Ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi thủy điện

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 cứ

LỜI CAM ĐOAN

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

cứ công trình nào khác

Hà N ội, ngày tháng năm

Tác giả luận văn

Bùi Ngọc An

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH 7

MỞ ĐẦU 8

Chương 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 công trình thủy lợi – thủy 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 chuyển dịch ngang công trình 25

1.4 Giới thiệu một số công trình quan trắc biến dạng bằng công nghệ định vị vệ tinh 35

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 ngang công trình thủy lợi – thủy 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 điện 43 2.3 Khảo sát phương pháp thành lập lưới kết hợp trị đo mặt đất và

trị đo định vị vệ tinh 47 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 BẰNG

CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH

61

3.1 Những yêu cầu kỹ thuật trong đo đạc định vị vệ tinh cho mục

đích quan trắc chuyển dịch ngang 61 3.2 Quy trình xử lý số liệu lưới trắc địa đo đạc bằng công nghệ

định vị vệ tinh 67 3.3 Quy trình phân tích độ ổn định các mốc cơ sở trong mạng lưới

thành lập bằng phương pháp định vị vệ tinh 72 3.4 Nghiên cứu thuật toán và quy trình xử lý số liệu quan trắc

chuyển dịch ngang bằng công nghệ định vị vệ tinh 80 3.5 Quy trình xử lý số liệu lưới kết hợp trị đo mặt đất và trị đo

định vị vệ tinh 81 Chương 4 THỰC NGHIỆM TÍNH TOÁN XỬ LÝ LƯỚI ĐỊNH VỊ

VỆ TINH TRÊN CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN HÒA BÌNH 88

4.1 Giới thiệu về công trình thực nghiệm: công trình thủy điện

Hòa bình 88 4.2 Tính toán bình sai số liệu lưới cơ sở được đo bằng công nghệ

định vị vệ tinh 91 4.3 Phân tích độ ổn định lưới cơ sở công trình thủy điện Hòa bình 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC 101

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang công trình 20 1.2 Một số thông số kỹ thuật của hệ thống định vị vệ tinh 26 1.3 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 60 3.1 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo đạc định vị vệ tinh các cấp 63 3.2 Yêu cầu về thời gian tối thiểu của các ca đo 63

4.1 Nhiệm vụ kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang công trình

4.4 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 Hình

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 Baseline 29

2.2 Sơ đồ quy trình xây dựng lưới định vị vệ tinh – mặt đất 49 2.3 Sơ đồ lưới quan trắc công trình thủy điện Hòa bình 59

4.3 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 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 th ủy 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

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng và điều kiện ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong 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 công

trình 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 hệ thống lưới mặt bằng quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi, thủy điện

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

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

4 Phương pháp nghiên cứu

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

Phương pháp phân tích: Sử dụng các công cụ đánh giá, phân tích logic các 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 kiến của chuyên gia làm cơ sở để đưa ra kết luận khoa học

Phương pháp thực nghiệm: tiến hành các thực nghiệm trên thực địa để khẳng 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 và các 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 khả năng ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công 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 mặt kinh tế, mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được chia thành 3 phần:

a, Ph ần mở đầu:

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

b, Ph ần nội dung chính:

- Tổng quan về công tác quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy

lợi – thủy điện

- 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

- Yêu cầu kỹ thuật trong đo đạc, xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch

ngang bằng công nghệ định vị vệ tinh

- Thực nghiệm ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc

chuyển dịch ngang trên mô hình thực nghiệm

c, Ph ần 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 và các Thầy, Cô trong Trung tâm Địa Tin học Trường Đại học Thủy lợi cùng các đồng nghiệp, bạn

bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập tại trường và trong khoảng thời gian tôi làm luận văn tốt nghiệp này

Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Trần Khánh, đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, giúp đỡ tôi có những định hướng, nhận thức đúng đắn 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 DỊCH NGANG 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 là loại 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 lực đất,

