宋高伟，刘良福，刘剑波

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东 广州 510170)

1 概述

珠江三角洲水资源配置工程是国务院批准实施的《珠江流域综合规划(2012—2030年)》和全国172项节水供水重大水利工程项目之一[4]；是世界上流量最大的长距离有压管道调水工程。工程由1条干线、2条分干线、1条支线、3座泵站和1个新建调蓄水库组成，全长113.1km，其中干线长90.3km，深圳分干线11.9km，东莞分干线3.5km，南沙支线7.4km。工程建成后，将实现从西江向珠三角东部引水，解决广州、东莞、深圳等地生活生产缺水问题，并将为香港特别行政区、广州番禺、佛山顺德等地提供应急备用水源，还将逐步实现西江东江水源互补、丰枯调剂，退还东江流域及沿线城市生态用水，为粤港澳大湾区发展提供战略支撑，全面推动绿色发展建设美丽中国。

作为项目勘测设计工作的基础及施工建设的基准依据，测量控制网的建立在工程勘测设计施工中的重要性是不言而喻的。本工程测区范围位于东经113°00′～113°40′，北纬22°38′～22°53′，西起佛山市顺德九江镇，东至深圳市光明新区公明水库，东西跨度超过100km，南北跨度近20km。工程范围如图1所示。测区为珠江三角洲河网地区，城镇众多，水系纵横交错，西部和中部地势多为平原丘陵，东部地势局部为山地，测区交通发达、生活较为便利。但由于河网分割造成交通迂回路程远，导致测量通视和交通行车时间增加，增加了控制网测量作业的难度。

2 控制网建立

2017年初，根据规范及任务要求，为珠江三角洲水资源配置工程建立全线统一的三等平高控制网，作为工程后续各阶段的测量基准网。

2.1 控制网布设

2.1.1平面控制网布设

根据规范要求及工程施工需求，全测区共布设了三等GNSS控制级点77个。以覆盖测区范围的5个国家C级GNSS点“牛颈根”“古朗学校”“独岗山”“高田山”“市桥综合厂”作为平面控制起算点。

2.1.2高程控制网布设

测区内沿输水线路中线布设了1条三等水准线路，联测部分三等GNSS控制点和全部三等水准点，共埋设了35个三等水准点。利用测区附近的国家一等水准点“Ⅰ廉穗86”和二等水准点“Ⅱ松新9基上”作为测区三等高程测量起算点。

2.2 三等平面控制网测量

2.2.1观测

三等平面控制网采用GNSS静态测量方法施测。使用了6台GNSS接收机采用边连式或网连式进行同步观测记录。

图1 珠江三角洲水资源配置工程范围示意图

2.2.2平差计算

GPS网的平差和基线解算为GPS测量数据处理的主要部分，且只有在数据处理后方可体现整个网的测量精度和数据观测质量[5]。采用HGO数据处理软件进行GNSS静态网平差计算。平差流程为：基线解算—三维无约束平差—二维约束平差。

基线解算时，对部分不满足精度要求基线通过截取时间段、剔除不健康的卫星、手工选取参考站等方法进行基线处理。基线解算完成后，进行三等GNSS网平差。所有点均纳入GNSS网进行统一计算，平差过程由软件自动计算。本三等GNSS控制网的网平差点位中误差最大值为9.3mm，远小于限差±50mm；最弱边边长相对长误差为1∶214716，远小于限差1∶80000。说明该三等GNSS控制网平差精度优。基线解算精度统计见表1。

表1 三等GNSS控制网基线解算精度统计表

2.2.3成果检核与分析

为保证控制网平差计算成果的可靠性，本项目在使用主算软件进行平差计算的基础上，还选用了校核软件进行检核计算。

选用的核算软件为CGO数据处理软件包。使用该软件进行解算，解算方法和要求与主算软件HGO一致。CGO解算网平差点位中误差为11.2mm，最弱边边长相对中误差为1∶194582，均满足规范要求。

将CGO平差后的三等平面控制点坐标与HGO平差计算的坐标进行一一对比，点位互差最大为0.008m；主算软件HGO平差结果与核算软件CGO平差结果基本一致，说明三等平面控制网的成果准确可靠，符合规范要求。最终成果采用主算软件HGO平差计算结果。

2.3 三等高程控制网测量

2.3.1观测方案

珠江三角洲水资源配置工程三等高程控制网采用三等水准测量进行，其中线路跨越珠江出海口沙湾水道及狮子洋处采用GPS水准测量法进行测量。

三等水准主线为附合线路，采用电子水准仪观测；按照“后-前-前-后”中丝法进行往返观测，双站到点。各项观测限差电子水准仪自动控制，超限无法观测，需调整后重新测量。

分别在沙湾水道和狮子洋两岸选择合适跨河GPS水准点位置，并根据两岸陆地地形布置合适的非跨河GPS水准点位置。

2.3.2平差计算

三等水准平差计算进行正常水平面不平行改正和尺长改正计算，不平行改正最大值为0.05mm，尺长改正最大值为3.45mm。进行各项改正后采用科傻地面控制测量数据处理系统进行网平差计算。本项目三等水准线路闭合差为-0.0589m，限差为±0.1671m。闭合差远小于1/2限差要求，说明三等水准测量成果精确可靠。

