松塔水电站大坝变形监测系统设计

高精度数据处理和 ＩＧＳ 精密星历进行双差固定解结 ３．３ 远程控制中心
算，消除时钟误差、大气层影响等误差。
远程控制中心利用办公区现有机房主要由内部
ＧＰＳ 网平差采用随机的商业后期处理软件。基线 网络、数据处理软件、服务器等组成，通过光纤、无线
解 算 完 成 后 ， 对 ＧＰＳ 观 测 数 据 进 行 统 一 处 理 ，在 网络实现基准站、监测站、数据采集中心、控制中心之
技术与应用
SHANXI WATER RESOURCES
松塔水电站大坝变形监测系统设计
王正刚
（晋中市潇河流域管理局，山西 晋中 ０３０６００）
［摘要］ＧＰＳ 技术在大坝安全监测中的运用，有效提高了大坝检测的准确性，相对于传统的监测方法，大大提
高了效率，降低了监测成本。采用 ＧＰＳ 技术对松塔水电站大坝测点布置、监测仪器及测量数据采集与处理等
32 山西水利
松塔水电站大坝变形监测系统设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
王正刚 晋中市潇河流域管理局,山西 晋中,030600
山西水利 Shanxi Water Resources 2015(2)
引用本文格式：王正刚 松塔水电站大坝变形监测系统设计[期刊论文]-山西水利 2015(2)
ＷＧＳ－８４ 坐标系下进行三维无约束平差。根据无约束 间的有线连接，实现数据的采集、处理、管理等功能。
平差结果来确定观测值中是否存在粗差，若存在问 在远程控制中心内可实现对系统、大坝坝体监测的实
题，采用相应的方法进行处理（对于粗差基线，可通 时、动态管理，无需人工干预，及时掌握坝体的安全运
过剔除或调整观测值权阵的方式来处理），并重新 行状况。
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技术与应用
SHANXI WATER RESOURCES
以形成相对的渗水通道，可能产生较大涌水、突水。
表 1 隧洞各段涌水量估算结果
综上分析，压力洞段地处板涧河下游与黄河小浪 底库区的交汇三角形地带。地表水资源丰富，入渗补 给条件较好，隧洞围岩岩溶发育，多具弱—中等透水 性。隧洞位于地下水位以下 50～120 m，位于小浪底水 库正常运行水位 275.0 m 以下约 50 m。据观测孔观测 资料，洞线处地下水位随库水位升降而升降，且压力 隧洞末端横跨板涧河河谷，该段洞底位于板涧河谷底 以下约 55 m。隧洞存在涌水问题，可能存在突水、突 泥现象。 4 涌水量估算
31 201
1+500— 1+600
0.24
55 59 950 750 100
2 269
1+600— 2+050
0.08
92.5 96.5 1 200 950
40
5 011
2+050— 2+750
0.24
50 54 1 150 800 90
14 827
2+750— 4+500
0.10
90 94 1 350 800 60
本监测系统由基准站、监测站 ＧＰＳ 数据采集系 统，通讯系统，远程控制中心三部分组成。采用现代网 络通讯和计算机数据处理等技术，利用高精度 ＧＰＳ 在 大坝建立实时监测网络，对坝体在外部荷载因素导致 的变形进行实时监测。 ３．１ 基准站、监测站 ＧＰＳ 数据采集系统 ３．１．１ 监测系统基准设置
坝体变形监测工作网采用相对定位的方法，在库 区周边地质条件好、覆盖层较薄的新鲜基岩上设置两 个基准点（ＧＰＳ０１，ＧＰＳ０２），利用两台 ＧＰＳ 接收机进行 定期联系跟踪测量，以其测量数据作为监测工作网的
4 125 510
范》中古德曼公式对最大涌水量进行估算，采用《水文 5 结论
地质手册》中水平坑道涌水量计算公式对正常涌水量
第一，涌水量估算采用的水文地质参数由钻孔压
进行估算。
水、抽水试验所得，但隧洞区水文地质条件复杂，涌水
4.2 结果分析
量的估算需在施工中验证。
水文地质参数选取根据已完成的隧洞地质勘察
测量仪器使用 ７ 台高精度双频 ＧＰＳ 接收机，观测 时段长度≥１８０ min，有效卫星数不少于 ４ 颗，卫星截 止高度角 ２０°，点位几何图形强度因子≤６，仪器标称 精度为静态，天线的选择要能够有效抑制多路径效 应，工作方式采用静态相对定位方式，严格按操作规 程作业。
基线结算、ＧＰＳ 网间平差：本变形监测网要求精 度高，基线的解算必须考虑对流层的（下转第 ３２ 页）
分段 桩号
建议渗 透系数 （蛐 m·d-1）
隧洞 直径 处水 头蛐m
水位 降深
蛐m
左线 影响 宽度
蛐m
右线 影响 宽度
蛐m
至隔 水底 板距 离蛐m
古德曼公 水平坑道 式估算最 法估算正 大涌水量 常 涌水量 （蛐 m3·d-1） （蛐 m3·d-1）
0+000— 1+500
0.22
55 59 1 150 950 80
进行变形观测。
