水利工程测量

论水利工程测量

测量学是研究地球及其表面各种形态的学科，主要任务是测量地球表面的点位和几何形状，并绘制成图，以及测定和研究地球的形状和大小。水利工程测量是在水利规划、设计、施工和运行各阶段所进行的测量工作，是工程测量的一个专业分支。它综合应用天文大地测量、普通测量、摄影测量、海洋测量、地图绘制及遥感等技术，为水利工程建设提供各种测量资料。

这门科目共16章，分4篇。第1篇为测量的基本理论知识和基本测量工作，包括第1-7章，主要介绍了测量的基本概念，测量的基本工作，水准测量，角度测量，蹁测量，直线定向以及测量误差的基本知识；第2篇为小区域控制测量，包括第8-9章，主要介绍了建立平面控制网和高程控制网的方法；第3篇为地形测量及地形图应用，包括第10-12章，主要介绍了地形图的基本知识、大比例尺地形图的测绘及地形图的应用；第4篇水利工程测量，包括第13-16章，主要介绍了水利水电工程施工测量的基本知识，水工建筑物及水库测量，隧洞施工测量，渠道测量等。

一、测量基本理论知识及工作

由开头已提出测量学的原理，测量学随着科技的发展，在如今，按研究对象和研究范围的不同，可分为大地测量学、地形测量学、摄影测量学、工程测量学、制图学，儿水利工程测量就属于工程测量学其中一项。水利工程测量的主要任务是：为水利工程规划设计提供所需的地形资料，规划时需提供中、小比例尺地形图及有关信息以及进行建筑物的具体设计时需要提供大比例尺地形图；在工程施工阶段，要将图上设计好的建筑物按其位置，大小测设于地面，以便据此施工，称为施工放样；在施工过程中及工程建成后的运行管理中，都需要对建筑物的稳定性及变化情况进行监测--变形观测，确保工程安全。学会测量，得先学会确定地面点的位置，概略了解地球的形状和大小，建立适当的确定地面点位的坐标系。测量的基本原则是在布局上由整体到局部，早工作步骤上先控制后碎部，简单点就是先进行控制测量，然后进行碎步测量。

确定地面点高程的测量工作，称为高程测量。高程测量按使用的仪器和施测方法的不同，可分为水准测量、三角高程测量、气压高程测量和GPS测量等。在工程建设中进行高程测量主要用水准测量的方法。而我们所学的，也主要是水准测量。水准测量是运用水准仪所提供的水平实现来测定两点间的高差，根据某一已知点的高程和两点间的高差，计算另一待定点的高程。进行水准测量的仪器是水准仪，所用的测量工具是水准尺和尺垫。水准仪的安置是在设测站的地方，打开三脚架，将仪器安置在三脚架上，旋紧中心螺旋，仪器安置高度要适中，三脚架投大致水平，并将三脚架的脚尖踩入土中。用水准测量方法确定的高程控制点称为水准点（一般以BM表示），水准点应按照水准路线等级，根据不同性质的土

壤及实际需求，每隔一定的距离埋设不同类型的水准标志或标石。水准仪有视准轴、水准管轴、圆水准器轴仪器竖轴四条轴线，而在这其中，圆水准器轴应平行仪器竖轴、十字丝横丝应垂直于仪器竖轴、水准管轴应平行于视准轴。在进行水准测量工作中，由于人的感觉器官反映的差异，仪器和自然条件等的影响，使测量成果不可避免地产生误差，因此应对产生的误差进行分析，并采用适当的措施和方法，尽可能减少误差予以消除，使测量的精度符合要求。

确定地面点位一般要进行角度测量。角度测量是测量的基本任务之一，在测量中与边长一样占有比较重要的位置，角度测量是次梁的三个基本工作之一。角度测量包括水平角测量和竖直角测量。所谓的水平角，就是空间两条直线在水平面上投影的夹角。在通一竖直角内，目标方向与水平面的夹角称为竖角，亦称垂直角，通常用α∈(﹣90°,﹢90°),当视线位于水平方向上方时，竖角为正值，称为仰角；当视线位于水平方向下方时，竖角为负值，称为俯角，根据竖角的基本盖帘，要测定竖角，必然也与水平角一样是两个方向读数的差值。经纬仪是角度测量的主要仪器，它就是根据上述水平角和竖直角的测量原理设计制造，同时，和水准仪一样还可以进行视距测量。经纬仪的使用包括仪器安置、瞄准和读数三项。水平角的观测方法有多种，但是为了消除仪器的某些误差，一般用盘左和盘右两个位置进行观测。竖盘又称垂直度盘，它被固定在水平轴的一端，水平轴垂直于其平面且通过其中心。最终，为了测得正确可靠的水平角和竖角，使之达到规定的精度标准，作业开始之前必须对经纬仪进行检验和校正。角度观测的误差来源于仪器误差、观测误差和外界条件的影响三个方面。

