Luận Văn: Ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh (GPS) trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi thủy điện

Đất nước ta với hơn 500 công trình thủy điện lớn nhỏ đã được xây dựng và đưa vào sử dụng. Đây là nguồn cung cấp điện năng chủ yếu cho của nước ta. Do vậy, việc xây dựng các công trình thủy điện phải theo một quy trình nghiêm ngặt, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật khắt khe, độ chính xác cao. Việc xây dựng đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao thì việc theo dõi, quản lý và sử dụng các công trình thủy điện cũng có yêu cầu khắt khe không kém. Đã có nhiều trường hợp vỡ đập thủy điện trên thế giới đã làm cho hàng nghìn người chết và thiệt hại nặng nề về cơ sở vật chất. Do vậy việc theo dõi, quan trắc độ biến dạng của công trình thủy điện là rất cần thiết và phải được thực hiện 1 cách hệ thống, thường xuyên. Công nghệ định vị vệ tinh đã quá quen thuộc trong đời sống chúng ta từ 5 năm trở lại đây, đặc biệt công nghệ định vị vệ tinh đã được ứng dụng rất rộng rãi trong sản xuất trắc địa – địa hình. Đây là công nghệ đo đạc tiên tiến, thuận lợi cho công tác xây dựng các mạng lưới khống chế trắc địa. Ở các nước phát triển như Mỹ, Nga, Balan, Trung Quốc… đã có rất nhiều công trình nghiên cứu được công bố về sử dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình. Tuy nhiên ở nước ta việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi, thủy điện vẫn chưa được đề cập thỏa đáng trong các nghiên cứu khoa học cũng như trong thực tế sản xuất. Vì vậy tôi chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện” nhằm khảo sát tính thực tiễn của việc ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi, thủy điện. Và giúp nâng cao hiệu quả việc quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi, thủy điện.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các sốliệu và kết quả trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong bất

cứ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm

Tác giả luận văn

xxxxxxxxxxxx

ĐẦU 8Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC

CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY

ĐIỆN

12

1.1 Đặc điểm kết cấu và yêu cầu quan trắc chuyển dịch ngang

điện

12

1.2 Đánh giá thực trạng công tác quan trắc chuyển dịch ngang

công trình thủy lợi – thủy điện ở Việt Nam và trên thế

giới

22

1.3 Hệ thống định vị vệ tinh và khả năng ứng dụng để quan trắc

25

Chương 2 KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ

TINH TRONG THÀNH LẬP LƯỚI QUAN TRẮC CHUYỂN

DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY

ĐIỆN

37

2.1 Thiết kế lưới trắc địa mặt bằng trong quan trắc chuyển dịch

điện

37

2.2 Khảo sát phương pháp thành lập lưới định vị vệ tinh cho

mục đích quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy

2.4 Đặc điểm ước tính độ chính xác lưới định vị vệ tinh cạnh

ngắn và lưới kết hợp trị đo mặt đất và trị đo định vị vệ

tinh

50

2.5 Phân tích, so sánh việc thành lập lưới quan trắc chuyển dịch

ngang theo các phương pháp khác nhau tại công trình thủy điện

Hòa

bình

57

Chương 3 YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ CÔNG TÁC ĐO ĐẠC,

XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG

61

3.4 Nghiên cứu thuật toán và quy trình xử lý số liệu quan trắc

chuyển dịch ngang bằng công nghệ định vị vệ

Chương 4 THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN XỬ LÝ LƯỚI ĐỊNH

VỊ VỆ TINH TRÊN CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN HÒA

KẾT LUẬN VÀ KIẾN

NGHỊ 97

KHẢO 99PHỤ

LỤC 101

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG Bản

Tran g

1.1 Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang công trình 201.2 Một số thông số kỹ thuật của hệ thống định vị vệ tinh 261.3 Thông điệp dẫn đường của các hệ thống định vị vệ tinh 27

2.2 Ước tính độ chính xác lưới quan trắc thủy điện Hòa bình 603.1 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo đạc định vị vệ tinh các cấp 633.2 Yêu cầu về thời gian tối thiểu của các ca đo 634.1 Nhiệm vụ kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang công trình

4.3 Tọa độ chu kỳ 1 và tọa độ chu kỳ đang xét 944.4 Độ lệch tọa độ và tọa độ các điểm trong hệ tọa độ mới 94

4.6 Tọa độ các điểm trong hệ mới và độ dịch chuyển của các

4.7 Tọa độ các điểm trong hệ mới và độ dịch chuyển của các

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hìn

Tran g

1.3 Đường ống áp lực vào nhà máy thủy điện Nậm chanh 16

1.4 Biểu đồ tương quan giữa thời gian ca đo và sai số cạnh

2.1 Đồ hình liên kết các điểm đo định vị vệ tinh 452.2 Sơ đồ quy trình xây dựng lưới định vị vệ tinh – mặt đất 492.3 Sơ đồ lưới quan trắc công trình thủy điện Hòa bình 59

3.2 Giao diện module nhập dữ liệu và xử lý cạnh 693.3 Giao diện module cài đặt hệ tọa độ và Geoid 70

3.5 Trang Hyper page trình bày kết quả bình sai 71

3.8 Sơ đồ tính toán phân tích độ ổn định mốc cơ sở 80

4.2 Lưới khống chế cơ sở thủy điện Hòa bình 914.3 Sơ đồ lưới cơ sở khi bình sai fix 1 điểm gốc (điểm T16) 93

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta với hơn 500 công trình thủy điện lớn nhỏ đã được xâydựng và đưa vào sử dụng Đây là nguồn cung cấp điện năng chủ yếu cho củanước ta Do vậy, việc xây dựng các công trình thủy điện phải theo một quytrình nghiêm ngặt, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật khắt khe, độ chính xác cao Việcxây dựng đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao thì việc theo dõi, quản lý và sử dụngcác công trình thủy điện cũng có yêu cầu khắt khe không kém

Đã có nhiều trường hợp vỡ đập thủy điện trên thế giới đã làm cho hàngnghìn người chết và thiệt hại nặng nề về cơ sở vật chất Do vậy việc theo dõi,quan trắc độ biến dạng của công trình thủy điện là rất cần thiết và phải đượcthực hiện 1 cách hệ thống, thường xuyên

Công nghệ định vị vệ tinh đã quá quen thuộc trong đời sống chúng ta từ

5 năm trở lại đây, đặc biệt công nghệ định vị vệ tinh đã được ứng dụng rấtrộng rãi trong sản xuất trắc địa – địa hình Đây là công nghệ đo đạc tiên tiến,thuận lợi cho công tác xây dựng các mạng lưới khống chế trắc địa

