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

1
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 Nội, ngày tháng năm
Tác giả luận văn
xxxxxxxxxxxx
2
MỤC LỤC
Tên mục
Tran
g
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
25
3
trình
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
61
4
BẰNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ
TINH
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
5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN
NGHỊ
97
TÀI LIỆU THAM
KHẢO
99
PHỤ
LỤC
101
6
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Thứ tự Chữ viết tắt Ý nghĩa
1 MPQĐ Mặt phẳng quỹ đạo
2 GPS Global Positioning System
3 Rinex Receiver Independent Exchange
4 SSTP Sai số trung phương
5 TBC Trimble Business Center
6 TTC Trimble Total Control
7
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng Tên Bảng
1.1 Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang công trình
1.2 Một số thông số kỹ thuật của hệ thống định vị vệ tinh
1.3 Thông điệp dẫn đường của các hệ thống định vị vệ tinh
2.1 Yêu cầu độ chính xác các cấp lưới
2.2 Ước tính độ chính xác lưới quan trắc thủy điện Hòa bình
3.1 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo đạc định vị vệ tinh các cấp
3.2 Yêu cầu về thời gian tối thiểu của các ca đo
4.1 Nhiệm vụ kỹ thuật quan trắc chuyển dịch ngang công trình thủy điện Hòa bình
4.2 Kết quả bình sai tọa độ lưới cơ sở

4.3 Tọa độ chu kỳ 1 và tọa độ chu kỳ đang xét
4.4 Độ lệch tọa độ và tọa độ các điểm trong hệ tọa độ mới
4.5 Giá trị chuyển dịch của các điểm
4.6 Tọa độ các điểm trong hệ mới và độ dịch chuyển của các điểm trong lần lặp 1
4.7 Tọa độ các điểm trong hệ mới và độ dịch chuyển của các điểm trong lần lặp 2
8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hìn
h vẽ
Tên hình vẽ
Tran
g
1.1 Hồ chứa nước 13
1.2 Đập dâng và đập tràn thủy điện 15
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
2.1 Đồ hình liên kết các điểm đo định vị vệ tinh 45
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
3.1 Giao diện chính của phần mềm TTC 69
3.2 Giao diện module nhập dữ liệu và xử lý cạnh 69
3.3 Giao diện module cài đặt hệ tọa độ và Geoid 70
3.4 Giao diện module bình sai lưới 70
3.5 Trang Hyper page trình bày kết quả bình sai 71
3.6 Giao diện chính phần mềm Dpsurvey 71
3.7 Module biên tập kết quả bình sai lưới 72
3.8 Sơ đồ tính toán phân tích độ ổn định mốc cơ sở 80

4.1 Nhà máy thủy điện Hòa bình 88
4.2 Lưới khống chế cơ sở thủy điện Hòa bình 91
4.3 Sơ đồ lưới cơ sở khi bình sai fix 1 điểm gốc (điểm T16) 93
9
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 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
10

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.
11
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, Phần 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, Phần 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.
12
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 thời
gian tôi làm luận văn tốt nghiệp này.
Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành tới xxxxxxxxxxxxx, 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.
13
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,
áp lực do động đá, áp lực do bùn cát
Các công trình này được xây dựng với mục đích sử dụng tài nguyên
nước 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 vực
lãnh 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 hệ
sinh thái của khu vực. Do vậy khi xây dựng các công trình thủy điện, không
chỉ trong giai đoạn thi công mà khi đã đưa vào sử dụng cũng phải phối hợp
giám 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.
14
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
15
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
16
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.
* Đập tràn
Đập tràn là một vật kiến trúc ngăn một dòng không áp làm cho dòng đó
chảy qua đỉnh gọi là đập tràn.
Đập tràn gồm có đập tràn tự do và đập tràn có kiểm soát, có thể điều
khiển đóng mở bằng hệ thống cáp hay thủy lực. Đập tràn có rất nhiều loại
khác nhau như đập tràn đặt vuông góc với dòng chảy, đập tràn đặt xiên hoặc
đập tràn đặt ở một bên bờ song song với dòng chảy. Tuy nhiên ở các công
trình thủy điện thường thiết kế đập tràn đặt vuông góc với dòng chảy và có
dạng uốn cong hoặc thẳng, mặt khác tùy vào điều kiện công trình sẽ thiết kế
các kiểu cửa tràn khác nhau sao cho phù hợp với điều kiện cụ thể của công
trình.
Hình 1.2: Đập dâng và đập tràn thủy điện
b, Nhà máy

17
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
18
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
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 xác
định mức độ chuyển dịch ngang của các công trình đầu mối (các đập thủy
điện, tuyến năng lượng, nhà máy,…), nghiên cứu tìm ra nguyên nhân và theo
dõi mức độ chuyển dịch và từ đó có biện pháp xử lý, đề phòng tai biến đối với

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:
19
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 cầu 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
kỹ thuật công trình.
Có hai cách xác định yêu cầu độ chính xác của công tác quan trắc
chuyển 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
20
Yêu cầu độ chính xác được xác định theo công thức [5]:
l
q
m
q
2
=
(1.1)
Trong đó:
q
m
: Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ở thời điểm
i
t
;
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 (tương
đương với
3
=
l
) và khi đó công thức tính độ chính xác của quan trắc chuyển

dịch là:
0.17
q
m q
=
(1.2)
Nếu công trình có giá trị chuyển dịch dự báo nhỏ thì
q
m
tính 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
cấu đối với từng loại công trình cụ thể.
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 theo
tiêu chuẩn, quy chuẩn của các cơ quan Nhà nước. Yêu cầu độ chính xác quan
trắc của các công trình thường được đưa ra như bảng (1.1) [8, 10].
21
Bảng 1.1: Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang công trình
STT Loại 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

loại đất chịu nén khác
± 2
3 Các loại đập đất, đá chịu áp lực cao ± 5
4
Công trình xây trên nền đất đắp, đất bùn chịu nén
kém
± 10
5 Các loại công trình bằng đất đắp ± 15
2, Chu kỳ quan trắc:
Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là công tác đo lặp, được
thực hiện nhiều lần với cùng một đối tượng, mỗi lần đo gọi là một chu kỳ, đối
với lần đo đạc đầu tiên được gọi là chu kỳ “0”. Thời gian thực hiện các chu kỳ
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.
22
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.
23
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.
24
* 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 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.

* 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 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.
25
* 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 công
nghệ 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 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
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 tinh
được 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 hệ
thống định vị vệ tinh chủ yếu, đó là: hệ thống NAVSTAR – GPS của Mỹ, hệ