［关键词］大坝；ＧＰＳ 安全监测系统；数据处理；松塔水电站
［中图分类号］P228.4
［文献标识码］C
［文章编号］1004-7042（2015）0２-３０-0１
１ 工程概况 松塔水电站大坝枢纽位于寿阳县草庄村潇河干
流松塔河上，为均质土坝，最大坝高 ６２．６ ｍ，坝长 ５３９ ｍ。 控制流域面积 １ １７４ ｋｍ２，是以城市生活供水、工业供 水及水力发电为主，兼顾防洪、灌溉等综合利用。每年 可为晋中城区和寿阳县提供城市及工业供水 ２ ２００万 ｍ３，年可发电 ３４９ 万 ｋＷ，年农业灌溉水量 ８８５ 万 ｍ３， 为下游城市、村镇、农田等提供防洪安全保障。 ２ ＧＰＳ 变形监测优势
起算依据，并将监测断面上的 ３６ 个变形监测点一并 纳入主网统一观测。为了避免将起算点坐标误差带入 变形监测网中，监测网坐标基准采用 ＷＧＳ－８４ 坐标系 统、独立坐标系。 ３．１．２ 基准站、监测站设计
为提高大坝监测精度和可靠性，基准站选用两台 高精度双频 ＧＰＳ 接收机，由不间断电源供电，全天候 进 行 观 测 。 基 准 站 是 整 个 变 形 观 测 网 的 基 础 ，应 避 开 地 质 结 构 不 稳 定 区 域 ，选 择 在 靠 近 坝 体 两 岸 稳 定 坚固的山体位置分别建立两个连续观测的 ＧＰＳ 定位 基准站，以利于与坝体监测点以“短基线”进行结算。 监测站采用分体式 ＧＰＳ 接收机，利于设备的安装及 ＧＰＳ 接收机保护。采用抗干扰能力强的扼流圈天线， 天线高度 １．５ ｍ 左右，通过强制对中器将 ＧＰＳ 天线固 定在每个观测墩顶部，馈线埋地接入一机多天线系 统，当 ＧＰＳ 天线馈线长度超过 １００ m 时需安装信号放 大器。每个观测纵断面安置仪器保护箱，放置一机多 天线系统、ＧＰＳ 接收机、电源系统等。大坝共 ５ 个观测 纵断面，３６ 个变形监测点，需 ５ 台高精度 ＧＰＳ，３６ 架 天线。 ３．１．３ ＧＰＳ 网观测
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（上接第 ３０ 页）影响。基线解算采用美国麻省理工学 是整个系统监测数据的心脏，从前端采集获取的 ＧＰＳ
院开发的 ＧＡＭＩＴ、瑞士伯尔尼大学研件 Ｂｅｒｎｅｓｅ 进行 监测数据通过无线网桥发送到系统控制中心。
23 859
3 346 357 568 2 801 2 568
4.1 估算公式 隧洞通过潜水含水体，地表水丰富，且入渗补给
条件较好，因此采用《水利水电工程水文地质勘察规
4+500— 6+060
0.22
6+060— 6+380
0.12
66 70 950 650 60 70 74 950 950 80
37 088 4 335
F1，F2，F3，F24 横穿隧洞，构造作用强烈，连通性好，
［作者简介］李修选（1981-），男，2004 年毕业于华北水利
且桩号 1+115—2+325 段存在集中岩溶地下水通道， 水电学院岩土工程专业，工程师。
施工过程中可能发生较大涌水、涌泥。
［收稿日期］2014-12-05；［修回日期］2015-01-06
第二，隧址区地表水发育，其岩体中节理裂隙和
的压水试验及抽水试验资料计算而得。隧洞各段参数 岩溶发育，部分段具贯通性，且发育 4 条正断层，可能
取值及涌水量估算结果见表 1。
发生较大涌水。隧洞施工时应做好支护及衬砌等防排
根据估算结果可知，隧洞总体涌水较大，断层 水措施，以“堵”为主，同时应加强地质超前预报工作。
进行求解。
４ 结论
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３．２ 通讯系统
实践证明，采用 ＧＰＳ 一机多天线技术能完全满足
ＧＰＳ 监测系统的数据传输采用无线网桥与光纤 大坝安全监测的需要。由于 ＧＰＳ 监测技术的使用，极
通讯技术相结合的方式。在下游坝坡上建设数据采集 大地提高了监测工作效率，降低了监测成本，经济、社
中心，位于基准站和监测站中心位置，基准站数据通 会效益十分显著。
过无线网桥传输到数据采集中心，监测站数据采用光 纤传输到服务器的硬盘上保存，也可以同时在 ＧＰＳ 接 收机中汇总备份，增加数据的安全性。数据采集中心
［作者简介］王正刚（１９８5－），男，２００５ 年毕业于山西水利 职业技术学院水利工程专业，助理工程师。
［收稿日期］20１４-１２-13；［修回日期］201５-０１-20
常规大坝变形监测所用仪器精度有限，受周围环 境、现场通视条件差等的影响，难以很好地满足大坝 安全监测的要求。因此，寻找一种高精度、高效率且不 受通视条件所限的新方法对大坝变形位移进行安全 监测显得尤为必要。自 ＧＰＳ 应用到变形监测领域以 来，取得了较大进展。实践证明，ＧＰＳ 一机多天线技术 被认为是在边坡、大坝变形监测领域最有发展前景的 一种新方法。 ３ 变形监测系统设计