Ở các nước phát triển như Mỹ, Nga, Balan, Trung Quốc… đã có rấtnhiều công trình nghiên cứu được công bố về sử dụng công nghệ định vị vệtinh trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình Tuy nhiên ở nước taviệc nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyểndịch ngang công trình thủy lợi, thủy điện vẫn chưa được đề cập thỏa đángtrong các nghiên cứu khoa học cũng như trong thực tế sản xuất Vì vậy tôi

chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch

ngang công trình thủy lợi – thủy điện” nhằm khảo sát tính thực tiễn của việc

ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công

trình thủy lợi, thủy điện Và giúp nâng cao hiệu quả việc quan trắc chuyểndịch ngang công trình thủy lợi, thủy điện.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng và điều kiện ứng dụng công nghệ định vị vệ tinhtrong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi thủy điện

Xác định các biện pháp xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang côngtrình bằng công nghệ định vị vệ tinh

3 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh cho mục đích thành lập hệthống lưới mặt bằng quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi, thủyđiện

Nghiên cứu xây dựng thuật toán và quy trình xử lý số liệu quan trắcchuyển dịch ngang công trình thủy lợi, thủy điện bằng công nghệ định vị vệtinh

Khảo sát thành lập hệ thống lưới quan trắc chuyển dịch ngang côngtrình trên mô hình thực nghiệm

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin, tài liệuliên quan

Phương pháp phân tích: Sử dụng các công cụ đánh giá, phân tích logiccác tư liệu, đánh giá khách quan các yếu tố để đưa ra kết luận chính xác làm

cơ sở giải quyết các vấn đề đặt ra

Phương pháp chuyên gia: thu thập, tổng hợp và phân tích các ý kiếncủa chuyên gia làm cơ sở để đưa ra kết luận khoa học

Phương pháp thực nghiệm: tiến hành các thực nghiệm trên thực địa đểkhẳng định tính đúng đắn của các vấn đề nghiên cứu lý thuyết.

Phương pháp so sánh: Đối chiếu với các kết quả nghiên cứu khác vàcác nội dung liên quan để so sánh, đánh giá, đưa ra giải pháp phù hợp

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn

Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển, hoàn thiện và khẳng định khảnăng ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngangcông trình thủy lợi – thủy điện

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thực

tế sản xuất giúp giảm thiểu thời gian thi công, nhân lực và tiết kiệm về mặtkinh tế, mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được chia thành 3 phần:

a, Phần mở đầu:

Trình bày tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu, phương pháp và phạm vinghiên cứu Phần này cũng trình bày ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tàicùng cấu trúc luận văn

- Thực nghiệm ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắcchuyển dịch ngang trên mô hình thực nghiệm.

c, Phần Kết luận và Kiến nghị:

Đưa ra những kết luận và kiến nghị của đề tài nghiên cứu

7 Lời cảm ơn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới gia đình; tới các Thầy,

Cô trong khoa Trắc địa Trường Đại học Mỏ - Địa Chất cùng các đồng nghiệp,bạn bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập tại trường và trong khoảng thờigian tôi làm luận văn tốt nghiệp này

Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới xxxxxxxxxxxxx, đã trực tiếphướng dẫn, chỉ bảo tận tình, giúp đỡ tôi có những định hướng, nhận thức đúngđắn để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN

1.1 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ YÊU CẦU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCHNGANG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN

1.1.1 Đặc điểm kết cấu của các công trình thủy lợi – thủy điện

Các công trình thủy lợi nói chung và công trình thủy điện nói riêng làloại công trình làm việc trong môi trường nước, chịu tác động của các loại lực

do nước gây nên như lực thủy tĩnh, thủy động, áp lực cột sóng, áp lực thấm.Ngoài ra nó còn chịu tác động của các loại lực khác như áp lực gió, áp lựcđất, áp lực do động đá, áp lực do bùn cát

Các công trình này được xây dựng với mục đích sử dụng tài nguyênnước cho các mục đích như: cung cấp điện năng, điều tiết nước, dự trữ nước

và xả lũ cho vùng thượng lưu và hạ lưu, điều hòa khí hậu cho một khu vựclãnh thổ Tuy nhiên việc xây dựng các công trình thủy điện trên các sông gây

ra thay đổi quy luật dòng chảy, biến đổi lớn đến môi trường, thực vật và hệsinh thái của khu vực Do vậy khi xây dựng các công trình thủy điện, khôngchỉ trong giai đoạn thi công mà khi đã đưa vào sử dụng cũng phải phối hợpgiám sát một cách chặt chẽ để tránh trường hợp tiêu cực xảy ra

Các công trình thủy lợi nói chung và công trình thủy điện nói riêng về

cơ bản có các hạng mục chính như sau:

 Hồ chứa nước;

 Các công trình chính;

 Các công trình phụ trợ

1.1.2 Các hạng mục chính của công trình thủy lợi – thủy điện

1.1.2.1 Hồ chứa nước

Hồ chứa nước là nơi được thiết kế để chứa nước phục vụ các công tácnhư: phát điện hoặc điều tiết nước; nó được hình thành do việc ngăn sông đắpđập tạo nên Các thông số của hồ chứa bao gồm: diện tích lưu vực, dung tích

hồ, mức nước dâng bình thường, mức nước chết, mức nước gia cường Hồchứa nước gây ngập, ảnh hưởng đến môi trường của khu vực và an toàn củavùng hạ lưu, vì vậy các cơ quan thiết kế phải đưa ra nhiều phương án mứcnước dâng khác nhau để so sánh, lựa chọn với nhau nhằm giảm thiểu ảnhhưởng tiêu cực của hồ chứa nước tới môi trường và đảm bảo an toàn cho vùng

hạ lưu Khi thiết kế hồ phải giải quyết những nhiệm vụ cơ bản sau:

- Xác định biên giới ngập nước của hồ chứa ứng với độ cao mực nước

thiết kế Xác định biên giới lòng hồ và thể tích hồ chứa, tính toán tổn thấtngập lụt

- Đề xuất bản thiết kế phòng ngập cho các thành phố, các điểm dân cư,

xí nghiệp công nghiệp, những vùng đất canh tác có giá trị và bản thiết kế cáccông tác gia cố bờ hồ

Hình 1.1: Hồ chứa nước

1.1.2.2 Các công trình chính

Đây là hạng mục quan trọng nhất của nhà máy thủy điện, đòi hỏi cao về

kỹ thuật cũng như tính kinh tế Công trình chính gồm tổ hợp các hạng mụcquan trọng sau:

a, Cụm công trình đầu mối gồm đập dâng tạo hồ và đập tràn

* Đập dâng tạo hồ

Đập dâng gồm nhiều loại được thiết kế có kết cấu khác nhau tùy theotừng điều kiện cụ thể của công trình, các kết cấu của đập thông dụng hiện naynhư sau:

