山东海阳核电厂工程海域水下地形图测量

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山东海阳核电厂工程海域水下地形图测量

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-19 2611


山东海阳核电厂厂址地处山东半岛东部南翼,主厂址三面临海,首期容量2×1000MW,工程处于可行性研究阶段。按设计要求,需提供核电厂址海域1∶1000、1∶2000两种比例尺各约18km 2、30km2及比例尺为1∶10000的170km2水下地形图。

海域测区特征:

a测区形状不规则,岸线呈半环型,长约6km;入海延伸远,长约5~6km,区域内分布有 海水养殖区。

b海底地形复杂,周边入海延伸1km内多分布有暗礁群。

c潮汐量大,潮位落差达到30m。

d施测时间紧迫、首期的1∶1000、1∶2000两种比例尺的水域地形图要在一个半月内施测 完成,而时间正处于海域气候较为恶劣的秋冬交替季节。

针对核电工程的特殊性和海域测区的复杂环境条件,华东电力设计院在该测量工程起步前进 行了全面 的策划,并在工程中投入高素质人员,采用最先进的设备(软、硬件)和有效的技术措施,在 山东电力设计院合作下,按规定的工期,高质量地完成了该专项测量工程中的首期任务。

在该工程中开展了QC小组活动,QC小组的活动成果除已获得了上海市勘测协会、电力部电力 勘测设计一等奖外,还作为电力部推荐成果荣获全国优秀质量管理奖;结合工程实践写成的 差分GPS应用于水域测量的专题论文荣获电力勘测系统优秀论文一等奖。

2 工程施测面临的问题

由于工程测区在环境、地形、气候等方面的特殊条件及首期工程工期的急迫性,决定了该 项工程在实施过程中会面临着众多需要解决的问题:

a施测方法的优化设计和设备的选择

从测区的环境与形状条件来看,垂直岸线纵深有6km,采用常规的断面桩法、经纬仪交会法 等作业方式,显然是无法实现平面定位的目的(常规作业方式施测距离无法达到6km) ,加之常规作业中海浪的作用使小船无法稳定。因此,唯有采用最新的高精度、全自动化的SY-118实时差分GPS水域测量系统,才能进行海 域测量任务的施测工作。即使这样,由于是进行大面积的海域测量,其中仍存在着几个技术 环节需要予以解决,如:核电厂址核电独立坐标与国家或地方坐标系统的协调统一问题;SY-118差分GPS水域测量系统的数据采集功能如何与电子平板自动绘图系统SVCAD实现对接。 

b海水养殖区及暗礁区处理

由于海水养殖与暗礁区的存在,给我们测区测线的设计工作制造了障碍,因为这些区域大部 分处于较重要的地段,测图工作是绝对无法缺省、回避的,因此需要谨慎地设计、施测。

c潮间带资料接口

海水的潮位达到30m落差,使得近岸区域水、陆域界线划分难以确定。由于无论水位高低 ,水域测量均采取测到水边线为止的原则,因此需要对水陆域结合部的测量资料进行特殊的 对接处理,防止数据缺失。

d潮位改正

此次工程测量,高程的获取是通过水深与潮位高的合成来实现的。因此,如何有效地获取到 标准的潮位数据是保证高程数据正确性的关键环节。

e工期策划

按照常规作业方法计算工日,首期1∶1000、1∶2000两种比例尺的水域地形图的施测工作需 要三个月才能完成,而今却要在气候恶劣、无法连续全天候作业的条件下,在一个月内施测 完成浪大、流急、暗礁密布的30km2的海域测量任务。因此,在工程中需要缜密的优化设 计、组织管理,以期实现有效的工期策划。

3 问题的技术对策

31 采用先进设备和全新的施测方法

该项工程投入了先进的SY-118差分GPS水域测量设备系统。该系统利用GPS的实时差分功能, 实现自动确定并获取平面点位与高程数据,充分发挥计算机的效能,实现导航、测线预置的 自动化。该系统前期准备(座标系统的转化、采点与绘图的统一)须提前完成。

a确定主厂址的中心为座标系的零点,按照设计图纸模式,确定核电座标系与国家或地方 座 标系的转换关系,SY-118差分GPS水域测量系统内部需能识别所定义的转换参数。当SY-118 系统配置纳入核电独立座标系统后,该系统就会实时确定、显示点位在核电独立座标系中的 座标,达到实时定位、测深的双重目的。

b处理好SY-118差分GPS水域测量系统与SVCAD电子平板成图系统的数据接口。SY-118差分G PS水测量系统具备的只是点位三维数据的获取功能。而该系统的数据格式却无法令SVCAD自 动绘图系统予以确认。因此,为使SY-118与SVCAD的数据有效对接,技术人员及仪器供应商 共同编制完成了一套潮位修正及格式转换软件-TIDE。该软件的功能项目之一就是把SY-118 系统的数据格式转换成为SVCAD系统确认的格式,实现采点→计算→成图一系列过程的完全 自动化。

32 制定海水养殖与暗礁区的合理施测方案

针对测区内暗礁区面积大、海水养殖分布广,为保证工程测量的成图质量,经过仔细研究, 在暗礁区施测中,采取“大潮期施测、小船只入礁”的原则,利用小船在大潮期首先施测近 岸礁石区,然后施测深海区,交叉进行,保证作业的连续性。对于大范围的海水养殖区,采用“先圈后点”的方法,首先快速施测养殖区的周边点,然后 在晴朗天气、无风浪的时段利用小船进入养殖区,穿插施测点位,有效保证点位的密度,达 到设计的要求。