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 tác như: phát điện hoặc điều tiết nước; nó được hình thành do việc ngăn sông đắp đập 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 Hồ chứa nước gây ngập, ảnh hưởng đến môi trường của khu vực và an toàn của vùng hạ lưu, vì vậy các cơ quan thiết kế phải đưa ra nhiều phương án mức nước dâng khác nhau để so sánh, lựa chọn với nhau nhằm giảm thiểu ảnh hưởng 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 thất ngập 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 các công 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 mục quan 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 theo từng điều kiện cụ thể của công trình, các kết cấu của đập thông dụng hiện nay như 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 rẻ tiền, được ứng dụng rộng rãi nhất Khi xây dựng loại đập này cần chú ý các điều 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 còn xuất 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 xây dựng 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 ổn định chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của nó Ưu điểm của đập bê tông trọng 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 về nền móng cao Hiện nay trong xây dựng đập bê tông trọng lực người ta đã sử dụng loại bê tông RCC vừa có hiệu quả kinh tế cao, vừa đẩy nhanh tiến độ thi công

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 các công trình tuyến năng lượng

Các công trình này dẫn nước từ hồ chứa đến nhà máy, kết cấu của hệ thống công trình tuyến năng lượng thường được thi công bằng bê tông, riêng tuyến áp lực kết cấu là thép và được bao bọc bằng bê tông Các công trình này khó 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 phải nhập 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 liệu cùng 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

các 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 quá trình vận hành công trình không, từ đó có biện pháp điều tiết, khai thác công trình 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 đoán chuyển 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 nhưng chủ yếu cần tập trung theo dõi những hạng mục chính, quan trọng, ảnh hưởng lớn tới việc vận hành của nhà máy cũng như sự an toàn của phía hạ lưu Do vậy thông thường chỉ quan trắc chủ yếu các hạng mục như: Nhà máy, đập dâng, đập tràn

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

1.1.3.2 Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc

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

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

a, D ựa vào giá trị chuyển dịch dự báo

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

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

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

l : Hệ sốđặc 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 (tương

đương với l= 3) và khi đó công thức tính độ chính xác của quan trắc chuyển

dịch là:

0.17

q

Nếu công trình có giá trị chuyển dịch dự báo nhỏ thì m qtính theo công

thức (1.2) sẽ rất nhỏ, trong một số trường hợp rất khó đạt được độ chính xác

như vậy Đặc biệt là đối với công tác quan trắc chuyển dịch ngang công trình

thủy lợi – thủy điện Vì vậy, trong thực tế, yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắc thường được xác định dựa vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết

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 công trình cụ thể

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

đưa vào sử dụng hoặc theo các tiêu chuẩn, quy chuẩn đã được áp dụng trên thế giới

Việc lựa chọn khoảng thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc là rất quan trọng, 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 quả kinh tế, không gây ra sự lãng phí không cần thiết

Có thể phân chia quá trình quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình làm 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 trắc cũng 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, tiến hành đo 2÷6 chu kỳ trong một năm Tham khảo công tác quan trắc một số công trình thủy điện lớn như Hòa Bình, YaLy, Tuyên Quang, Sông Ba Hạ, Sê San 4… đã được thực hiện thì thời gian quan trắc giữa các chu kỳ được thực hiện 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 nước dâng bình thường theo thiết kế Ngoài ra công tác quan trắc còn phải được thực hiện tại những thời điểm nhất định như khi mực nước hồ chứa đón lũ đầu tiên 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 điều kiện bất thường như công trình vừa chịu những trận lũ lớn, lũ lịch sử thì cần phải 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 biến dạng 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 CHUYỂN DỊCH NGANG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN Ở VIỆT NAM

VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.2.1 Thực trạng công tác chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy

điện trên thế giới

Trên thế giới hiện nay có rất nhiều phương pháp hiện đại khác nhau được sử dụng để quan trắc chuyển dịch ngang công trình xây dựng nói chung

và công trình thủy lợi, thủy điện nói riêng Trong đó có các phương pháp như phương pháp trắc địa, phương pháp quang học, phương pháp địa kỹ thuật (phương pháp địa kỹ thuật bao gồm các phương pháp cụ thể như: quan trắc bằng hệ thống tiltmeters, strainmeters, extensometers, join-meters, micrometers, hay hệ thống quan trắc đã được Việt Nam nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm như inclinometer ) Mỗi hệ thống có một ưu, nhược điểm khác nhau, phương pháp địa kỹ thuật cho độ chính xác rất cao nhưng giá thành rất đắt, hơn nữa chỉ thi công được ở những dạng công trình nhất định; do vậy phương pháp trắc địa hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi nhất

Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp trắc địa cũng có rất nhiều 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 mới trong công tác quan trắc chuyển dịch ngang, cụ thể là nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh vào công tác chuyển dịch ngang