+ Đập đất: Vật liệu đắp đập là đất (sét, á sét, cát, á cát, cuội sỏi) Đập

đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng thi công cơ giới hóa cao và rẻtiền, được ứng dụng rộng rãi nhất Khi xây dựng loại đập này cần chú ý cácđiều kiện làm việc của đập đất:

- Phía thượng lưu của đập là hồ chứa chịu tác động mạnh của áp lực

nước, hơn nữa còn có sóng tác động, sẽ làm hư hỏng mái dốc thượng lưu

- Nước thấm qua thân đập làm mất ổn định thân đập và xói ngầm hạ

lưu, từ đó phải lựa chọn mặt cắt đập một cách hợp lý Nếu hạ lưu có nước cònxuất hiện áp lực đẩy nổi góp phần làm mất ổn định của đập

+ Đập đất đá: là một loại đập được cấu tạo bằng đá mà không cần chất

kết dính, là một trong những loại công trình dâng nước kinh tế nhất khi xâydựng ở những vùng có sẵn đá, giao thông không thuận lợi

+ Đập bê tông: Bao gồm đập bê tông đầm lăn và đập bê tông bản mặt,

đập bê tông trọng lực Trong đó đập bê tông trọng lực là loại đập mà sự ổnđịnh chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của nó Ưu điểm của đập bê tôngtrọng lực là có tính bền vững lớn, có thể sử dụng kết hợp với đập tràn và nhà

máy thủy điện Nhược điểm của đập bê tông trọng lực là chỉ sử dụng được khi

có đủ cốt liệu chế tạo bằng bê tông, đòi hỏi nhiều nguyên vật liệu, yêu cầu vềnền móng cao Hiện nay trong xây dựng đập bê tông trọng lực người ta đã sửdụng loại bê tông RCC vừa có hiệu quả kinh tế cao, vừa đẩy nhanh tiến độ thicông

Hình 1.2: Đập dâng và đập tràn thủy điện

b, Nhà máy

Về kiểu nhà máy thủy điện, thông thường có hai loại nhà máy thủy điện

đó là kiểu nhà máy thủy điện sau đập, nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn (có

áp và không áp)

c, Các công trình tuyến năng lượng

Kênh dẫn, đường hầm dẫn nước, tuyến áp lực…được gọi chung là cáccông trình tuyến năng lượng

Các công trình này dẫn nước từ hồ chứa đến nhà máy, kết cấu của hệthống công trình tuyến năng lượng thường được thi công bằng bê tông, riêngtuyến áp lực kết cấu là thép và được bao bọc bằng bê tông Các công trình nàykhó thiết kế, khó thi công nhất và phải sử dụng các thiết bị thi công đắt tiền.Các thiết bị như ống thép chịu lực cao, các tổ máy phát điện hiện nay phảinhập của các hãng chế tạo nước ngoài

Hình 1.3: Đường ống áp lực vào nhà máy thủy điện Nậm Chanh

1.1.2.3 Các công trình phụ trợ

Hạng mục này gồm có hai nhóm công trình chủ yếu sau:

- Các công trình phục vụ cho thi công và vận hành như: hệ thống điện,

hệ thống nước, nhà xưởng, kho vật tư thiết bị, bãi để chuyển nguyên vật liệucùng các công trình khác như giao thông, thông tin liên lạc

- Các công trình phục vụ cho làm việc và sinh hoạt của cán bộ công

nhân viên như: nhà quản lý vận hành, văn phòng, nhà ở và nhà văn hóa

1.1.3 Yêu cầu quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện

1.1.3.1 Mục đích và đối tượng quan trắc

a, Mục đích quan trắc:

Quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi - thủy điện là để xácđịnh mức độ chuyển dịch ngang của các công trình đầu mối (các đập thủyđiện, tuyến năng lượng, nhà máy,…), nghiên cứu tìm ra nguyên nhân và theodõi mức độ chuyển dịch và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng tai biến đối vớicác công trình thủy điện Cụ thể là:

- Xác định giá trị chuyển dịch ngang để đánh giá mức độ ổn định của

công trình Xác định xem mức độ chuyển dịch ngang có ảnh hưởng đến quátrình vận hành công trình không, từ đó có biện pháp điều tiết, khai thác côngtrình một cách hợp lý

- Kiểm tra việc tính toán thiết kế công trình, nghiên cứu quy luật

chuyển dịch ngang trong những điều kiện, giai đoạn khác nhau và dự đoánchuyển dịch ngang của công trình trong tương lai

b, Đối tượng quan trắc:

Công trình thủy lợi – thủy điện có rất nhiều hạng mục khác nhau nhưngchủ yếu cần tập trung theo dõi những hạng mục chính, quan trọng, ảnh hưởnglớn tới việc vận hành của nhà máy cũng như sự an toàn của phía hạ lưu Dovậy thông thường chỉ quan trắc chủ yếu các hạng mục như: Nhà máy, đậpdâng, đập tràn

Quan trắc chuyển dịch ngang đập dâng, đập tràn với các tiêu chuẩn kỹthuật được đơn vị thiết kế đưa ra trong bản thiết kế kỹ thuật của công trình Sốlượng mốc quan trắc do đơn vị thiết kế yêu cầu Các mốc này được bố trí trêncác tuyến cơ về phía hạ lưu đập chính và trên đỉnh đập tràn tạo thành các mặtcắt theo quy định của đơn vị thiết kế

1.1.3.2 Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc

1, Yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắc:

Yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắc chuyển dịch ngang là độchính xác cần thiết xác định sự dịch chuyển công trình của các chu kỳ quantrắc Chỉ tiêu độ chính xác này được xác định dựa vào các chỉ tiêu cơ lý củanền móng công trình, đặc điểm kết cấu công trình Đối với các tuyến đập củacác công trình thủy điện thì độ chính xác quan trắc được nêu ra trong thiết kế

kỹ thuật công trình

Có hai cách xác định yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắcchuyển dịch ngang công trình là:

- Dựa theo yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắc từng hạng mục

công trình trong đồ án thiết kế kỹ thuật;

- Dựa theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn hiện hành của các Bộ, Ngành

a, Dựa vào giá trị chuyển dịch dự báo

Yêu cầu độ chính xác được xác định theo công thức [5]:

m q= q

Trong đó:

q

m : Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ở thời điểm ti ;

q : Giá trị chuyển dịch dự báo giữa hai chu kỳ quan trắc;

l : Hệ số đặc trưng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc chuyển dịch.Đối với công tác quan trắc chuyển dịch, thường lấy P=0.997 (tươngđương với l=3 ) và khi đó công thức tính độ chính xác của quan trắc chuyểndịch là:

b, Dựa vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết cấu của từng loại công trình cụ thể