2.3.3成果检核与分析

为了验证三等高程控制网成果的可靠性，采用三角高程测量对水准线路中的关键高差(跨河高差)进行了检核，采用核算软件对全网进行了校核平差。三角高程测量高差与GPS跨河水准测量高差对比见表2。通过表2可知，三角高程测量高差与GPS跨河水准测量高差差值满足限差要求，说明GPS跨河水准测量成果可靠。

本项目选用水准平差校核软件为清华山维测量控制网平差系统。使用该软件对三等水准进行平差计算，计算方法和要求与主算软件一致，将核算软件平差结果与主算软件平差结果进行一一对比，线路闭合差以及各测点结果100%一致。由此证明，主算软件平差结果准确可靠。

3 控制网复测

3.1 复测实施及成果计算

2017年10月底，珠江三角洲水资源配置工程试验段开工建设；2019年5月，工程全面开工建设。2021年3月，受业主单位委托开展三等平高控制网的复测，以及时发现和改正控制网点可能发生的位移。

3.1.1控制点普查

由于本工程三等平高控制网建立于2017年，距本次复测已有4年之久，故复测开始前对全部三等平高控制点进行了普查，对破坏的控制点进行恢复。经现场普查，总共81个三等GNSS平面控制点中75个保存完好，完好率91.5%；总共35个三等水准点中30个保存完好，完好率85.7%。对于地处经济开发建设发达的珠三角地区，控制点保存完好比例接近90%，说明该控制网的点位选择是合理可靠的。

3.1.2观测

复测的技术要求和测量方法与控制网建立是完全一致，即GNSS三等控制网测量和三等水准网测量。

3.1.3平差计算

三等平面控制网(GNSS静态测量)基线解算精度统计见表3。网平差点位中误差最大值为7.7mm，远小于规范限差±50mm；最弱边边长相对中误差为1∶162671，远小于规范限差1∶80000。说明复测阶段三等GNSS控制网平差精度优。

复测阶段三等水准测量线路闭合差为0.0025m，闭合差限差为±0.1588m。闭合差远小于1/3限差要求，说明三等水准测量成果精度优。

3.2 成果对比与分析

通过控制网复测及对测量成果对比分析，以复核、验证控制网测量成果的精度和质量，评价控制点的点位稳定性[6]。

3.2.1平面控制网复测成果对比

将2021年复测的三等GNSS平面控制点成果与2017年建立阶段成果进行对比(新埋设点除外)，复测成果与建立成果纵坐标较差最大值为-0.045m，横坐标较差最大值为0.033m；所有点复测成果与建立成果差值全部小于0.05m；64.3%的点位差值小于0.03m。说明珠三角三等GNSS平面控制网整体稳定，取2021年复测成果作为后续使用成果。

3.2.2高程控制网复测成果对比

将2021年复测的三等高程控制点(三等水准点和联测GNSS点)成果与2017年建立阶段成果进行对比(新埋设点除外)：总共47个高程点对比，18个点上升，29个点下沉，37个点的高程变化量在±0.02m以内，占比78.7%，说明三等控制点整体保持稳定，大部分以轻微下沉为主。其中“GNSS703、GNSS711、鸡洲水闸基1、番水48号、HB06、HB05、GNSS742、GNSS756”8个点高程变化出现异常，经现场调查分析，变化原因分析如下：

(1)“GNSS703”位于河堤台阶角水泥面上，此次复测发现，此台阶角已经出现较大裂缝和倾斜，故复测高程下沉达6cm。

(2)“GNSS711、GNSS742、GNSS756”3个GNSS点，均埋设于2017年新修公路的人行道地面，均属于松软填筑地面，故出现较大高程变化属正常情况。

表2 三角高差与GPS跨河水准高差对比表

表3 三等GNSS控制网复测基线解算精度统计表

(3)“鸡洲水闸基1、番水48号”2个点均处于水闸绿地内，回填土质较为松软、稳定性较差。

(4)“HB06、HB05”2个点位于海鸥岛西侧河堤、南沙大桥桥底附近，自2017年至今受南沙大桥建设影响较大、下沉量较大。

4 技术难点及解决方案

4.1 长距离线状静态控制网布设

4.1.1难点分析

带状工程GPS控制网其布设及解算都存在一定的困难，测绘作业需结合自身经验和测绘理论体系；用合理的处理方式来优化此类工程控制网[7]。珠江三角洲水资源配置工程为长距离输水工程，工程施工建设主要以地下盾构管道为主，线路施工范围宽度仅数十米，管道全长超过100km。若按常规方法，沿施工线路布置静态测量控制网，会导致网形结构弱，平差计算时超长基线多，平差计算困难等。

4.1.2解决方案及效果

面对这一技术难题，在本三等平面控制网建立时，创新采用外扩式布置方案，将输水线路中线向南北各外扩3km左右，形成宽度约6km的带状布控范围，除沿线路中线布置主控点外，在线路北侧平行线和南侧平行线范围内均匀布置辅助控制点，布置范围如图3所示。

通过外扩控制网范围，虽然增加了平面控制点点数，但极大的增加了整个平面控制网的网形结构强度，减少了平差计算时超长基线出现的几率，大大提高了整个平面控制网的精度。

4.2 长距离跨河水准测量

4.2.1难点分析

珠江三角洲水资源配置工程的输水线路穿越珠江口的沙湾水道和狮子洋，其中沙湾水道的跨越水域长度约1.6km、狮子洋跨越水域长度约2.3km，总跨度超过6km。若采用传统水准测量方法，根本无路线可通行；若采用三角高程测量，跨越距离超过规范要求，无法满足三等高程精度；若采用两岸分别布设水准测量，则存在整个工程的高程基准不统一的风险。

4.2.2解决方案及效果

面对沙湾水道和狮子洋连续的长距离跨河高程传递难题，本三等高程控制网采用GPS水准测量法来解决。根据现场地形分布，巧妙结合海鸥岛陆地地形，将跨沙湾水道和狮子洋分开两段跨河水准布设。GPS测量法跨河水准测量的原理是，通过GPS方法和几何水准方法结合，测量出跨河两岸的高程异常变化率，取平均值作为跨河段的高程异常变化，最后计算出跨河段的高差[8]。限于篇幅，本文仅以2021年复测中跨狮子洋段为例，介绍跨河水准测量在本工程中的应用。

全部跨河点和非跨河点采用GPS静态测量同步观测，静态数据处理包括基线解算和网平差计算两个步骤，基线按规范要求进行解算；网平差以某一跨河点的三维地心坐标系下的三维坐标作为起算数据，进行无约束平差。平差后按规范计算跨河高程异常变化率，见表4。

表4 跨狮子洋段高程异常变化率计算表

如果要想利用GPS测得大地高通过高程异常值直接换算为正常高而使用，那么所获取的高程异常值的准确程度是非常重要的[9]。由表4计算高程异常变化率的较差，与限差进行比较，同岸变化量较差和不同岸较差最大值均小于1/2限差，说明跨河水准测量结果精度优。详见表5。

图3 平面控制网范围示意图

表5 跨狮子洋段高程异常变化率差值精度统计表 单位：m/km

根据计算的平均高程异常变化率和跨河点之间的平距，计算出跨河点之间的正常高差。跨狮子洋段BM30-E1正常高差ΔH=-0.40939m。

为验证GPS水准测量法计算跨河高差的可靠性，本项目高程控制网还采用了三角高程测量对跨河高差进行了检核。采用高精度测量全站仪分别在两岸跨河点设站，往返测量两岸跨河点之间的高差。并与三角高差与GPS水准测量法计算高差进行对比分析，差值远小于1/3限差要求，说明GPS跨河水准测量成果精度可靠，符合规范要求。见表6。

表6 三角高差与GPS跨河水准高差对比表

5 结论与建议

5.1 结论

珠江三角洲水资源配置工程输水距离长、工程规模大、施工标段数量多，测量控制网的建立技术难度大、精度要求高，通过精心设计和规范实施，建立了满足工程勘测设计及施工要求的高精度三等平高控制网。

该三等平高控制网的建立及复测阶段各项数据平差结果精度均远小于规范限差要求，平高控制点成果精度高；经过长时间的使用及验证，整个控制网点位保存完好率高、控制点成果位移变化小，说明该三等平高控制网布设合理，网形结构强；该三等平高控制网的布设及测量过程中均采用了关键技术解决技术难题，特别是GPS水准测量法在长距离跨河高程传递中的多次成功应用，可为类似水利水电工程项目提供参考和借鉴。

5.2 建议

(1)该三等平高控制网是珠江三角洲水资源配置工程进行施工建设测量的基准依据，建议业主及各使用单位加强对控制网点的保护工作，确保控制网点的长期稳定。

(2)采用GPS水准测量法进行长距离跨河/海高程传递时，建议全部选择同一型号测量仪器进行数据采集，采取统一的、严谨的仪器高量取方法，减少因仪器天线高改正误差导致的高差计算误差；GPS跨河水准测量选择地方尽量平坦，跨河两端高差裱花应小于130m/km[10]。

(3)针对施工建设周期较长的大型水利水电工程项目，统一的首级平高控制网建议进行定期复测，以及时发现和改正可能发生的控制网点位移，以保障工程施工建设的精准性。