* V ề 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 lưới quan trắc với hàm mục tiêu là giảm thời gian ngoại nghiệp hoặc nâng cao độ chính xác đo đạc;

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

* V ề 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 các thiết bị đo đạc hiện đại và tối tân nhất, trong đó cũng có nhiều công trình đã ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh để quan trắc chuyển dịch ngang Để làm được như thế là do các nước có năng lực sản xuất thiết bị định vị vệ tinh hiện đại, 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 dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện bằng phương pháp truyền thống (sử dụng 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 nghiệm trên mô hình, cũng có một số thử nghiệm trên các công trình thực tế

* V ề 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 công nghệ định vị vệ tinh

V ề 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 công nghệ hiện đại nhập khẩu, chưa có điều kiện chế tạo các thiết bị đo chuyên dùng cho công tác quan trắc chuyển dịch ngang các công trình Tại các công trình 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 nghiệp bước đầu đã được nghiên cứu lý thuyết, tuy nhiên phần ứng dụng ở thực tế còn 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 phần mềm xử lý số liệu cho riêng nước ta đồng thời cũng chưa có phần mềm chuyên về xử lý số liệu quan trắc chuyển dịch ngang công trình bằng công nghệ định vị vệ tinh

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

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

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

- Đoạn điều khiển: Đoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống định vị vệ tinh Đoạn này gồm một trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station) và một số trạm theo dõi đặt tại những vị trí khác nhau trên mặt đất Vai trò của đoạn điều khiển là rất quan trọng vì nó không chỉ theo dõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật chính xác các thông tin 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 vệ tinh phục vụ cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng như dẫn 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

G1: 1602+Kx0.5625MHz G2: 1246+Kx0.5625MHz K= -7 ~ 24

G2=G1x7/9

E1: 1589.742 MHz E2: 1561.098 MHz E5: 1202.025 MHz E6: 1278.750 MHz C1: 5019.860MHz

Tốc độ mã số

(C/A; L1;

P/L1; L2)

1.023 Mcps 10.23 Mcps

0.511 Mcps 5.11 Mcps

E1, E2: 2.046 Mcps

E5: 10.23/1.023 Mcps

E6: 20.46 Mcps

Thời 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

QBSK E1, E2,C:300 bps

E5: 330 bps E6: 2500 bps

Nhìn chung, để định vị điểm đơn thì điều kiện cần là ít nhất phải quan trắc đồng thời 4 vệ tinh trong ít nhất là 3 thời điểm và quan trắc tiếp 3 thời điểm nữa với 2 vệ tinh khác [1] Độ chính xác của định vị tuyệt đối phụ thuộc

vào nhiều nguồn sai số, trong đó ảnh hưởng của sai số quỹ đạo vệ tinh gần như trọn vẹn đến kết quả định vị Do nhiều nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả định vị tuyệt đối, do đó độ chính xác định vị tuyệt đối thấp, thường chỉ thỏa mãn cho các yêu cầu đạo hàng, và các công tác khác không cần độ chính xác 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 vệ tinh 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 so với 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 ∆X, ∆Y, ∆Z (hoặc ∆B, ∆L,

∆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 thành các trị đo mới tức là tạo ra các sai phân bậc hai nhằm mục đích giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số khác nhau như: sai số đồng hồ trên vệ tinh và trong 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 thường nhiều hơn 4, nếu tổ hợp theo từng cặp vệ tinh ta sẽ có rất nhiều trị đo Mặt khác 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 số tọa độ giữa các điểm đặt máy thu sẽ rất lớn và khi đó số liệu đo được chọn lọc theo các quy luật xác suất thống kê và được xử lý theo nguyên tắc số bình phương nhỏ nhất

Tuy nhiên để đạt được độ chính xác theo ý muốn cần phải quan trắc vệ tinh 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 nhận thấy, 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 thì sai 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, chúng được 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

a, Sai s ố đồng hồ vệ tinh

Sai số đồng hồ vệ tinh trực tiếp gây ra sai số trong xác định thời gian Trong đo khoảng cách bằng sóng ánh sáng hay sóng điện từ, sai số thời gian

có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác khoảng cách đo Các vệ tinh được trang bị đồng hồ nguyên tử chính xác, tuy vậy do sự không ổn định của bộ tạo dao động nguyên tử nên các đồng hồ này vẫn có sai số nhất định