Yêu cầu này có thể được nêu ra trong đồ án thiết kế kỹ thuật hoặc theotiêu chuẩn, quy chuẩn của các cơ quan Nhà nước Yêu cầu độ chính xác quantrắc của các công trình thường được đưa ra như bảng (1.1) [8, 10]

Bảng 1.1: Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang công trình

SSTP xác định chuyển dịch (mm)

1 Công trình xây dựng trên nền đá gốc và nửa đá gốc ± 1

2 Công trình xây dựng trên nền đất cát, đất sét và các

4 Công trình xây trên nền đất đắp, đất bùn chịu nén

đo được nêu ra trong phương án kỹ thuật quan trắc biến dạng của từng côngtrình cụ thể

Thời gian giữa các chu kỳ quan trắc tại các thời điểm khác nhau cũngkhác nhau, thông thường giai đoạn thi công công trình thì thời gian quan trắcgiữa hai chu kỳ sẽ ngắn hơn trong giai đoạn quản lý, sử dụng và vận hànhcông trình Thời gian quan trắc giữa hai chu kỳ thường được xác định dựa vàocác tiêu chuẩn, quy chuẩn, theo các công trình tương tự đã được xây dựng vàđưa vào sử dụng hoặc theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn đã được áp dụng trênthế giới

Việc lựa chọn khoảng thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc là rất quantrọng, vừa phải đảm bảo sao cho số liệu quan trắc thể hiện được thực chất quá

trình chuyển dịch của đối tượng quan trắc vừa phải đảm bảo được hiệu quảkinh tế, không gây ra sự lãng phí không cần thiết.

Có thể phân chia quá trình quan trắc chuyển dịch biến dạng công trìnhlàm ba giai đoạn:

- Giai đoạn thi công.

- Giai đoạn đầu của quá trình vận hành, sử dụng.

- Giai đoạn công trình đi vào ổn định.

Trong mỗi giai đoạn khác nhau, thời gian giữa hai chu kỳ quan trắccũng khác nhau Đặc biệt đối với các công trình thủy điện thì theo Quy định

về công tác quan trắc biến dạng các công trình thủy điện của Liên Xô, tiếnhành đo 2÷6 chu kỳ trong một năm Tham khảo công tác quan trắc một sốcông trình thủy điện lớn như Hòa Bình, YaLy, Tuyên Quang, Sông Ba Hạ, SêSan 4… đã được thực hiện thì thời gian quan trắc giữa các chu kỳ được thựchiện như sau:

- Giai đoạn thi công: Trung bình 6 tháng quan trắc một chu kỳ Chu kỳ

“0” được quan trắc vào thời điểm chuẩn bị tiến hành tích nước hồ chứa(Tuyến đập đang ở trạng thái tải trọng tự thân nó, chưa chịu áp lực nước của

hồ chứa) Chu kỳ “1” được tiến hành khi mực nước hồ chứa đạt mức nướcdâng bình thường theo thiết kế Ngoài ra công tác quan trắc còn phải đượcthực hiện tại những thời điểm nhất định như khi mực nước hồ chứa đón lũ đầutiên sau giai đoạn tích nước

- Giai đoạn quản lý vận hành: Trung bình từ 6 tháng đến một năm thực

hiện quan trắc một chu kỳ Thời điểm quan trắc còn thực hiện khi xảy ra điềukiện bất thường như công trình vừa chịu những trận lũ lớn, lũ lịch sử thì cầnphải tiến hành quan trắc để đánh giá ngay trạng thái công trình

- Giai đoạn công trình đi vào ổn định: Trung bình cứ 2 năm tiến hành

quan trắc một chu kỳ, trừ những trường hợp đặc biệt như đã nêu ở trên

Nếu như sự chuyển dịch ngang của các điểm quan trắc có tốc độ biếndạng nhỏ hơn 2 mm/năm thì có thể xem xét ngừng việc quan trắc công trình[5]

1.2 ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG CÔNG TÁC QUAN TRẮC CHUYỂNDỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp trắc địa cũng có rấtnhiều phương pháp khác nhau: phương pháp truyền thống (sử dụng máy kinh

vĩ, toàn đạc điện tử ) hoặc phương pháp hiện đại như sử dụng hệ thống định

vị vệ tinh

Hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mớitrong công tác quan trắc chuyển dịch ngang, cụ thể là nghiên cứu ứng dụngcông nghệ định vị vệ tinh vào công tác chuyển dịch ngang.

* Về lý thuyết: Chủ yếu nghiên cứu về phương pháp, quy trình phân

tích, đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịch ngang

- Về phương pháp: tập trung nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa thiết kế lướiquan trắc với hàm mục tiêu là giảm thời gian ngoại nghiệp hoặc nâng cao độchính xác đo đạc;

- Về quy trình phân tích, đánh giá kết quả quan trắc chuyển dịchngang: tập trung nghiên cứu về phương pháp xác định, đánh giá độ ổn địnhcủa các điểm mốc cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang, phân tích và đánhgiá kết quả trong không gian 3 chiều, dựa vào kết quả quan trắc đưa ra nhậnxét về các nhân tố tác động đến biến dạng của công trình, dự báo biến dạngcông trình trong tương lai

* Về tình hình thực hiện: hiện nay, trên thế giới hầu hết các công trình

thủy điện lớn của mỗi quốc gia đều được quan trắc chuyển dịch ngang với cácthiết bị đo đạc hiện đại và tối tân nhất, trong đó cũng có nhiều công trình đãứng dụng công nghệ định vị vệ tinh để quan trắc chuyển dịch ngang Để làmđược như thế là do các nước có năng lực sản xuất thiết bị định vị vệ tinh hiệnđại, trên lãnh thổ đất nước có nhiều trạm tham chiếu (Trạm CORS)

1.2.2 Thực trạng công tác quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện ở Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay chủ yếu vẫn thực hiện quan trắc chuyển dịchngang công trình thủy lợi – thủy điện bằng phương pháp truyền thống (sửdụng lưới mặt đất với máy toàn đạc điện tử) đối với vấn đề quan trắc bằng hệ

thống định vị vệ tinh mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệmtrên mô hình, cũng có một số thử nghiệm trên các công trình thực tế.

