赵 阳

（新疆卡拉贝利水利枢纽工程建设管理局 新疆 喀什 844000）

根据断层失稳的机制，水库的建设与使用期是否会诱发较大的地震关键在于其水体附近是否存在一定规模的断层，且其应力状态是否已接近破坏强度。因此，为了有效地对卡拉贝利水利枢纽工程库区进行安全性监测，研究水库建设和使用过程中对附近地区地震活动的影响，必须对库区的主要活动断裂、库区断层性质及其与水库的关系进行研究，分析水库蓄水对附近断层的应力状态的影响。

1 GPS形变测量技术

在目前的跨断层形变测量技术中，GPS（Global Positioning System全球定位系统）技术与常规大地测量手段相比，具有全天候、站间无需保持通视、可同时测定点的三维坐标、精度高、费用省等优点。随着GPS静态定位技术的不断发展与完善，其测量精度越来越高，平差后的点位精度能达到毫米量级。目前GPS技术己普遍用于各种用途的控制点测量，并在各种类型和等级的控制网建立中逐步取代常规的测量方法，如全站仪、水准仪等。

静态相对定位是GPS测量中精度最高的定位方法，因此广泛应用于形变监测、大地测量、城市与工程控制领域。静态相对定位是用两台接收机分别装在基线两个测站上，在同一时段内同步观测不少于4颗的卫星信号，通过相应的数据处理软件确定基线两端点在某一坐标系中的三维坐标差，根据其中一点的坐标可推算出另一点的坐标。目前，在大于800km的基线上，静态相对定位精度可达到或优于10-8，在100km～500km的基线上，静态相对定位精度可达10-6～10-7，在小于50km的基线上，静态相对定位精度可达1×10-6～2×10-6。

2 GPS形变监测网设计方案

2.1 设计依据

（1）GB/T18314—2001《全球定位系统（GPS）测量规范》；

（2）DB/T19—2006《地震台站建设规范全球定位系统连续观测台站》；

（3）JGJ/T23—2001《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》。

2.2 精度设计

根据中华人民共和国国家标准GB/T 18314-2001《全球定位系统（GPS）测量规范》，利用GPS定位技术建立的测量控制网按其规模和用途，可分为AA、A、B、C、D、E六个精度等级。

实际工作中，应根据测区大小、GPS网的用途及接收机所能达到的精度来设计网的等级和精度标准。参照卡拉贝利水里枢纽工程库区的具体情况，GPS各测量点平均距离约8km，可建立D级GPS网，但根据任务书要求及水库建设安全性考虑，对外业施测和内业数据处理等技术环节均适当提高技术指标，最终参照规范中的B级精度等级进行设计。

GPS测量的精度标准通常用网中相邻点之间的距离标准差表示，其形式为：

式中，σ——标准差（基线向量的弦长中误差），mm；

ɑ——固定误差，mm；

b——比例误差系数，ppm；

d——相邻点之间的距离，km。

2.3 密度设计

GPS控制网的密度设计应满足：相邻点间的最小距离可为平均距离的1/3～1/2；最大距离可为平均距离的2～3倍。在特殊情况下，个别点的间距也可结合任务和具体情况，对GPS点分布要求做出具体的规定。

2.4 基准设计

由于本项目的GPS测量主要是监测卡拉贝利库区活动断层的活动性，只需要考虑GPS网内各测点间的相对距离变化即可，并不需要确定测点在某一已有参考坐标系中的准确坐标。因此根据测区地形、交通状况以及作业效率等综合考虑，本项目中的GPS测网不与已有的国家高等级GPS点进行联测，坐标系使用WGS-1984坐标系统，时间系统选择北京时间或UTC时间系统。

2.5 布网原则

由于GPS控制网点间不需要通视，并且网的精度主要取决于观测时卫星与测站间的几何图形、观测数据的质量、数据处理方法，与网形关系不大。因此在GPS布网时，与常规网相比较更为灵活方便，网的布设主要取决于用户的要求和用途。在网形设计时，根据规范要求应遵循以下原则：

（1）GPS网应根据测区实际需要和交通状况进行设计，使其既满足一定精度、可靠性要求，又有较高的经济指标。GPS网的点与点间不要求通视，但应考虑常规测量方法加密时的应用，每点应有一个以上的通视方向。保证一定的观测时段数和重复设站次数，以及保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，可以有效地提高网的可靠性。在满足一定效率的前提下，尽量多的增设长时间、多时段的基线向量能有效地提高网的尺寸精度。

（2）GPS网应由一个或若干个独立观测环构成，也可采用附合线路形式构成。各等级GPS网中每个闭合环或附合线路中的边数应符合表1的规定。

（3）在布网设计中应顾及原有测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，宜采用原有坐标系统。对凡符合GPS网布点要求的旧有控制点，应充分利用其标石。

2.6 选点

点位的选择对于观测工作的顺利进行和保证测量结果的可靠性有着重要的意义，选点工作应遵守以下原则：

（1）点位应设在易于安装接收设备、视野开阔的较高点上。地面基础稳定，易于点的保存。

（2）点位目标要显著，视场周围15°以上不应有障碍物，以减少GPS信号被遮挡或障碍物吸收。

（3）点位应远离大功率无线电发射源（如电台、微波站等），其距离不少于200m；远离高压输电线，其距离不得少于50m，以避免电磁场对GPS信号的干扰。

（4）点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响。

（5）点位应选在交通方便，有利于其它观测手段扩展与联测的地方。

（6）应尽可能使所选点位附近的小环境（指地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以避免或减少气象元素的代表性误差。

2.7 埋标

GPS网点应埋设具有中心标志的标石或天线墩，以精确标志点位，天线墩或标石必须稳定、坚固以利长久保存和利用。根据本项目具体情况，标石类型选用天线墩，埋石作业应符合以下要求：

（1）观测墩基为深埋的刚性基础，观测墩应采用钢筋混凝土，其强度等级不低于C25，应现场浇筑。观测墩示意图见图1。

（2）观测墩应有强制对中装置（如图2所示），埋造时应使用置平工具安平。在点之记备注栏中应注明归心孔的深度、孔径。

（3）天线墩建成后，至少需经过一个月后方可用于观测。

2.8 布网方案及网结构特征测算

GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。GPS控制网的布设就是如何将各同步图形合理地衔接成一个整体，使其达到精度高、可靠性强、效率高、经济实用的目的。GPS网的图形布设通常有星形连接、点连式、边连式、网连式及边点混合连接等。根据工程要求精度、测区地形和交通状况、现有接收机类型和数量等因素，本次任务将同时使用三台接收机进行同步测量，同步图形为三角形，各同步图形的连接采用边连接式，以同时保证GPS网同时具有较高的图形强度和较高的作业效率。

表1 最简独立闭合环或附合路线边数的规定

图1 观测墩剖面图

图2 预埋件尺寸图

图3 GPS网图形布设方案图

GPS网的具体图形布设如图3所示，包括01、02、03、04、05、06共6个监测点，每次使用3台接收机进行一个同步环的测量，观测时段数为S=6，平均重复设站数为R=3。根据GPS网特征条件的计算公式，本GPS网的总基线数为18，独立基线数为12，必要的独立基线数为5，多余的独立基线数为7，理论最少观测时段数为2。根据以上结果可得：GPS网的效率指标e=理论最少观测时段数/设计观测时段数=0.33，整网的平均可靠性指标η=多余的独立基线数/独立基线数=0.58。一般来说，在GPS网设计时，可靠性指标要达到0.3左右，效率指标要达到0.6左右，可以看到，由于重复设站次数R取得较大，因此本GPS网的可靠性很高，而效率偏低。考虑到卡拉贝利库区水利枢纽工程规模较小，仅有6个监测点，因此虽然GPS网设计的效率较低，但并不会增加很多工作量。

GPS网各相邻测点的平均距离为8km，最长边为02～05边（12.8km），最短边为02～06边（2.4km），满足规范中GPS网密度设计要求。

在工作区内没有其它的旧有控制点，根据工程的具体情况，也无需与附近已有的国家高等级GPS点进行联测，因此，在网平差时，将02号监测点做为已知约束点进行平差计算，以后每期测量时02号监测点都使用固定的BLH坐标作为起算点，以02号监测点为基准分析整个网的相对变化。※

[1]新疆水利水电勘测设计研究院.新疆卡拉贝利水利枢纽工程项目建议书[R].2008(2).

[2]新疆水利水电勘测设计研究院.新疆卡拉贝利水利枢纽工程可行性研究报告[R].2011(6).

[3]中国地震局地震工程研究中心.新疆喀什卡拉贝利水利枢纽工程场地地震安全性评价报告[R].2006(12).