EXCEL软件在西丰县诚信水库大坝变形监测的应用分析

黄红日，包德高，王启龙

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，沈阳 110006)

1 概 况

诚信水库是辽宁省内的中型水库，位于寇河干流上，于2007年开始修建，2014年开始蓄水，是一座以防洪减灾、调节流量、供水灌溉为主，渔业与旅游也为辅的水库。诚信水库建成后为西丰县解决了引水问题，为西丰县的经济腾飞发挥了举足轻重的作用。目前库区水位低于水库设计水位，为保证后期正常蓄水，需对大坝的稳定性进行监测。根据相关要求，在2019—2021年期间对诚信水库大坝进行了6次大坝变形监测，每年2次。

2 诚信水库大坝监测方案

2.1 变形监测网坐标高程系统

诚信水库大坝变形监测网坐标和高程系统采用诚信水库建设时的施工控制网，由于施工控制网的布设满足不了大坝监测的需要，在施工控制网的基础上进行加密网的布设[1]。

2.2 监测点分布

水库大坝上共埋设36个变形监测点，迎水坝坡9个，背水坝坡27个，呈线状分布。水平位移监测基准点3个，工作基点5个；垂直位移监测基准点2个。变形监测点分布图，见图1。

图1 变形监测点分布图

2.2 水平位移监测

2.2.1 水平位移监测网的布设

首先布设监测基准网，将基准点J2、CX1和CX2以及工作基点J3-J6纳入网中。以监测基准网为基础，水平位移监测基准网图，见图2。按照外业监测规范要求布设水平位移监测网，水平监测点共计36个，均匀分布于坝体，水平位移监测网图，见图3。

2.2.2 水平位移监测网观测

水平位移监测网监测使用的仪器是Leica TS30测量机器人，采用的方法为极坐标法，精度不低于三等。其中水平角采用方向法，边长采用光电测距结合温度改正法。诚信水库大坝变形监测外业需要测定气压和温度，测定的时间段为每边观测始末，数据采用每边两端平均值。并输入到全站仪内，仪器自行进行气象改正。外业观测过程中严格按照《水利水电工程施工测量规范》SL 52-2015中关于水平位移监测网测量的相关要求。

图2 水平位移监测基准网图

图3 水平位移监测网图

2.2.3 平差计算

平差软件：平差处理软件COSA_CODAPS Version 6.0。

平差计算前，首先对外业观测数据进行预处理，采用经典测量方法将斜距转化为平距。并对外业观测数据、平差计算起始数据、控制网参数，进行百分之百的复核，复核结果完全复核技术要求。随后以J2、CX1和CX2为起算点进行了平差计算，水平位移监测网平差计算精度，水平位移监测网精度评定表，见表1。

表1 水平位移监测网精度评定表

2.5 垂直位移监测

2.5.1 垂直位移监测网布设

布设2个三等垂直位移监测网。一是以J1为起算点布设一条闭合水准路线，对迎水坝坡监测点P28-P36以及背水坝坡方便连测的监测点进行连测，并将工作基点J2-J5以及高程基准点CS1纳入网中；二是水准测量施测比较困难的监测点布设成三角高程支线。垂直位移监测网布置图，见图4；垂直位移监测网布置图，见图5。

图4 垂直位移监测网布置图

2.5.2 垂直位移监测网观测

垂直位移监测的水准测量法采用Leica DNA03数字水准仪，施测方法为双转点法，精度等级不低于三等，每次监测前应将水准仪置于室外30min，使其仪器温度于室外温度一致，并对水准仪进行i角检验，i角最大值为5.6″(限差15″)，满足限差。

垂直位移监测的三角高程测量法采用Leica TS30全站仪，精度等级不低于三等，在外业观测过程中严格按照《水利水电工程施工测量规范》SL 52-2015中“4 高程控制测量”中关于“光电测距三角高程测量”的相关要求[2]。

2.5.3 平差计算

平差软件：Excel自编高程控制平差程序。

每公里水准测量偶然中误差公式为：

(1)

式中：Δ为水准测量往返测量差值，R为水准路线的测段长度，n为水准测量的测段数量。

闭合差公式为：

fh1=∑h2-∑h3=∑h2-(H1-H2)

(2)

式中：∑h2为实际观测的值之和；∑h3为理论值之和；H1为终点高程值；H2为起始点高程值。

在计算每公里水准测量偶然中误差和闭合差之前应加入水准面不平行的改正和闭合差改正后利用Excel自编高程控制平差程序计算平差，水准测量精度评定表，见表2。

表2 水准测量精度评定表

2.6 基准点稳定性分析

基准点稳定性的检验，采用观测量比较检验法进行。水平位移基准点使用Leica TS30全站仪按三等精度进行检测，水平角观测采用方向观测法，边长采用光电测距法；垂直位移基准点使用Leica DNA03数字水准仪采用双转点法按三等精度进行检测。通过检测发现，基准点相对稳定。垂直位移基准点检测比较表，见表3；水平位移基准点检测比较表，见表4。

表3 垂直位移基准点检测比较表

表4 水平位移基准点检测比较表

2.7 变形监测点监测数据分析

以首次变形监测成果为基准，每次测量值与首次测量值进行比较。针对水准连测的垂直位移监测点和强制对中水平位移监测点，利用EXECL统计高程成果表并按测次绘制沉降变化折线图、统计坐标成果表和坐标比较表，并通过CASS9.0绘制水平位移监测点变化量折线图。第2-6次沉降变化折线图，见图6；第2-6次水平位移变化折线图，见图7。

图6 第2-6次沉降变化折线图

图7 第2-6次水平位移变化折线图

2.8 对比分析

1)水平位移：①水平位移监测点X坐标差值最大值为5.7mm，最小值为0mm，平均值为1.6mm；②水平位移监测点Y坐标差值最大值为5.6mm，最小值为0mm，平均值为2.4mm。

2)垂直位移：垂直位移监测点差值最大值为3mm，最小值为0cm，平均值为0.7mm。

3)通过比较分析可见：2019年8月23日-2021年5月28日，大坝变形监测点未有明显变化，水库大坝相对稳定。

3 结 语

变形监测在建筑建设和运营过程中起到至关重要的作用，变形监测的项目多，仪器多，方法多，无论是常规方法还是先进的方法，监测的精度是考量监测手段最重要的方式。文章以常规仪器方法结合EXCEL自编的小程序，利用EXCEL数据进行分析，满足了诚信水库大坝变形监测的要求，整个监测过程简单、经济、快速且高效。