知名高校水利工程測量教學課件圖文豐富

水利工程測量主講：郭向紅太原理工大學水利科學與工程學院個人簡介郭向紅，博士，講師。主要研究方向節(jié)水灌溉理論與技術(shù)、土壤水動力學計算機模擬、土壤-作物-大氣（SPAC）系統(tǒng)水分傳輸與模擬。作為主要完成人參與了國家自然科學基金項目、國家“863”項目，國家科技部支撐項目、山西省科技攻關(guān)項目、山西省研究生創(chuàng)新項目、太原市大學生創(chuàng)新項目等多項縱向項目。在《農(nóng)業(yè)工程學報》、《農(nóng)業(yè)機械學報》、《水科學進展》、《水利學報》、《排灌機械工程學報》、《應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學學報》、《HydrologyResearch》等發(fā)表論文20余篇，被EI、SCI、ISTP收錄10余篇。榮獲山西省科技進步一等獎1項，山西省高等學?？萍歼M步一等獎1項，國家知識產(chǎn)權(quán)局軟件著作權(quán)2項，第六屆農(nóng)業(yè)水土工程專業(yè)委員會學術(shù)會年會優(yōu)秀青年學術(shù)論文1項。主講本科生課程：《水利工程測量》、《農(nóng)田水利學》、《灌溉工程新技術(shù)》、《Fortran程序設(shè)計》，碩士博士研究生課程：《排灌理論與技術(shù)》。課程性質(zhì)、目的和任務(wù)《水利工程測量》是水利工程專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學目的是培養(yǎng)學生具有測繪科學方面的基礎(chǔ)理論知識和基本的測繪技能。本課程的教學任務(wù)是通過理論講授、實驗和教學實習，使學生逐步掌握水利工程測量方面的基礎(chǔ)理論、掌握常規(guī)測量儀器的操作使用方法、掌握小區(qū)域大比例尺地形圖的測繪方法、掌握水利工程施工放樣測量技術(shù)，并具有正確使用測繪資料的能力，為今后從事本專業(yè)的勘測、規(guī)劃、設(shè)計、施工及管理打下基礎(chǔ)。教學環(huán)節(jié)本學期下學期課程考核方法課堂表現(xiàn)試卷成績作業(yè)每節(jié)課開始之前對上節(jié)課內(nèi)容進行提問每章作業(yè)完成情況第一章緒論§1.1水工程測量的任務(wù)§1.2地面上點位的確定§1.3用水平面代替水準面的限度§1.4測量工作的基本原則§1.5測繪科學的發(fā)展概況§1.1水工程測量的任務(wù)一、測量學的含義及其分類

1、定義：研究地球及其表面各種形態(tài)的學科,主要任務(wù)是測定地球表面的點位和幾何形狀，并繪制成圖，以及測定和研究地球的形狀和大小。

2、分類：

【1】大地測量學

【2】地形測量學

【3】攝影測量學

【4】工程測量學

【5】地圖制圖學大地測量學研究在地球表面大區(qū)域內(nèi)建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球形狀大小和地球重力場的理論、技術(shù)和方法的科學，稱為大地測量學地形測量學研究小區(qū)域內(nèi)測繪地形圖的基本理論、技術(shù)和方法的學科稱為地形測量學攝影測量學利用攝影像片測定物體的形狀、大小和空間位置的方法稱為攝影測量學。工程測量學研究礦山、水利、道路、城市建設(shè)等各項工程建設(shè)在規(guī)劃設(shè)計、施工和工程管理階段進行的各項測量工作的學科。地圖制圖學研究地圖及其制作理論、工藝和應(yīng)用的學科，稱為地圖制圖學。二、水利工程測量的任務(wù)

1、為水利工程規(guī)劃設(shè)計提供所需的地形資料。規(guī)劃時需提供中、小比例尺地形圖及有關(guān)信息，建筑物設(shè)計時要測繪大比例尺地形圖。

2、施工階段要將圖上設(shè)計好的建筑物按其位置、大小測設(shè)于地面，以便據(jù)此施工，稱為施工放樣。

3、在施工過程中及工程建成后運行管理中，需要對建筑物的穩(wěn)定性及變化情況進行監(jiān)測——變形觀測，確保工程安全?！?.2地面上點位的確定

認識地球是人類探索的目標之一，也是測量學的任務(wù)之一;絕大多數(shù)測量工作是在地球上進行，或以地球作為參考系。地物：地面上的道路、河流、房屋等地面上位置固定的天然、人工物體。地貌：地表高低起伏的形態(tài)。地形：地物和地貌的總稱。一、地球的形狀和大小1、地球的形狀和大小

地球既圍繞太陽旋轉(zhuǎn)又繞自己的軸自轉(zhuǎn)，地球上的物體將受到地球、太陽、月亮引力、離心力等多種力的作用，而其中主要是受到離心力和地球質(zhì)心吸引力的作用，這兩個力的合力稱為重力，重力方向即為垂線方向。

由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得地球成橢球形，其赤道半徑大，極半徑小。地球表面并不光滑，形狀十分復雜，有高山平原，江河湖泊，如：有高于海平面8848m珠穆朗瑪峰有低于海平面11022m馬里亞納海溝但是這樣的高低變化與地球半徑6371km相比只有1/600變化是微小的。因為海洋約占整個地球表面的71%?！锼匀藗冊O(shè)想將靜止的海水面向整個陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個曲面稱為大地水準面。大地水準面所包含的形體，稱為大地體，它代表了地球的自然形狀和大小。2、水準面定義：設(shè)想以一個靜止不動的水面向陸地延伸，形成一個閉合的曲面包圍整個地球，稱這個閉合曲面為水準面。特點：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。

2.有無窮多個，但各水準面之間是不平行的。

3.是不規(guī)則的閉合曲面水準面地球自然表面3、大地水準面定義：水準面有無數(shù)個，其中通過平均海水面的一個水準面稱為大地水準面。作用：測量工作的基準面獲?。何覈谇鄭u設(shè)有驗潮站大地水準面包圍的形體稱為大地體地球自然表面大地水準面4、旋轉(zhuǎn)橢球面與旋轉(zhuǎn)橢球體由于大地水準面是不規(guī)則曲面，無法準確描述和計算。也難以在其面上處理測量成果。因此，用一個非常接近大地水準面的數(shù)學模型——旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準面。用旋轉(zhuǎn)橢球體描述的地球，稱為參考橢球體。構(gòu)成：由橢圓NWSWE繞其短軸NS旋轉(zhuǎn)而形成的。要求：①總質(zhì)量=地球質(zhì)量，中心與質(zhì)心重合，短軸與旋轉(zhuǎn)重合。②旋轉(zhuǎn)角速度與地球自轉(zhuǎn)速度相等。③表面與大地水準面擬合最好。

大地水準面與橢球面高差最大差為±200m旋轉(zhuǎn)橢球面大地水準面abNSWEa=6378140m扁率α=(a-b)/a=1:298.257（1）1954年北京坐標系，采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參考橢球體參數(shù)：

a=6378245m

=1:298.3（2）1980年國家大地坐標系采用國際大地測量協(xié)會與地球物理聯(lián)合會在1975年推薦的IUGG-75地球橢球。其參數(shù)：

a=6378140m

=1:298.257（3）在測量工作范圍不大時，可將地球看作圓球體，以球面代替大地水準面，其半徑R=6371km二、疤地面鴉上點添位的昂表示桂方法（一趟）坐興標1、地理捕坐標換以經(jīng)度乳和緯度勇表示地敵面點位排置的稱柏為地理違坐標。NSWEoλ首子午喝線格林芽威治φ地面上腐任意點M（λ、Φ）子午多面子午叨線又鳥叫經(jīng)喚線M點的臉經(jīng)度M點的緯視度空間深位置傷包括凝點在涌球面詳上的衰位置和到水層準面的裝距離2、高斯季平面直資角坐標以中央隱子午線菊作為坐嗚標縱軸撞（用X表示蟻）以夸赤道膠作為烈坐標伐橫軸?。ㄓ肶表示援）。S赤道中央爛子午篩線中央稅子午小線赤道NNS6°帶的劃話分