* Về lý thuyết: Chủ yếu nghiên cứu về phương pháp nâng cao độ chính

xác đo đạc; phương pháp xử lý số liệu đo đạc bằng công nghệ định vị vệ tinh,phương pháp đánh giá độ ổn định mốc cơ sở trong lưới thành lập bằng côngnghệ định vị vệ tinh

Về tình hình thực hiện: Trên thực tế, ở nước ta do hạn chế về năng lực

sản xuất thiết bị đo đạc chính xác cao, nên chủ yếu sử dụng các thiết bị côngnghệ hiện đại nhập khẩu, chưa có điều kiện chế tạo các thiết bị đo chuyêndùng cho công tác quan trắc chuyển dịch ngang các công trình Tại các côngtrình thủy điện lớn ở nước ta vẫn thực hiện quan trắc theo chu kỳ và các thiết

bị truyền thống, chưa có công trình nào thực hiện theo phương pháp quan trắc

tự động Vấn đề thiết kế tối ưu công tác quan trắc và đo đạc ngoại nghiệpbước đầu đã được nghiên cứu lý thuyết, tuy nhiên phần ứng dụng ở thực tếcòn có một số hạn chế Vấn đề xử lý số liệu quan trắc hiện nay vẫn còn phải

sử dụng phần mềm xử lý số liệu của nước ngoài, chưa có khả năng viết phầnmềm xử lý số liệu cho riêng nước ta đồng thời cũng chưa có phần mềmchuyên về xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang công trình bằng côngnghệ định vị vệ tinh

1.3 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VỆ TINH VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐỂQUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH

1.3.1 Tổng quan về hệ thống định vị vệ tinh

Hệ thống định vị vệ tinh là một hoặc nhiều khối bao gồm nhiều vệ tinhđược phóng lên không gian theo các quỹ đạo được tính toán trước nhằm phục

vụ nhiều mục đích khác nhau trong cuộc sống Hiện nay trên thế giới có 4 hệthống định vị vệ tinh chủ yếu, đó là: hệ thống NAVSTAR – GPS của Mỹ, hệthống GLONASS của Nga, hệ thống Galileo của cộng đồng Châu Âu và hệthống Bắc đẩu của Trung Quốc

Nhìn chung các hệ thống định vị vệ tinh đều có cấu trúc chung, baogồm 3 thành phần (hay còn gọi là 3 đoạn):

- Đoạn không gian: bao gồm các vệ tinh bay trên các quỹ đạo đã đượctính toán trước

- Đoạn điều khiển: Đoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt độngcủa toàn bộ hệ thống định vị vệ tinh Đoạn này gồm một trạm điều khiểntrung tâm (Master Control Station) và một số trạm theo dõi đặt tại những vị tríkhác nhau trên mặt đất Vai trò của đoạn điều khiển là rất quan trọng vì nókhông chỉ theo dõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật chính xác các thôngtin đạo hàng, đảm bảo độ chính xác cho công tác định vị

- Đoạn sử dụng: bao gồm tất cả máy móc, thiết bị để thu tín hiệu vệtinh phục vụ cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng nhưdẫn đường trên biển, trên bầu trời, trên đất liền và cho công tác Trắc địa

Bảng 1.2: Một số thông số kỹ thuật của các hệ thống định vị vệ tinh

Số vệ tinh 24 (3 vệ tinh dự

L2: 1227.60MHz

L5: 1176.45MHz

G1:

1602+Kx0.5625MHzG2:

1246+Kx0.5625MHzK= -7 ~ 24

G2=G1x7/9

E1: 1589.742 MHz

E2: 1561.098 MHz

E5: 1202.025 MHz

E6: 1278.750 MHz

C1:

5019.860MHzTốc độ mã

số

(C/A; L1; P/

L1; L2)

1.023 Mcps10.23 Mcps

0.511 Mcps5.11 Mcps

E1, E2: 2.046 Mcps

E5: 10.23/1.023 Mcps

E6: 20.46 McpsThời gian

chuẩn

UTC (USNO) (United States Naval

Observatory)

Sai số chủ

Bảng 1.3: Thông điệp dẫn đường của các hệ thống định vị vệ tinh

BPSK: 50 bps

QBSKE1, E2,C:300 bps

E5: 330 bpsE6: 2500 bps

Nhìn chung, để định vị điểm đơn thì điều kiện cần là ít nhất phải quantrắc đồng thời 4 vệ tinh trong ít nhất là 3 thời điểm và quan trắc tiếp 3 thờiđiểm nữa với 2 vệ tinh khác [1] Độ chính xác của định vị tuyệt đối phụ thuộcvào nhiều nguồn sai số, trong đó ảnh hưởng của sai số quỹ đạo vệ tinh gầnnhư trọn vẹn đến kết quả định vị Do nhiều nguồn sai số ảnh hưởng đến kếtquả định vị tuyệt đối, do đó độ chính xác định vị tuyệt đối thấp, thường chỉthỏa mãn cho các yêu cầu đạo hàng, và các công tác khác không cần độ chínhxác cao Độ chính xác định vị tuyệt đối với số lượng vệ tinh thường xuyên lớn

hơn 4 như hiện nay có thể đạt cỡ 3m đến 20m, tuy nhiên nếu sử dụng lịch vệtinh chính xác thì độ chính xác vị trí điểm có thể đạt đến 1m Nói chung, định

vị tuyệt đối ít được sử dụng trong công tác trắc địa

1.3.2.2 Định vị tương đối

Thực chất của định vị tương đối là xác định vị trí của điểm chưa biết sovới điểm đã biết khác Có thể nói cách khác, định vị tương đối là xác định vec

tơ không gian giữa 2 điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh, thường gọi là

“baseline”, cụ thể là các thành phần gia số tọa độ ΔX, ΔY, ΔZ (hoặc ΔB, ΔL,X, ΔX, ΔY, ΔZ (hoặc ΔB, ΔL,Y, ΔX, ΔY, ΔZ (hoặc ΔB, ΔL,Z (hoặc ΔX, ΔY, ΔZ (hoặc ΔB, ΔL,B, ΔX, ΔY, ΔZ (hoặc ΔB, ΔL,L,

ΔX, ΔY, ΔZ (hoặc ΔB, ΔL,H ) của 2 điểm trong hệ tọa độ không gian của từng hệ thống định vị vệ tinh.Bản chất của cách làm trên là lấy hiệu trị đo của định vị tuyệt đối để tạo thànhcác trị đo mới tức là tạo ra các sai phân bậc hai nhằm mục đích giảm ảnhhưởng của các nguồn sai số khác nhau như: sai số đồng hồ trên vệ tinh vàtrong máy thu, sai số của tọa độ vệ tinh, số nguyên đa trị

Thông thường số vệ tinh mà các máy thu GPS thu được tín hiệu thườngnhiều hơn 4, nếu tổ hợp theo từng cặp vệ tinh ta sẽ có rất nhiều trị đo Mặtkhác khi định vị tương đối các vệ tinh phải được quan sát trong thời gian dài(thường từ 30 phút đến vài ba giờ), do vậy số lượng trị đo để xác định gia sốtọa độ giữa các điểm đặt máy thu sẽ rất lớn và khi đó số liệu đo được chọn lọctheo các quy luật xác suất thống kê và được xử lý theo nguyên tắc số bìnhphương nhỏ nhất

Tuy nhiên để đạt được độ chính xác theo ý muốn cần phải quan trắc vệtinh ở thời gian dài bao nhiêu là đủ? Thông qua thực nghiệm trong tài liệu

[14] đã xác định và đưa ra được biểu đồ thể hiện mối tương quan giữa thời

gian quan trắc vệ tinh và độ chính xác đo baseline (hình 1.4) Qua đó nhậnthấy, độ chính xác của cạnh baseline có thể đạt được từ 5 đến 1 mm nếu thời

gian ca đo tăng từ 0.5 đến 1 giờ và nếu ca đo kéo dài đến chừng 10 tiếng thìsai số của cạnh baseline có thể đạt đến mức dưới 1mm.