Trong định vị tuyệt đối khoảng cách giả, sai số đồng hồ vệ tinh được hiệu 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 trạm quan sát đến cùng một vệ tinh

b, Sai s ố quỹ đạo vệ tinh

Sai số quỹ đạo vệ tinh được coi là khó loại trừ nhất bởi những nguyên nhân: Các vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo có thể không tuân thủ nghiêm ngặt định luật Kepler do nhiều tác động nhiễu như: tính không đồng nhất của trọng trường trái đất, ảnh hưởng của sức hút mặt trăng, mặt trời và các thiên thể khác, sức cản của khí quyển, ảnh hưởng của bức xạ mặt trời nên các vị trí tức thời của các vệ tinh được xác định bởi các trạm thuộc đoạn điều khiển chưa 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 độ chính xác cao người ta cần sử dụng lịch vệ tinh chính xác vì lịch vệ tinh chính xác cho sai số quỹ đạo trong khoảng 5 đến 10 cm Lịch vệ tinh chính xác được cơ quan IGS cung cấp; hoặc sử dụng những trạm mặt đất có vị trí chính xác làm điểm chuẩn để tinh chỉnh quỹ đạo vệ tinh dành cho công tác đo đạc đặc 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 đến máy thu muộn hơn Mức độ chậm trễ tín hiệu code tỷ lệ nghịch với bình phương 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 máy thu sớm hơn Độ trễ và độ sớm có giá trị tuyệt đối như nhau nhưng ngược dấu

Trong định vị tương đối khoảng cách ngắn (nhỏ hơn 10 km), ảnh hưởng do tầng điện ly và tầng đối lưu về cơ bản được loại bỏ vì ảnh hưởng này được coi là như nhau đối với hai máy thu đặt ở gần nhau Đối với khoảng cách trên 10 km, để giảm ảnh hưởng của tầng điện ly đến kết quả định vị tương 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 theo phương 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 cũng như trong tầng điện ly trải qua quãng đường càng lớn

Để khắc phục ảnh hưởng của tầng đối lưu, người ta đã nghiên cứu xây dựng các mô hình khí quyển để dựa vào đó tính toán hiệu chỉnh vào trị đo nhằm loại bỏ hoặc giảm thiểu nguồn sai số này Ngoài ra trong quá trình đo đạc, 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 s ố 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 ý tránh các tán cây, cạnh các nhà cao tầng, các khu vực có bề mặt nhẵn hoặc kim loại phẳng, đường điện, cáp thông tin

Hiển nhiên là sai số vị trí điểm, giao hội sẽ lớn hơn sai số của khoảng cách 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 độ chính xác DOP (Dilution of Precision), DOP càng nhỏ thì vị trí điểm quan sát được xác định càng chính xác Có nhiều hệ số DOP khác nhau liên quan đến các 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 phân tản độ chính xác vị trí PDOP (Position Dilution of Precision), còn khi quan tâm đến thành phần tọa độ mặt bằng thì dùng hệ số phân tản độ chính xác mặt bằng HDOP (Horizontal Dilution of Precision)

1.3.3.3 Sai số liên quan tới máy thu

a, Sai s ố đồng hồ máy thu

Tinh thể thạch anh được sử dụng để chế tạo ra bộ tạo dao động của đồng hồ máy thu tín hiệu vệ tinh Do đó, độ ổn định của đồng hồ máy thu thấp 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 coi sai

số đồng hồ máy thu là ẩn số thứ tư trong bài toán định vị, nhờ đó về cơ bản đã

loại bỏ được ảnh hưởng này, tuy nhiên vẫn còn lại một phần ảnh hưởng thể hiện qua sai số của chính ẩn số đó

Trong định vị tương đối theo pha sóng tải, nhờ sử dụng phương trình sai 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 khóa tín hiệu trong quá trình đo gây trượt chu kỳ

b, Sai s ố do lệch tâm pha anten

Tâm pha là một điểm nằm bên trong anten, là nơi tín hiệu vệ tinh biến đổi thành tín hiệu trong mạch điện, các trị đo khoảng cách được tính vào điểm này 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 Tuy nhiên tâm pha thay đổi vị trí phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh, ảnh hưởng này có thể kiểm định trước khi đo hoặc sử dụng mô hình tâm pha ở giai đoạn tính toán xử lý