為點限制高噸斯投影椅離中央料子午線吸愈遠，刷長度變藍形愈大借的缺點牽，從經(jīng)讓度0°開始，趙將整個框地球分題成60個帶臉，6°為一火帶。9o0o3o6o1220102o105o108o111o120o1819114o12o117o500kmyMyxM我國招高斯期平面屈直角它坐標哥的表壘示。方法：故（1）先將裳自然值樓的橫坐候標Y加上50侄00癥00米；（2）再斃在新辭的橫姜坐標Y之前薄標以2位數(shù)獅的帶喊號。例如黃：M點位于111o中央事子午牙線以群西43可21輕.9甜0m，那睬么對瘦應(yīng)的答高斯麥坐標楚的橫之坐標凝是多先少？第一步湯：計算覽帶號N=(抬111鎖+3)冊/6=森19第二步醬：計算葵橫坐標195歡000喂00-鉛432惱1.9棕0=1新94作95圾67膚8.呼103°帶的激劃分槽從房誠東經(jīng)1°3議0開始，澤將整個伯地球分齒成12發(fā)0個帶，3°為一醒帶。例如與，南沿京市憲處于珍東經(jīng)11跳8°睬47，即6°帶號Ｎ=(環(huán)11溉8°肺47’+3爐°)農(nóng)/6仿°=蜻2亂0.坦3=搬20Ｌ０=則6×序20奴-3離=另1烤17惰°3°帶號即n葵=秧11露8°融47鏟′/私3°籃=圈39摔.6僻=4主0Ｌ０=恢3玩=堆3°掛×4站0黑=濫12叫0°適用通于：跌測區(qū)扇范圍企較大猾，不盟能將迅測區(qū)萌曲面醋當作卷平面筍看待斯。3、平面丸直角坐丹標系適用于鍬：測區(qū)楚范圍較姑小，可有將測區(qū)嘩曲面當議作平面圈看待。西y(東)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAox(北)獨立未平面石直角從系原萌點一倘般選概擇在參測區(qū)醉西南扯角直接將瞞地面點致沿鉛垂投線方向跪投影到唱水平面憲上。在花實際測復量中，蔑一般將濾坐標原剪點選在幸測區(qū)的邁西南角嚼，使測眨區(qū)內(nèi)的屯點位坐先標均為棉正值，梢并以該估測區(qū)的登子午線(或磁圈子午穴線)的投影覺為X軸，授向北羽為正敵，與殺之相聾垂直根的為Y軸，向竄東為正良，由此干建立了顫該測區(qū)烤的獨立友平面直謀角坐標庸系。其與數(shù)曲學中平答面直角診坐標系樹相比，挎不同點召：1．測宅量上研取南懶北方賢向為生縱軸勇（X軸），品東西方券向為橫讓軸（Y軸）2．角度獵方向順區(qū)時針度魄量，象攔限順時提針編號贊。相同點叔：數(shù)學擺中的三濃角公式奧在測量別計算中毫可直接嬌應(yīng)用。（二）帽高程1、絕懂對高到程（蘋海拔蒸）：帽指地怒面點碰沿鉛蛛垂線陸方向障到大槽地水浴準面蚊的距踢離，妖用Ｈ妹表示掌。2、相妨對高字程：故地面盆上一軌點到宗假定嗎水準閃面的誦鉛垂犬距離霉（H′）3、高腥差：患地面彼上兩存點間罰的高傻程之潔差。鼻（h）AB點的高葵差：hAB=HB-HA=HB’-HA’ABHAHBH'AH'B大地覽水準爭面假定水歉準面黃海密平均抱海水電面hAB三、頁地面澤點的火相互譜位置逝關(guān)系陣及測住量的施基本奸工作水平距桿離、水玩平角及五高程是糠確定地乎面點相撞對位置竿的三個拒基本幾亦何要素噸。要確反定地面已點的相蹦對位置逮常規(guī)測男量的基座本工作替是：①禍測敘距離D②測角度棕（β）③桿測神高差hABCabcxyαβ§1奴.3用水榴平面奪代替博水準團面的葛限度一、地扒球曲率賀對水平牙距離的含影響oA’B’ABCtdRαR—止—地球半右徑63長71席Kmα——圓心角將tgα用級數(shù)撤展開，脹去前兩昌項，得盡：因為α=d/蓮R，故：相對誤摔差：表1水平面腹代替水奧準面的贏距離誤現(xiàn)差和相藥對誤差距離D/km距離誤差ΔD/mm相對誤差ΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000由表敢可知有，在遭半徑付為10k飲m的范族圍內(nèi)尺（相朋當于蔬面積320教km2），冷用水朱平面昂代替魂水準情面可邀不考言慮地研球曲岡率對宣距離胖的影占響。當精度輔要求較蓮低時，熟還可以方將測量珍范圍的似半徑擴寇大到25k想m(相當盯于面濾積20揭00川km2)。二、地配球曲率聾對高程研的影響B(tài)’A’ABCtdRα將secα用級數(shù)懲展開，日取前兩繁項，得惡：代入得向：因為α=d/晌R，故：取R＝63富7l影km，則尤得相還應(yīng)的芒高差帝誤差窩值，站如表領(lǐng)所列胃。距離D/km0.l0.20.30.40.512510△h/mm0.83713207831419627848表2水平痕面代取替水搬準面蹲的高嫌差誤頁差由表哥可知妻，在進恭行水圍準(高程)測量烘時，真應(yīng)當娛用水世準面冤作為輛測量偏的基緩準面?！?.儉4測量工說作的基拌本原則1、測量穩(wěn)工作的餡基本原棋則在實際績測量工售作中應(yīng)正當遵守屬以下基茶本原則: