验、实时。在戗堤头流速分布测验中，测船需要靠近戗堤头，戗堤头处落差大，水流形成跌水，泡漩多，急流区与缓流区交错，过渡带很窄，截流用大块石和四面体不断的翻滚下来，测船在此区域测验操作极为困难，为了测船安全及操作方便，将ADCP改装到船头，使得船长能够方便的控制测船以实现准确定位。实际测验过程中，测船沿戗堤头下游流速较大的水域迎水上行，到达测验位置后相对稳定测船实施项目测验，这种测验方式成功用于下龙口流速分布测验。

3.4下龙口流速分布测验

当下龙口宽缩窄至60m后，风云二号轮载ADCP安装在船头的全球定位测验系统进入下龙口进行最大流速搜索测验工作。测船从下龙口下游中泓沿主流逆水而上，并在下龙口截流戗堤轴线下100m处开始采用动船定位法测验垂线流速分布，测船每上行20m测验一线，直至轴线，测验完成后，保持测船船头向上游的方向，减小动力，使测船沿水流方向慢慢退回到安全水域，完成一个测次的最大流速搜索测验工作。在下一个测验时间再用此法进行，直至测船不能进入下龙口为止，较完整的测到了下龙口的流速分布资料，也为下龙口的截流施工提供了重要的水力学要素。

水位监测范文第5篇

关键词:广州地铁五号线;第三方;水平位移监测;极坐标法

城市地铁一般沿密集城区建设,其土建施工对场地及周围建、构筑物带来的安全影响深受业主及社会的密切关注。土建施工第三方监测是在地铁施工中,相对于土建承包商和业主(或施工监理)监测而言,引入有资质的专业监测单位实施的监测工作。第三方水平位移监测的对象一般针对基坑(或竖井)的围护结构,其目的是为施工区安全稳定性判断提供独立、公正、及时、准确的监测数据信息。

1 地铁土建施工对第三方水平位移监测的影响特点

地铁线路一般沿城市地下通过,其土建施工是在各施工工点以基坑(或竖井)方式垂直开挖数十米,在基坑(或竖井)开挖完成的基础上进行地铁线路隧道施工。施工工点距离周围原有建、构筑物一般较近,且情况复杂;施工场地普遍较狭小,其四周一般都修建高度大于2m的围蔽墙;场地内一般建有办公、生活设施,摆放各种建筑材料和施工设备, 并进行施工用材的现场加工。同时,基坑开挖过程中,多工种交叉作业,开挖引起的振动、扬尘,电焊产生的弧光和烟雾,机械作业引起的热浪等流动和非流动障碍普遍存在。由此可见,第三方水平位移监测受场地限制和施工影响较大,监测工作离不开施工方的理解与积极配合。

2 第三方水平位移监测采用的方法及其精度分析

水平位移监测一般采用基准线法、极坐标法、前方交会法、后方交会法、精密导线测量法等。根据施工监测的时效性要求,考虑地铁土建施工的各种影响,宜使用高精度仪器,采用简易、省时、精度可靠的监测方法。工作中我们使用tca2003智能型全站仪,主要采用极坐标施测法,个别工点也采用了基准线法。以下分析采用tca2003全站仪按极坐标法作水平位移监测的精度。

按文献[3],极坐标法水平位移点位中误差计算公式为

式中,mp为位移点点位中误差,mx、my分别为纵、横坐标中误差,d为站点至监测点的距离,md为距离观测中误差,mβ为测角中误差。

式中,a、b分别为测距仪固定误差和比例误差。可见,位移点点位误差与观测距离和测角中误差均成正比例关系。

文献[1]对水平位移测量一等精度要求为:变形点的点位中误差±1.5mm。而tca2003智能全站仪标称精度为:方向测回中误差±0.5″,测距精度±(1mm+1ppm)。即当测角误差不大于0.707″、距离不大于244m时,用此仪器按极坐标法作水平位移监测,按(2)式计算的点位精度可达到一等监测精度要求。如果将最大施测距离限制在200m内,则mp=±1.38mm,此时若按mx和my对mp为等精度影响,可得mx=my=±0.98mm。因基坑监测一般顾及垂直于基坑边线方向的位移量,故采用tca2003全站仪施测,观测距离在200m以内,则水平位移监测之位移分量精度可达±1mm以内(广州地铁对水平位移监测要求最小监测精度为±1mm)。此距离限制值也与tca2003全站仪操作手册介绍的采用自动照准方式作水平角观测时获得最佳观测精度的距离范围相吻合。

以上讨论是基于仪器和镜站都不含对中误差条件下成立的。故采取强制对中措施是保障极坐标法水平位移监测精度的客观要求。

3 第三方水平位移监测的实施

3.1 水平位移监测标志的设立

采用极坐标法监测,首先需在监测场地建立工作基点。因土建施工场地状况十分复杂,工作基点位置须通过第三方与施工方作深入的沟通来确定。选定工作基点位置考虑的重点是要保证点位的安全、稳定,使之与各监测点通视,且尽量考虑不致受到施工的影响。

考虑到成本原因,制作单位普遍采纳旋进式强制对中观测墩标志,如图1所示。该种观测墩工件比较简单,加工难度不大。其对中标志的加工要点:用20mm直径不锈钢杆(长度适当),一端按仪器连接杆螺纹尺寸加工,将加工好的不锈钢杆垂直焊接在带中心孔的普通钢板上,螺纹部份露出钢板面,使其适合仪器旋紧。该部件需安装在按文献[2]要求埋设的观测墩上部。观测墩地面高度以1.2~1.3m为宜。

水平位移监测点系在基坑围护结构冠梁顶建立监测墩标志。监测墩浇筑在基坑围护结构桩(墙)顶,与围护结构形成整体。监测点墩与工作基点墩外观基本相同,只是尺寸可小一点,其高度不作要求,能测到即可。监测点因位于施工范围内,为防破坏应对其加设保护装置。

3.2 工作基点的测定

根据监测需要,每个监测场地布设2~4个工作基点。工作基点应相互通视或组成三角形,便于检查校核。将工作基点与业主提供的地铁施工专用控制点(已知点)组成监测控制网,按文献[1]变形监测网的技术要求,采用tca2003智能全站仪施测。对监测控制网作严密平差计算,其各项精度指标满足规范要求才能作为监测起算数据。

水平位移监测系从基坑开挖开始,基坑土建施工完毕并稳定为止,一般工期较长,故工作基点的稳定性检查十分重要。现场一般采用多测回实测固定角和固定边的方法对工作基点进行检核。应充分利用基点之间的通视条件及周围明显稳定标志(如避雷针等),以检测、判断工作基点的稳定性。当检查固定边或角超过规定限差时,应分析原因,对不稳定点进行恢复测量或对监测控制网进行重新施测、平差。

3.3 极坐标法水平位移监测的外业观测

采用tca2003全站仪进行极坐标法水平位移外业观测,其水平角、边长观测测回数一般不低于两测回,边、角观测的各项限差执行文献[2]要求。通过二次开发,tca2003全站仪可按测回法作水平角、垂直角和距离自动观测,也可使手动和自动观测相结合。观测中对各项限差作自动检查,并将观测数据存储于符合pcmcia标准的“mc”数据卡中,mc卡与电脑进行数据交换处理获得监测所需的数据。采用tca2003进行水平位移监测应注意以下几点:

1)宜采用徕卡tca仪器专配反光镜。tca2003全站仪自动观测模式系采用独有自动目标识别(atr)装置,其标配原棱镜常数为零。非徕卡反光镜虽也能用于tca仪器,但需作严格常数测定和改正。

2)监测前应按操作手册要求对tca2003仪器进行双轴补偿纵、横向指标差(l,t);垂直编码度盘指标差(i);水平视准差(c);水平轴倾斜误差(a)和自动目标识别光轴的准直差(atr)等项内容的测定和修正,并使这些补偿改正功能处于工作状态。

3)应避免在振动干扰严重时进行观测,此时仪器2c变动将出现异常,无法达到规范限差要求。

4)tca启动测距时,如有人通过视线引起短时遮挡将引起距离测量值的异常,此时的距离观测值应予剔除。

5)应对所用反光镜进行编号,使反光镜按号对应所测监测点,减少反光镜差异带来的监测误差。架设反光镜时,应用全站仪进行方向和俯仰角校准,使其保持对准状态。

6)除应对观测距离作仪器加、乘常数和倾斜改正,还应作气温、气压实测改正。

7)初始值应在开工前作两次独立观测,两次观测值满足规范限差要求时取其中数作为最终初始值。

8)第三方水平位移监测需克服其它方干扰独立开展工作。仪器操作应遵循细致、精准的原则。同时在施工环境中应采取有效措施,保证人身及仪器、反光镜等设备的安全。

此外,第三方监测在作专业量测的同时,还须进行施工影响环境巡查和工况记录。对监测时间、天气、施工进度及施工工序、地下水位变化情况、地表及周边建(构)筑物是否出现裂缝和其它施工影响区异兆做好记录,并在监测报告中予以详实说明。

4 水平位移量的计算方法

通过极坐标法测量获得的是位移点在地铁施工测量坐标系下的坐标值。水平位移量是指位移点沿垂直于基坑边线方向的偏移值。以下探讨水平位移量的计算方法:

在实际工程中,基坑形状往往为非直角多边形,经常出现曲线形基坑。如图2所示,xoy为施工测量坐标系,x′oy′为与xoy共原点的参考坐标系。p(x,y)和p(x′,y′)为位移点p分别在施工测量坐标系和参考坐标系中的坐标。α为位移点p沿基坑边垂线(且指向基坑内)在施工测量坐标系中的坐标方位角。参考坐标系x′轴系施工测量坐标系x轴旋转α角且与p点基坑边的垂线平行。由坐标系旋转变换原理[4]可得

即以施工测量坐标系中按极坐标法施测的位移点坐标p(x,y)、位移点基坑边的垂线坐标方位角(可在基坑电子平面图上获得),可由方程(3)求得位移点在参考坐标系中的坐标值。设本次监测为第(i+1)次,前次监测为第i次(i≥1),则位移量计算可表达为

按(4)式解算的δx′i+1即为p点在基坑边的垂线方向的位移量。该差值也符合位移往基坑内数值为正,往基坑外数值为负的理解习惯。此法需在初次监测时,解求每个位移点基坑边垂线(指向基坑内)的坐标方位角。

上述水平位移量计算方法,是以各监测点的基坑边垂线(方向指向基坑内)方位角为参数,将施工测量坐标系下监测坐标通过坐标系换算直接求得位移量。该方法适用于所有形状的基坑,且可通过编程提高计算效率。

5 第三方水平位移监测的频率及预报警机制

广州地铁五号线第三方水平位移监测的频率为:基坑开挖阶段正常情况下1次/3d;开挖结束进入结构施工期1次/7d;主体结构完工后稳定阶段一般1次/2周。当监测数据稳定,报经业主同意可结束监测。施工过程中,当变形超过有关标准或场地条件变化较大时,要求加密至两天或一天一次。当有危险事故征兆时,须进行连续监测。

本项目支护结构桩(墙)顶水平位移警戒值按30mm与0.1h%(h为基坑深度)取小值确定。当水平位移监测点位移量达到警戒值的70%时,监测方需按要求提出预警报告。当监测结果达到警戒值时,监测单位须立即向业主代表进行口头报警,并协助其处理好相关事宜。

第三方监测应建立与业主、监理和承包商各方顺畅的联络沟通机制。监测作业队伍应具备快速反应能力,不但要确保按正常频率做好监测工作,还要满足业主对监测工作的临时调配。为满足地铁建设信息化施工的需要,需利用现代信息技术对监测数据进行科学分析和处理,利用网络技术将监测结果快速准确的提交,并按施工设计要求建立有效的监测预、报警机制。

6 结束语

广州地铁土建施工第三方监测的实施,是业主为地铁工程土建施工加设的一道安全防线,适合我国在重大工程建设领域与国际接轨的要求。第三方监测以专业化的作业水准,采用先进的技术手段,提供客观、独立、迅速准确的变形监测数据,为有关各方对地铁工程土建施工信息化管理提供了必要的科学依据。

水平位移监测是第三方监测的重要一环。采用简易可行、精确的监测手段,提供可靠的变形监测数据,为监视基坑施工对周边环境造成的影响及预防安全事故的发生起到重要作用。作业人员应不断积累施工监测经验,使第三方监测技术不断完善、提高。

参考文献

[1]gb50308—1999,地下铁道、轻轨交通工程测量规范[s]

[2]jgj/t8—97,建筑变形测量规程[s].

[3]熊春保,潘延龄.基坑水平位移监测的方法比较与精度分析[j].城市勘测,1996(4).