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

c, Sai s ố 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 thu làm việc không ổn định Như chúng ta đã biết, trong môi trường lan truyền tín hiệu 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 số này Một số thiết bị kèm theo máy thu như định tâm quang học, thước đo chiều 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 trạm máy 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 đại như hiện nay, đồng thời tính năng của các thiết bị thu tín hiệu vệ tinh cũng được 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 chính xác tương đương với lưới đo bằng các loại máy toàn đạc độ chính xác trung bình

Khi sử dụng lưới định vị vệ tinh cho mục đích quan trắc cần sử dụng kết 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 ngang công trình thủy lợi - thủy điện có ưu điểm là thuận tiện cho việc chọn và bố trí điểm cơ sở ở các vị trí có độ ổn định cao; có thể thực hiện quan trắc ở mọi thời điểm trong ngày, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Tuy nhiên không thể nhắc điến những nhược điểm và khó khăn trong việc sử dụng công nghệ định vị vệ tinh trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy

điện đó là thời gian quan trắc lâu hơn so với sử dụng toàn đạc điện tử, chi phí đắt hơn so với sử dụng phương pháp quan trắc truyền thống

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

về phía thượng lưu của thành phố Libby) [14], Đập S-77 trên sông Caloosahatchee, hồ chứa Diamond Valley, Cảng Mayaca S-308B đều là những 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 ngang công 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 (Hy Lạp), thủy điện Quebec (Canada) [8]

Đối với các nước Xã hội chủ nghĩa hiện nay có Nga và Trung quốc đang nghiên cứu ứng dụng vào các công trình như công trình đập thủy điện Tam Hiệp trên sông Dương Tử (Trung Quốc) là công trình thủy điện lớn nhất thế 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 nghệ GPS, đập bê tông trọng lực dạng vòm Cách Hà Nham cao 151 m, dài 653 m

cũng đã bố trí hệ thống tự động hóa GPS quan trắc biến dạng ngoài đã đưa vào 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 quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy lợi – thủy điện vẫn chỉ dừng lại ở bước nghiên cứu và thực nghiệm, trong đó công nghệ GPS đang được thực nghiệm ứng dụng tại một số công trình như:

Việc thử nghiệm ứng dụng công nghệ GPS được công ty tư vấn xây dựng điện I (PECC1) kết hợp với một số giảng viên Trường Đại học Mỏ - Địa chất đo thử nghiệm một chu kỳ vào năm 2002 tại Nhà máy thủy điện Yaly nhưng chưa đi đến kết luận về việc ứng dụng công nghệ này trong quan trắc biến dạng công trình thủy điện Công ty thủy điện Hòa bình cũng tiến hành đo thực 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 đã ứng dụng công nghệ này trong việc thi công và quản lý các hạng mục như: đê chắn sóng, bồn chứa dầu Các công trình cầu quan trọng như cầu Nhật tân cũng 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 TRẮC CHUYỂN 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 công trình là so sánh tọa độ các điểm quan trắc gắn trên công trình ở 2 chu kỳ đo khác nhau (2 lần đo ở 2 thời điểm khác nhau) Do vậy để thực hiện quan trắc chuyển dịch ngang cần xây dựng hệ thống lưới khống chế với 2 bậc lưới mặt bằng là lưới cơ sở và lưới quan trắc [5]

L ưới 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 dịch của công trình, các mốc này có tác dụng làm cơ sở tọa độ gốc cho toàn bộ công 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 các điểm 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 tại mỗi công trình như: Khoảng cách giữa các điểm trong lưới, góc kẹp của các tam 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 với phương 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, các mốc khống chế cơ sở thường được chọn bố trí ở hai đầu đập và hai bên bờ sông về phía hạ lưu

L ưới 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 kết cấu, mốc quan trắc chuyển dịch ngang được thiết kế phù hợp với đặc điểm của từng loại công trình cụ thể, tuy nhiên điều bắt buộc là các mốc đó đều phải có kết cấu thuận tiện cho việc đặt thiết bị đo và bảo đảm hạn chế sai số định tâm máy cũng như bảng ngắm ở giới hạn cho phép

Thông thường vị trí phân bổ các mốc quan trắc chuyển dịch ngang tại các công trình thủy điện có các đặc điểm sau: Được đặt tại các khớp nối của các 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 trên đỉnh 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, trung bình 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 được tầng 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 Việt nam Để giải quyết vấn đề trên, có thể lựa chọn một phương án hợp lý và có