Hình 1.4: Biểu đồ tương quan giữa thời gian ca đo và sai số cạnh baseline

1.3.3 Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh

Có một số nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả định vị vệ tinh, chúngđược chia ra làm ba nhóm:

- Sai số phụ thuộc vào vệ tinh;

- Sai số phụ thuộc vào sự lan truyền tín hiệu;

- Sai số liên quan tới máy thu.

1.3.3.1 Sai số phụ thuộc vào vệ tinh

Trong định vị tuyệt đối khoảng cách giả, sai số đồng hồ vệ tinh đượchiệu chỉnh vào khoảng cách giả trước khi sử dụng chúng để giải bài toán định

vị Trong định vị tương đối, để loại bỏ ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh,người ta sử dụng phương trình sai phân bậc nhất của các trị đo pha từ hai trạmquan sát đến cùng một vệ tinh.

b, Sai số quỹ đạo vệ tinh

Sai số quỹ đạo vệ tinh được coi là khó loại trừ nhất bởi những nguyênnhân: Các vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo có thể không tuân thủ nghiêmngặt định luật Kepler do nhiều tác động nhiễu như: tính không đồng nhất củatrọng trường trái đất, ảnh hưởng của sức hút mặt trăng, mặt trời và các thiênthể khác, sức cản của khí quyển, ảnh hưởng của bức xạ mặt trời nên các vịtrí tức thời của các vệ tinh được xác định bởi các trạm thuộc đoạn điều khiểnchưa được chính xác

Các vị trí của vệ tinh được tính toán dựa vào lịch vệ tinh, tuy nhiên lịch

vệ tinh cũng có thể bị sai số, do vậy để phục vụ công việc xử lý số liệu với độchính xác cao người ta cần sử dụng lịch vệ tinh chính xác vì lịch vệ tinh chínhxác cho sai số quỹ đạo trong khoảng 5 đến 10 cm Lịch vệ tinh chính xácđược cơ quan IGS cung cấp; hoặc sử dụng những trạm mặt đất có vị trí chínhxác làm điểm chuẩn để tinh chỉnh quỹ đạo vệ tinh dành cho công tác đo đạcđặc biệt

c, Ảnh hưởng của nhiễu cố ý

Hiện nay các hệ thống định vị vệ tinh đều đã bỏ nhiễu cố ý

1.3.3.2 Sai số phụ thuộc vào môi trường lan truyền tín hiệu

a, Ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu

Tầng điện ly làm chậm trễ tín hiệu code tức là làm tín hiệu code đếnmáy thu muộn hơn Mức độ chậm trễ tín hiệu code tỷ lệ nghịch với bìnhphương của tần số sóng tải và tỷ lệ thuận với tổng lượng điện tử TEC trên

đường truyền tín hiệu Ngược lại, tầng điện ly lại làm tín hiệu pha đến máythu sớm hơn Độ trễ và độ sớm có giá trị tuyệt đối như nhau nhưng ngượcdấu.

Trong định vị tương đối khoảng cách ngắn (nhỏ hơn 10 km), ảnhhưởng do tầng điện ly và tầng đối lưu về cơ bản được loại bỏ vì ảnh hưởngnày được coi là như nhau đối với hai máy thu đặt ở gần nhau Đối với khoảngcách trên 10 km, để giảm ảnh hưởng của tầng điện ly đến kết quả định vịtương đối, người ta phải sử dụng máy thu hai tần số

Tầng đối lưu là tầng khí quyển tính từ mặt đất đến độ cao khoảng 50

km Do tầng đối lưu, tín hiệu code và pha đến máy thu bị chậm trễ, gây ra sai

số trong khoảng cách cỡ 2.5m theo phương thiên đỉnh và khoảng 30m theophương chân trời

Ảnh hưởng của tầng đối lưu đến tín hiệu phụ thuộc vào góc cao E của

vệ tinh Góc cao E càng nhỏ thì tín hiệu lan truyền trong tầng đối lưu cũngnhư trong tầng điện ly trải qua quãng đường càng lớn

Để khắc phục ảnh hưởng của tầng đối lưu, người ta đã nghiên cứu xâydựng các mô hình khí quyển để dựa vào đó tính toán hiệu chỉnh vào trị đonhằm loại bỏ hoặc giảm thiểu nguồn sai số này Ngoài ra trong quá trình đođạc, có thể giảm bớt ảnh hưởng sai số này bằng cách loại bỏ tín hiệu của các

vệ tinh có góc cao E dưới 150, gọi là góc cao giới hạn hay góc ngưỡng(Threshold Elevation)

b, Sai số đa đường dẫn của tín hiệu vệ tinh (multipath error)

Máy thu tín hiệu vệ tinh không chỉ thu tín hiệu đi thẳng từ vệ tinh tới

mà còn nhận cả các tín hiệu phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh.Sai số do hiện tượng này gây ra được gọi là sai số đa đường dẫn của tín hiệu

vệ tinh Để làm giảm sai số này, các nhà chế tạo máy thu không ngừng hoàn

thiện cấu tạo của máy thu và anten cũng như khi chọn điểm đo cần chú ýtránh các tán cây, cạnh các nhà cao tầng, các khu vực có bề mặt nhẵn hoặckim loại phẳng, đường điện, cáp thông tin

Hiển nhiên là sai số vị trí điểm, giao hội sẽ lớn hơn sai số của khoảngcách giao hội và bằng sai số đo khoảng cách nhân với một hệ số lớn hơn một

Hệ số này đặc trưng cho đồ hình giao hội và được gọi là hệ số phân tản độchính xác DOP (Dilution of Precision), DOP càng nhỏ thì vị trí điểm quan sátđược xác định càng chính xác Có nhiều hệ số DOP khác nhau liên quan đếncác yếu tố được xác định, trong trắc địa khi quan tâm đến ba thành phần tọa

độ của điểm quan sát (X,Y, Z hoặc vĩ độ, kinh độ, độ cao) dùng hệ số phântản độ chính xác vị trí PDOP (Position Dilution of Precision), còn khi quantâm đến thành phần tọa độ mặt bằng thì dùng hệ số phân tản độ chính xác mặtbằng HDOP (Horizontal Dilution of Precision)