33 水、陆域结合部重叠施测的处理

水域测区岸线长、水位落差大,为保证海陆域结合部的测图精度与质量,采取了“海域测到 高潮位、陆域测到低潮位”的原则,对结合部进行重叠施测,做到一方面进行水、陆域测图 工作的互校;另一方面避免结合部位产生点位缺失。

34 优化测线设计和施测方法

1∶1000与1∶2000两种比例尺水域地形图测区中,1∶1000测区包含于1∶2000测区之中,约 占其3/5。1∶2000测区的范围是30km2。如果分别施测1∶1000与1∶2000地形图,则施 测的范围相当于50km2以上。虽采用先进的自动化仪器设备,依然是很难在规定的期限内 完成任务,同时测区重复测量也不够合理。因此,我们从优化设计测线与施测方式两方面入 手,采取最合理的测线设计原则与施测方式,从而达到了缩短工期的目标。按照规定,比例尺为1∶1000的地形图测线间隔为30m,而1∶2000测线间隔是60m。为了实现 两种比例尺地形图同时施测,采取了间隔施测法。首先以60m间隔施测到1∶2000测线,然后 插测边界截止于1∶1000测区边界的测线。测线设计过程中规定了数据记录方式(时间距离)、记录间隔等,贮存于系统配置文件CFG中 ,并在运行过程中通过计算机进行修订。例如,1∶1000地形图点间隔是20m,而1∶2000则 是40m。因此,施测1∶2000测线时,其作为插测线的一部分,我们手动调节记录间隔为20m 一点,保证其既满足1∶1000地形图的需要,又满足1∶2000地形图的需求,同时可以 初步起到校核作用。

35 潮位数据的有效获取与修正

由于潮位变化、设备精度等原因,需对差分GPS直接施测平面点位水深数据进行潮位修正, 我们采用RTD技术,利用SY-118差分GPS水域测量系统,采集三维点位座标(平面和水深),再用较精确观测的潮位高来求知水底高程。

于是,我们预先编制了潮位修正软件-TIDE,软件包含了以下两种功能:

(1)采用二次样条法对潮位数据进行内插,拟合出微小时间段内的潮位变化趋势。

(2)据点位水深与相应潮位高求算水底点位高程

为保证观测到的潮位数据能够有效地反映出潮位的变化趋势,采取了变间隔施测法,即在潮 位变化大的时段内,缩小观测间隔,而在潮位变化小的时间段内,则略微放宽限度,同时利 用TIDE软件对其进行距离、时间内插,从而有效的保证了数据的精确度。

36 成果图纸的编排与CAD成图

海阳核电工程水域测区面积共30km2,需提供的两种比例尺的地形图共170幅。这样大面积 的 水域测区的

复合土工膜是在薄膜的一侧或两侧经过烘箱远红外加热,把土工布和土工膜经导辊压到一起形成复合土工膜。随着生产工艺的提高,还有一种流延法做复合土工膜的工艺。其形式有一布一膜、二布一膜、两膜一布等。土工布作为土工膜的保护层,使保护防渗层不受损坏。为减少紫外线照射,增加抗老化性能,最好采用埋入法铺设。施工中,首先要用料径较小的砂土或粘土找平基面,然后再铺设土工膜。土工膜不要绷得太紧,两端埋入土体部分呈波纹状,最后在所铺的土工膜上用细砂或粘土铺一层10cm左右过渡层。砌上20-30cm块石(或砼预制块)作防冲保护层。施工时,应尽力避免石块直接砸在土工膜上,最好是边铺膜边进行保护层的施工。复合土工膜与周边结构物连接应采用膨胀螺栓和钢板压条锚固,连接部位要涂刷乳化沥青(厚2mm)粘接,以防该处发生渗漏。

规划、图幅接边、整饰工作量是相当大的,由于我们采用了自动化成图系统,利 用SVCAD系统的自动规划图幅功能,在施测之前首先将全面积的区域按照400×500的图幅分 割开来,这样整个区域的施测结果就可以分别裁入各图幅。利用SVCAD系统进行等高线的勾制,地性线的形成等一系列工作。该系统形成的等高线具有 计算精确、美观、平滑的特点,形成的等高线能很好地反映水底的变化趋势。SVCAD系统的绘图工作结束后,利用SVCAD的图形转换功能,将图形转换成AUTOCAD图形,通 过AUTOCAD系统进行图纸的边框修饰,内容注记、打印,最终使SY-118差分GPS水域测量系统 所获得的数据以等高线的方式完美直观地表现在工程图纸上。

4 结束语

核电厂附近海域水下地形图测量是一项重要的基础性工作。它为水工、围堤等构筑物(其中 有部分与核安全有关)设计提供依据。同时又是将来水工数、物模型试验的输入参数。因此 ,测量成果必须满足工程设计所要求的精度和质量。

工程中,我们获得了成功。总结起来,有以下两条经验可供参考:

(1)必须采用先进的、高效的差分GPS水域测量设备及一整套的配套软件。具有优良性能的软 、硬件系统,是实施核电工程项目水下地形测量的硬件基础。

(2)针对测区环境条件特征,制定切实可行、技术有效的技术方案和技术措施是使工程测量 能顺利实施及成果质量的重要保证。

参考文献

[1]刘基余、李征航、李洪涛等《全球定位系统原理及其应用》

[2]王广运、郭秉义、李洪涛等《差分GPS应用》


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