距离测量是确定地面点位的基本测量工作之一。距离是指地面两点之间的直线长度。主要包括两种：水平面两点之间的距离称为水平距离，简称平距；不同高度上两点之间的距离称为倾斜距离，简称斜距。距离测量的方法有钢尺量距、视距测量、电磁波测距和GPS测量等。钢尺量距工具简单，经济实惠、其测距的精度可达到1／10000∽1／40000，适合于平坦地区距离测量，钢尺测量的主要器材有钢尺、测钎、温度计、弹簧秤、小花杆，其他辅助工具有测钎、标杆、垂球、温度计、弹簧秤和尺夹。视距测量是一种间接测距方法，它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距标尺、根据光学和三角学原理同时测定两点间的水平距离和高差的一种快速方法。普通视距测量与钢尺量距相比较，具有速度快、劳动强度小、受地形条件限制少等优点。但测量精度较低其测量距离的相对误差约为1/300，低于钢尺量距；测定高差的精度低于水准测量和三角高程测量。视距测量广泛用于地形测量的碎部测量中。电磁波（简称EDM）是用电磁波（光波或微波）作为载波传输测距信号直接测量两点间距离的一种方法。与传统的钢尺量距和视距测量相比，EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。边长测量是测量的基本任务之一，在求解地面点位时绝大多数都要求观测出边长。加之现在的测距仪器都比较先进、精度比较高而且距离测量的内、外爷都比以前简单多了，所以距离的测量在现代测量在现代测量中的地位越来越重要。

在测量工作中常要确定地面上两点间的平面位置关系，要确定这种关系除了需要测量两点之间的水平距离以外，还必须确定该两点所连直线的方向。在测量

上，直线的方向是根据某一标准方向（也称基本方向）来确定的，确定一条直线与标准方向间的关系称为直线定向。直线的方向的表示方法有真方位角、磁方位角、坐标方位角以及三者之间的关系。通常用直线与标准方向的水平角来表示。测量工作中的直线都是具有一定方向的，一条直线存在正、反两个方向。

通常将能同时进行测角和光电测距的仪器称为电子速测仪，简称速测仪。速测仪的类型很多，按结构形式可分为组合式和整体式两种类型。

任何观测都是在一定的外界环境中进行的，不可避免的包含误差。产生测量的误差的主要原因是：使用的测量仪器构造不十分完善；观测者感官器官的鉴别能力有一定的局限性，所以在仪器的安置、照准、读数等方面都会产生误差；观测时所处的外界条件发生变化。测量误差是测量过程中必然会存在的，也是测量技术人员必须要面对和处理的问题。

二、小区域控制测量

在测量工作中，为了防止误差累积和提高测量的精度和速度，测量工作必须遵循“从整体到局部”、“先控制后碎部”的测量工作原则。即在进行测图或进行建筑物施工放样前，先在测区内选定少数控制点，构成一定的几何图形或一系列的折线，然后精确测定控制点的平面位置和高程，这种测量工作称为控制测量。控制测量分为平面控制测量和高程控制测量两部分。精确测定控制点平面坐标（χ,y）的工作称为平面控制测量，精确测定控制点高程（H）的工作称为高程控制测量。根据国家经济建设和国防建设的需要，国家测绘部门在全国范围内采用“分级布网、逐级控制”的原则，建立国家级平面控制网，作为科学研究、地形测量和施工测量的依据，称为国家平面控制网。直接用于测图而建立的控制网为图根控制网。导线测量是平面控制测量的一种常用的方法，主要用于带状地区、隐蔽地区、城建区、地下控制、线路工程等控制测量。在野外进行选定导线点的位置、测量导线各转折角和边长及独立导线时测定起始方位角的工作，称为导线测量的外业工作。导线测量的外业工作包括：踏勘选点及埋设标志、角度观测、边长测量和导线定向四个方面。倒显得内业计算，即在导线测量工作外业工作完成后，合理地进行各种误差的计算和调整，计算出各导线点坐标的工作。在面积为15km2内为满足需要进行的平面控制测量称为小区域平面控制测量。小三角测量时小区域测量的一种常用方法，他的特点是变长短、量距工作量少、测角任务重。计算时不考虑地球曲率影响、采用近视平差计算的方法处理观测结果。小区域平面控制网的布设，一般采用导线测量和小三角测量的方法。当测区内已有控制点的数量不能满足测图或施工放样需要时，也经常采用交会法测量来加密控制点。测角交会法布设的形式有前方交会法、侧方交会法和后方交会法。

精确测定控制点高程的工作称为高程控制测量。高程控制测量首先要在测区建立高程控制网，为了测绘地形图或建筑物施工放样以及科学研究工作而需要进行的高程测量，我国在全国范围内建立一个统一的高程控制网，高程控制网由一系列的水准点构成，沿水准路线按一定的距离埋设固定的标志称为水准点，水准

点分为临时性和永久性水准点，等级水准点埋设永久性标志，三、四等水准点埋设普通标石，图根水准点可根据需要埋设永久性或临时性水准点，临时性水准点埋设木桩或在水泥板或石头上用红油漆画出临时标志表示。国家高程控制测量分为一、二、三、四等。一二等高程控制测量是国家高程控制的基础，三四等高程控制是一二等的加密或作为地形图测绘和工程施工工程量的基本控制。图根控制测量的精度较低，主要用于确定图根点的高程。

三、地形测量及地形图使用。

地表的物体不计其数，测量学中，我们把它们分成两类：地物与地貌。将地表上的自然、社会、经济等地理信息，按一定的要求及数学模式投影到旋转椭球面上，再按制图的原则和比例缩绘所称的图角地图。为了测绘、管理和使用上的方便，地形图必须按照国家统一规定的图幅、编号、图式进行绘制。

地形图上两点之间的距离与其实际距离之比，称为比例尺。它又分数字比例尺和直线比例尺。图式是根据国民经济建设各部门的共性要求制定的国家标准，是测绘、出版地形图的依据之一，是识别和使用地形图的重要工具，也是地形图上表示各种地物、地貌要素的符号，地形符号包括地物符号、地貌符号和注记符号。地形图四周里面的四条直线是坐标方格网的边界线称为内图廓；四周外面的四条直线称为外图廓。当一张图不能把整个测区的地形全部描绘下来的时候，就必须分幅施测，统一编号，地形图的编号方法是：按照经纬线分幅的国际分幅法；按坐标格网分幅的矩形分幅法。

测绘前的准备：控制测量成果的整理，大比例尺地形图图式、地形测量规范资料的收集；测量仪器的检验和校正，以及绘图小工具的准备；坐标方格网控制；控制点的展绘。测量碎部点平面位置的基本方法：极坐标法、直角坐标法、方向交会法。地形测绘的方法：大平板仪测图法、小平板仪和经纬仪联合测图法、经纬仪测绘法、全站仪测绘法。地形图的绘制：地物描绘、地貌勾绘、地形图的拼接、地形图的整饰、地形图的检查。

绘制地形图的根本目的是为了使用地形图，地形图是工程建设中不可缺少的一项重要资料，因此，正确应用地形图是每个工程技术人员必须掌握的一门技能（求图上某点的坐标、两点之间的水平距离、方位角、高程、坡度的计算）。

四、水利工程测量。

测量的两项主要工作是大比例尺地形图的测绘和施工放样。施工测量的目的是将图纸设计的建筑物、构筑物的平面位置和高程，按照设计要求，以一定的精度测设到实地上，作为施工的依据，并在施工过程中进行一系列的测量工作。它的主要内容包括：施工控制网的建立；将图纸上设计好的建筑物或构筑物的平面位置和高程标定在实地上，及施工放样（测设）；施工竣工后对建筑物或构筑物

的竣工测量以及在施工期间检查施工质量的变形观测等。施工测量的原则依然是“从整体到局部，先控制后碎部”。施工放样的精度与建筑物的大小、结构形式、建筑材料等因素有关，因此，应根据不同施工对象，选用不同精度的仪器和测量方法，既保证工程质量又不浪费人力物力。

水工建筑物的施工测量和水库测量时水利工作者经常应用的测量知识和技能。土坝的控制测量包括土坝控制测量，土坝坝身控制线的测设，土坝高程控制测量。土坝施工过程中的测量工作，包括清基开挖线的放样，起坡线的放样，坝体边坡的放样，坡面修整。混领土控制测量包括基本控制网的建立，坝身控制网的建立（格网控制线测设和三角网建立），高程控制网的建立。水闸的施工测量包括主轴线的测设和高程控制网的建立，基础开挖线的放样，水闸地板的放样。

隧洞施工测量水利工程测量建设的常用测量工作，根据隧洞的性质和用途可分为公路隧洞、铁路隧道、水工隧洞、过江（河）隧洞等多种工程隧洞。隧洞工程的基本任务是：建立平面和高程施工控制网，标定隧洞中心线，指示开挖方向，确定坡度，保证按规定的精度贯通，使隧洞断面几何形状符合设计要求。

渠道是最常见的水利工程，在渠道勘测，设计和施工过程中所进行的测量工作，称为渠道测量，渠道测量的内容和方法和一般道路测量基本相同。渠道测量主要内容包括：勘测选线，中线测量，纵断面测量，土方计算和施工测量等。

随着时代的进步，建筑越来越标新，而作为基础的测量势必是每个从事工程者的必须学会的，一点点小的误差会带来无穷的后果，因此，我们更应该得学会领略到测量的重要性。