对南水大坝水平变形观测资料的精度分析
摘要：文章以南水大坝为例在对水平变形观测资料精度分析的基础上，对观测系统进行评价。
关键词：南水大坝；观测精度分析；对比分析
南水大坝是在60年代采用定向爆破技术方法完成大部分坝体，随后用人工填筑方法加高坝体和加宽剖面，同时修建上游防渗斜墙而成的一座堆石坝。
坝体呈折线型，大爆破后两岸岩体稳定性较差。
根据这些特定条件，大坝水平位移观测，主要由布设在坝区内的三角网按前方交会法，从1983年8月开始观测。
由于三角网的基线由中等精度的红外线测距仪测定跨河边长，因而精度不高，且缺乏校核条件，故1989年对大坝水平位移观测系统进行优化改进，并沿用至今。
下面就该系统进行分述。
一、监测控制网的精度估算标准
南水大坝属爆破堆石坝，参照土石坝安全监测技术规范（SL60-94）、混凝土大坝安全监测技术规范（SDJ336-89），并根据南水大坝的实际情况，对南水大坝上下游向位移量中误差定为≤±2.5 mm。
此外，监测控制网是交会位移点的基础，其精度应高于位移点。
如果采用三个方向交会法，则每个三角点的点位中误差则应在±1.4 mm范围内。
南水大坝基本上属东西方向，因而X方向（即接近上下游方向）是主变形方向，X向的点位精度Mx应在±1.4 mm以内。
观测仪器现采用TCA2003全站仪，在室外约200m的距离上，ATR的坐标测量精度可达到±0.2mm，完全可以满足观测精度的要求。
二、监测控制网首期观测精度分析
（一）方向平均值中误差分析
由文献[1]利用首期观测成果，在10个控制点上设站，共观测28个方向，每个方向均观测12个测回，其平均值中误差见表1。
从表1中可以看出，平均值中误差小于预期值±0.289”的有20”个方向，占71%，有8个方向大于预期值，其中四次出现在15#点上，这说明与该点目标质量不好有关。
总平均值中误差为±0.272”，与预期值相接近，说明观测成果是可信的。
（二）点位精度分析
表1控制网方向平均值中误差单位:“″”
表2点位精度评定（按12个测回计算）
整体平差计算结果见表2，由表看出，各测点的点位中误差MX、MY、M均在±1.4 mm以内，即使离已知点J2最远的J9点，其MX =±1.1 mm，M0 =±1.2 mm，亦能满足交会点的精度要求。
表3统计了9个测回计算成果，从表3可以看出：如监测控制网按9测回观测，也能满足交会位移点的精度要求。
根据上述分析，南水大坝监测控制网布设是合理的，观测精度满足相应精度等级要求，只有15#、17#-1两个点超限，这可能是目标质量不高所致。
表3点位精度评定（按9个测回计算）
由上分析表明，南水大坝水平位移观测，其监测控制网从1991年9月开始，将原每个方向观测由12测回减至9测回，能够满足精度要求。
三、前方交会位移测点精度分析
南水大坝水平位移是依据监测控制网的8个三角点，按前方交会法，测定20个位移点的坐标来实现的。
其中坝上游坡第二马道（上游205 m马道）设有5#、6#、7#、8#等4个位移测点，此4个测点通常都被水淹没，仅在低水位时才能观测；上游坡第一马道（上游212 m马道）设有9#、10#、11#、12#、13#等5个测点；坝下游坡第一马道（下游210 m马道）和第二马道（下游190 m马道）分别设有18#、19#、20#、21#和22#、23#共6个测点。
从1991年开始，为减小观测工作量，在满足交会位移点精度的前提下，合理选择交会图型，由此用三个方向交会取代四个方向交会，交会观测由原9个测回减至6测回，经分析，纵向中误差Mx有8个位移点比原采用四个方向交会的精度提高了，7个位移点精度相当，其余5个位移点比原四方向交会精度略低，但均在允许精度范围之内。
上述结果表明：三方向交会优于四方向交会，目前交会观测方法精度较高。
四、结语
通过上面对监测控制网及其点位精度估算与分析，可认为变形观测设计基本上是合理的。
现有的水平位移监测网，总体上能监控大坝的水平位移，所得的监测资料能为评价大坝变形性态提供较为可靠的依据。
参考文献
[1]梁昌明，等．南水大坝变形监测控制网与位移测点精度分析与优化．大坝与安全，1998，（1）．
[2]广东南水大坝观测成果分析．广东省南水水电厂，长江科学院，1987．
[3]广东省南水大坝变形控制网及前方交会位移点的精度分析与优化．1991．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
