第一节　测量学概述

一、测量学的任务和作用

测量学是研究如何测定地面点的点位,将地球表面的各种地物、地貌及其他信息测绘成图,以及确定地球形状和大小的一门科学。

根据研究对象和工作任务的不同,测量学又分为大地测量学、地形测量学、摄影测量学、工程测量学等几门主要分支学科。

研究在地球表面广大区域内建立国家大地控制网,测定地球形状、大小和地球重力场的理论、技术和方法的学科称为大地测量学。大地测量的主要任务是为其他测量工作提供起算数据,为空间技术和军事用途提供控制基础,为研究地球形状、大小、地壳变形、地震预报等科学问题提供资料。

研究测绘地形图的理论、技术与方法的学科称为地形测量学。地形测量的任务就是将地球表面的地物、地貌及其他信息测绘成按一定比例尺和图式符号表示的地形图,以满足国民经济建设、国防建设、科学研究等各个方面的需要。

研究利用摄影像片来测定物体的形状、大小、位置和获取其他信息的学科称为摄影测量学。过去的摄影测量主要研究对象是地球表面,用于测绘地形图。随着遥感技术的迅速发展,摄影方式和研究对象越来越多,摄影测量在多种领域内都得到了广泛应用,它的任务已不只是局限于测绘地形图了。

研究矿山、道路、水利、军事、工业与民用建筑等工程建设在规划设计、建筑施工、运营管理各个阶段如何进行测量工作的理论、技术与方法的学科称为工程测量学。工程测量的任务就是提供规划设计所必需的地形图、断面图和其他观测数据,进行建筑物的施工放样和竣工测量,并进行长期的安全监测工作。

以上各门学科,既自成系统,又是密切联系、互相配合的。本课程主要讲述地形测量学和工程测量学的部分内容。着重介绍水利工程中常用测量仪器的构造与使用、大比例尺地形图的测绘方法和应用以及建筑物施工测量方法等方面的内容。

各种工程建设以及工程建设的各个阶段都离不开测量工作。比如在河道上修建水库时,首先应测绘坝址以上该流域的地形图,作为水文计算、地质勘探、经济调查等规划设计的依据;初步设计后,又要为大坝、涵闸、厂房等水工建筑物的设计测绘较详细的大比例尺地形图;在施工过程中,又要通过施工放样指导开挖、砌筑和设备安装;工程竣工时,为检查工程质量是否符合设计要求,还要进行竣工测量;在工程的使用管理过程中,为了监视运行情况,确保工程安全,要定期对大坝进行变形观测。由此可见,测量工作贯穿于工程建设的始终。作为一名工程技术人员,只有掌握必要的测量知识和技能,才能担负起工程勘测、规划设计、施工及管理等各项任务。

二、测量学在水利工程中的应用

测量学在水利工程中的应用即水利工程测量,水利工程测量的工作任务可概括为三大类,即测图、放样和监测,具体包括地形图测绘、剖面图测绘、水工建筑物施工放样、变形观测等。

1.地形图测绘

地形图表示地球表面局部地区的地貌和地物。在水利工程测量中,地形图又分为库区地形图、流域面积图、坝址区地形图、堆料场地形图、河流(渠道)带状地形图等。

(1)库区地形图。在库区地形图的基础上可绘制出水位库容曲线和水位面积曲线,以便于查出不同水位的水面面积和水库蓄水量,并确定水库淹没范围。

(2)流域面积图。在地形图的基础上可勾画出河流的分水线,形成流域面积图。该图主要用于计算坝址以上的集水面积,以便于计算出水库的来水量和来沙量。

(3)坝址区地形图。坝址区地形图是在库区地形图的基础上绘制而成的。该图主要用于布置水库、布置施工场地、进行地勘工作,以及填绘地质图。

(4)堆料场地形图。堆料场地形图是在地形图的基础上配合地质资料绘制而成的。该图主要用于摸清库区料场的分布范围及其储量。

(5)河流(渠道)带状地形图。河流(渠道)带状地形图是指狭长地带的地形图,带状宽度为100～300m,常用于河流、渠道等线形工程的初步设计和纸上定线。

上述各类地形图的测绘实质上也是地形图在各种情况下的应用,所以水利测量的一大任务就是地形图的施测。

2.剖面图测绘

剖面图可直观地反映地表的形状和走势。无论是计算土方量还是进行土坝坝脚的定线和清基边线的定线,都需要剖面图。剖面图分为纵剖面图和横剖面图。剖面图可通过实地测绘和在地形图上绘制两种途径获得,其中,经实地测绘得到的剖面图的精度较高。

3.水工建筑物施工放样

地形测量是把实地的形状、地物的位置和大小表示到图纸上。放样工作却恰恰相反,它是将图上设计好的点、线、面的位置通过测量工具和一定方法标注到实地上。

(1)土坝的施工放样。土坝的施工放样包括坝轴线放样、清基边线放样、坝脚定线、边坡放样、放水涵洞(坝下埋管)放样和溢洪道放样等。

(2)隧道定线。由于隧道一般由两端同时掘进,因此必须进行隧道中心线及定坡线的定向,以指导掘进,保证其准确贯通。

(3)中心线及轴线放样。在进行大坝和渠道施工时需要测设轴线或进行中心线定位。

(4)建筑物放样。建筑物放样是指将图上设计好的建筑物准确地在实地找出相应的位置。

无论采用哪一种放样,都要将图上有关的点、线、面的位置相应地表示在实地,并打上标志桩,以指导施工。

4.变形观测

在水利工程的运行管理初期,应对某些大型的、重要的建筑物进行定期的变形观测。这里的变形主要是指水平方向和竖直方向的位移。若变形超过一定的限度,则工程质量将得不到保证,甚至会出现事故。因此,在水利工程建设中,变形观测占有重要地位。