1.3.3.3 Sai số liên quan tới máy thu

a, Sai số đồng hồ máy thu

Tinh thể thạch anh được sử dụng để chế tạo ra bộ tạo dao động củađồng hồ máy thu tín hiệu vệ tinh Do đó, độ ổn định của đồng hồ máy thuthấp hơn so với đồng hồ của vệ tinh Sai số do đồng hồ máy thu sẽ gây ra sai

số trong các trị đo định vị vệ tinh Để khắc phục ảnh hưởng của sai số đồng

hồ máy thu đến kết quả định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giả, người ta coisai số đồng hồ máy thu là ẩn số thứ tư trong bài toán định vị, nhờ đó về cơbản đã loại bỏ được ảnh hưởng này, tuy nhiên vẫn còn lại một phần ảnhhưởng thể hiện qua sai số của chính ẩn số đó

Trong định vị tương đối theo pha sóng tải, nhờ sử dụng phương trìnhsai phân bậc hai nên về cơ bản cũng đã loại bỏ được ảnh hưởng của sai số

đồng hồ máy thu Sử dụng trị đo pha sóng tải cần lưu ý đến vấn đề mất khóatín hiệu trong quá trình đo gây trượt chu kỳ.

b, Sai số do lệch tâm pha anten

Tâm pha là một điểm nằm bên trong anten, là nơi tín hiệu vệ tinh biếnđổi thành tín hiệu trong mạch điện, các trị đo khoảng cách được tính vào điểmnày Điều này có nghĩa quan trọng đối với công tác trắc địa Khi chế tạo,anten đã được kiểm định sao cho tâm pha trùng với tâm hình học của nó Tuynhiên tâm pha thay đổi vị trí phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh, ảnh hưởng này cóthể kiểm định trước khi đo hoặc sử dụng mô hình tâm pha ở giai đoạn tínhtoán xử lý

Có thể kiểm tra sai số lệch tâm pha anten trước khi đo theo phươngpháp “đường đáy 0” hoặc theo phương pháp xoay anten ở nhiều vị trí Trongthao tác đo đạc định vị vệ tinh, có thể giảm bớt sai số lệch tâm pha anten bằngcách khi đo đặt máy thu tại điểm đo luôn và quay (logo) máy thu về hướngBắc với sai số trong khoảng 50

c, Sai số do nhiễu tín hiệu

Máy thu tín hiệu vệ tinh là một thiết bị điện tử bao gồm có phần cứng

và phần mềm, do đó trong quá trình làm việc có thể gặp tình trạng máy thulàm việc không ổn định Như chúng ta đã biết, trong môi trường lan truyền tínhiệu luôn có các nguồn sóng điện từ như các trạm phát sóng (truyền hình,viễn thông, radar ), do sấm chớp sẽ tạo ra nhiễu tín hiệu

Nhà sản xuất máy thu đã làm công tác kiểm định và hiệu chỉnh máy,nhưng do quá trình lão hóa và tác động bên ngoài, vẫn còn tàn dư của sai sốnày Một số thiết bị kèm theo máy thu như định tâm quang học, thước đochiều cao anten cần thường xuyên kiểm tra, hiệu chỉnh để nâng cao độ

chính xác trong định vị tương đối Người đo phải chú ý khi thao tác tại trạmmáy để tránh các sai số hay nhầm lẫn của người đo.

1.3.3 Khả năng ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện

Với số lượng vệ tinh của các hệ thống định vị vệ tinh nhiều và hiện đạinhư hiện nay, đồng thời tính năng của các thiết bị thu tín hiệu vệ tinh cũngđược nghiên cứu, phát triển tốt hơn, đồng thời dựa vào đặc điểm và yêu cầu

độ chính xác của công tác quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi thủy điện, có thể đưa ra một số nhận xét đánh giá như sau:

-Lưới được đo đạc bằng công nghệ định vị vệ tinh có thể đạt độ chínhxác tương đương với lưới đo bằng các loại máy toàn đạc độ chính xác trungbình

Khi sử dụng lưới định vị vệ tinh cho mục đích quan trắc cần sử dụngkết hợp trị đo của nhiều hệ thống định vị vệ tinh khác nhau, đồng thời có thể

sự dụng kết hợp trị đo mặt đất nhằm nâng cao độ chính xác của mạng lưới

Sử dụng công nghệ định vị vệ tinh để quan trắc chuyển dịch ngangcông trình thủy lợi - thủy điện có ưu điểm là thuận tiện cho việc chọn và bố tríđiểm cơ sở ở các vị trí có độ ổn định cao; có thể thực hiện quan trắc ở mọithời điểm trong ngày, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Tuy nhiên khôngthể nhắc điến những nhược điểm và khó khăn trong việc sử dụng công nghệđịnh vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủyđiện đó là thời gian quan trắc lâu hơn so với sử dụng toàn đạc điện tử, chi phíđắt hơn so với sử dụng phương pháp quan trắc truyền thống

1.4 GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG TRÌNH QUAN TRẮC BIẾN DẠNGBẰNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH

về phía thượng lưu của thành phố Libby) [14], Đập S-77 trên sôngCaloosahatchee, hồ chứa Diamond Valley, Cảng Mayaca S-308B đều lànhững công trình được quan trắc chuyển dịch ngang bằng công nghệ định vị

vệ tinh, cụ thể là sử dụng hệ thống GPS

Với các nước như Nam Phi, Hàn Quốc, Bồ Đào Nha, Hy Lạp, Canada cũng áp dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngangcông trình thủy lợi – thủy điện: Công trình mỏ đồng Phalaborwa (Nam Phi),cầu Incheon (Hàn Quốc), đập thủy điện Lagre (Bồ Đào Nha), đập Ladhon (HyLạp), thủy điện Quebec (Canada) [8]

Đối với các nước Xã hội chủ nghĩa hiện nay có Nga và Trung quốcđang nghiên cứu ứng dụng vào các công trình như công trình đập thủy điệnTam Hiệp trên sông Dương Tử (Trung Quốc) là công trình thủy điện lớn nhấtthế giới hiện nay với 2390 m dài, cao 185 m dung tích hồ lên tới 38 tỷ m3được bố trí hệ thống tự động quan trắc chuyển dịch ngang bằng công nghệGPS, đập bê tông trọng lực dạng vòm Cách Hà Nham cao 151 m, dài 653 mcũng đã bố trí hệ thống tự động hóa GPS quan trắc biến dạng ngoài đã đưavào sử dụng từ tháng 3 năm 1998

1.4.2 Ở Việt Nam

Hiện tại ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh vào quantrắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện vẫn chỉ dừng lại ởbước nghiên cứu và thực nghiệm, trong đó công nghệ GPS đang được thựcnghiệm ứng dụng tại một số công trình như:

Việc thử nghiệm ứng dụng công nghệ GPS được công ty tư vấn xâydựng điện I (PECC1) kết hợp với một số giảng viên Trường Đại học Mỏ - Địachất đo thử nghiệm một chu kỳ vào năm 2002 tại Nhà máy thủy điện Yalynhưng chưa đi đến kết luận về việc ứng dụng công nghệ này trong quan trắcbiến dạng công trình thủy điện Công ty thủy điện Hòa bình cũng tiến hành đothực nghiệm tại công trình thủy điện Hòa bình vào cuối năm 2013, đầu năm

2014 Ngoài công trình thủy điện thì tại nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng đãứng dụng công nghệ này trong việc thi công và quản lý các hạng mục như: đêchắn sóng, bồn chứa dầu Các công trình cầu quan trọng như cầu Nhật tâncũng sử dụng công nghệ GPS để lắp ghép và thi công cầu

Chương 2 KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH

TRONG THÀNH LẬP LƯỚI QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN

2.1 THIẾT KẾ LƯỚI TRẮC ĐỊA MẶT BẰNG TRONG QUAN TRẮCCHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN

2.1.1 Nguyên tắc xây dựng lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình

Theo phương pháp trắc địa, cơ sở để xác định chuyển dịch ngang côngtrình là so sánh tọa độ các điểm quan trắc gắn trên công trình ở 2 chu kỳ đokhác nhau (2 lần đo ở 2 thời điểm khác nhau) Do vậy để thực hiện quan trắcchuyển dịch ngang cần xây dựng hệ thống lưới khống chế với 2 bậc lưới mặtbằng là lưới cơ sở và lưới quan trắc [5]

Lưới cơ sở: Là lưới có các điểm mốc khống chế được xây dựng tại các

vị trí được coi là ổn định, nằm ở bên ngoài phạm vi ảnh hưởng chuyển dịchcủa công trình, các mốc này có tác dụng làm cơ sở tọa độ gốc cho toàn bộcông tác quan trắc và được gọi là mốc khống chế cơ sở

Việc lựa chọn số lượng và vị trí của mốc cơ sở tùy thuộc vào địa hình

cụ thể của từng công trình thủy điện nhưng phải thỏa mãn các tiêu chí sau:

- Vị trí đặt mốc được lựa chọn tại những nơi có điều kiện địa chất ổn

định, có vị trí ổn định trong suốt quá trình quan trắc; tầm bao quát tốt đến cácđiểm quan trắc đặt trên công trình

- Khi lựa chọn vị trí đặt mốc, phải tuân theo đồ hình thiết kế để đảm

bảo các chỉ tiêu kĩ thuật của lưới hợp lý nhất, tùy theo điều kiện thực tế tạimỗi công trình như: Khoảng cách giữa các điểm trong lưới, góc kẹp của cáctam giác… để đảm bảo chỉ tiêu độ chính xác như trong phương án ước tính

- Số lượng điểm cơ sở phải được chọn sao cho trong quá trình ước tính

lưới quan trắc phải vừa đủ trị đo để đảm bảo yêu cầu độ chính xác đề ra vớiphương pháp quan trắc lựa chọn

- Đối với những công trình đòi hỏi quan trắc chuyển dịch ngang với độ

chính xác cao thì các mốc khống chế cơ sở được thiết kế theo dạng mốc cột,với kết cấu định tâm bắt buộc Đối với các công trình thủy lợi – thủy điện, cácmốc khống chế cơ sở thường được chọn bố trí ở hai đầu đập và hai bên bờsông về phía hạ lưu

Lưới quan trắc: Là bậc lưới có các điểm mốc gắn trên công trình, cùng

chuyển dịch với đối tượng quan trắc và được gọi là mốc quan trắc Về mặt kếtcấu, mốc quan trắc chuyển dịch ngang được thiết kế phù hợp với đặc điểmcủa từng loại công trình cụ thể, tuy nhiên điều bắt buộc là các mốc đó đềuphải có kết cấu thuận tiện cho việc đặt thiết bị đo và bảo đảm hạn chế sai sốđịnh tâm máy cũng như bảng ngắm ở giới hạn cho phép

Thông thường vị trí phân bổ các mốc quan trắc chuyển dịch ngang tạicác công trình thủy điện có các đặc điểm sau: Được đặt tại các khớp nối củacác khối bê tông, nơi mà biến dạng trên bề mặt của khối bê tông là lớn nhất;thường phân bố theo cao trình của đập, thông thường chỉ có một hàng trênđỉnh đập; nhất thiết phải có các điểm phân bổ trên các trụ pin của tuyến tràn,các trụ của cửa nhận nước; thường được bố trí theo dạng đường thẳng, trungbình cứ 30÷40 m bố trí một điểm quan trắc

Trên thực tế, có thể xây dựng được mốc khống chế chắc chắn ổn định

Ví dụ: chôn các mốc cơ sở trên nền đá gốc Tuy nhiên, để khoan xuống đượctầng đá gốc và thi công xây dựng mốc thì giá thành rất cao, mặt khác kinh phí

để thực hiện cũng rất đắt đỏ nên phương án này không được sử dụng tại Việtnam Để giải quyết vấn đề trên, có thể lựa chọn một phương án hợp lý và có

hiệu quả kinh tế nhất đó là thành lập mạng lưới khống chế cơ sở với các mốcchôn nông kết hợp áp dụng các biện pháp đo và chọn phương pháp xử lý sốliệu thích hợp để đánh giá mức độ chuyển dịch của các mốc trong lưới, trên

cơ sở đó lựa chọn các mốc ổn định để làm cơ sở tọa độ gốc cho toàn bộ côngtác quan trắc Bậc lưới quan trắc được xây dựng như lưới phụ thuộc, trên cơ

sở số liệu đo đạc tiến hành bình sai, tính toán tọa độ các mốc quan trắc và cáctham số biến dạng của công trình

2.1.2 Yêu cầu độ chính xác các cấp lưới

Cơ sở để tính toán độ chính xác các bậc lưới trong quan trắc chuyển

dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện là yêu cầu độ chính xác xác định

chuyển dịch ngang ( m q ), thông thường giá trị ( m q ) phụ thuộc vào một sốyếu tố như điều kiện địa chất nền móng, đặc điểm kết cấu, chế độ vận hànhcông trình Dựa vào yêu cầu độ chính xác xác định chuyển dịch để đặt ra độchính xác cần thiết đối với các bậc lưới

Do lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình thường có yêu cầu rấtchặt chẽ về độ chính xác, vì vậy khi ước tính cần phải áp dụng tiêu chuẩn sai

số theo hướng để đặc trưng cho độ chính xác của bậc lưới quan trắc Sai số vịtrí điểm theo hướng cho trước (φ) được tính theo công thức:) được tính theo công thức: