1.悬索缆道
(1)悬索缆道的结构与型式。悬索缆道是最常用的缆道,又称流速仪缆道,用于岸上测流。水文缆道主要有承载、驱动、信号传递三大部分组成。承载部分包括承载索(主索)、支架、锚碇等设备。驱动部分包括牵引索(循环索、起重索、悬索)、绞车、滑轮、行车、平衡锤等。驱动动力有电力、内燃机(已极少应用)和人力几种。信号传递部分包括信号线路与仪表装置等。图2.117是国外常用的手摇悬索缆道示意图。
图2.117 手摇悬索缆道
1—后拉索;2—横向移动索返回滑轮;3—轨索或主索;4—行车;5—流速仪;6—铅鱼或测深锤;7—距离测量;8—深度测量;9—缆索卷盘
水文缆道的型式有多种,习惯上以循环索是否闭合分为闭口式和开口式两大类。闭口游轮式缆道的循环索为封闭式,它只能控制行车左右水平方向运行。仪器的提放则由起重索另行控制。闭口游轮式缆道在起重索上装有游轮,使得上提仪器时可省力一半。缺点是为了避免因游轮入水而增大悬索偏角,游轮至铅鱼之间悬索长度要根据测洪最大水深确定,因此主索支点要相应提高。开口游轮式缆道的牵引索兼有循环、起重、悬索三种作用,铅鱼和流速仪的升降,通过岸上支架附近游轮进退来操作。它是目前一般测站广泛采用的缆道形式。
在水文缆道上采用悬索悬吊铅鱼测深,当主索跨度大于300m时,主索弹跳影响测深精度。当遇到较大洪水时,这些问题的处理尚未完全解决。
悬索缆道的发展很快,计算机和电子技术的应用实现了缆道操作自动化。能自动显示起点距、水深、流速等测量参数,水上水下多种信号传递的可靠性也大有提高。少数水文站配备的全自动化的缆道测流装置,可以自动完成整个测流过程,并完成全部数据计算,直至将测验成果输出。
(2)水文缆道的技术要求。包括测验精度要求,率定、比测要求。
1)测验精度要求。通过现场比测,缆道各项测验精度要求如下(此要求适用于各种缆道):①起点距。垂线定位误差不大于水深的0.5%或绝对误差不超过1.0m,累计误差不大于河宽1%。②水深。累计率为75%的误差不大于水深1%~3%,水深在3.0m以下及河底不平时不大于水深3%~5%,系统误差不大于1%。水深小于1.0m时绝对误差不大于0.05m。③流量。累计频率为75%的误差不大于5%,系统误差不大于1%。④含沙量。采用缆道积时式悬沙采样器时,进口流速系数75%以上测点在0.9~1.1之间。多沙河流含沙量大于30kg/m3时,进口流速系数可由流域机构、省(自治区、直辖市)水文水资源勘测局或水文总站根据试验结果另定。
2)率定、比测要求。缆道在投产前,必须进行起点距和水深的率定与比测工作。比测的目的是检验记录值与实测值的误差。比测总点数一般各不少于30点,且均匀分布在全断面。投产后亦应进行此项工作,一般每年1~2次,分别在汛前、汛中进行。当主索垂度调整、更换铅鱼、循环索、起重索、传感轮及改变信号装置时,应及时重新率定、比测。
流量比测次数总共不少于30次,均匀分布在各级流量范围内,比测幅度不应小于全年最大流量变幅的75%。
含沙量比测范围可掌握在全年最大沙量变幅的75%以内,以单线比测的方法进行,比测点数不少于30点,每点重复2~3次取样,用以建立缆道所用的积时式采样器(或其他采样器)与(原用的)横式采样器测得的含沙量的关系。积时式采样器与横式采样器所测含沙量及颗粒级配应有一定的关系,以保证前后资料之间的衔接。
(3)水文缆道的结构型式配置。包括结构型式的选择和仪器设备配置两部分。
1)结构型式的选择。悬索缆道按结构分有悬杆缆道和悬索缆道两种。
悬杆缆道一般可用于跨度不大、水深较浅、流速小且漂浮物较少的测站。悬杆宜采用强度较高的流线型合金钢等,以减小水流阻力,增加抗弯强度。悬杆有足够重量,必要时下端可悬吊重锤,以保证洪水时可以下放到河底。
悬索缆道有不拉偏式和拉偏式两种。在流速较大处可采用拉偏式缆道,拉偏式缆道的悬索偏角应小于5°,通过比测精度符合要求的可不作偏角改正。
2)仪器设备配置。悬索缆道除了专门设计制作的承载索(主索)、支架、锚定、牵引索(循环索、起重索、悬索)、滑轮、行车、平衡锤等设备,还需要配置缆道铅鱼、缆道绞车、缆道操作控制台、信号传输接收装置。
偏角较大的悬索缆道需要配备偏角观测设备。偏角观测设备有偏角器和偏角观测仪等,按测站具体情况选用,一般均需自制。偏角器应自由悬吊在行车上,平行于水流方向,其原点应与悬索支点重合,下垂线应能保持垂直,并不受行车偏转影响。水面较宽的站,应配备望远镜观读偏角,偏角器最小读数为1°。(www.xing528.com)
(4)缆道防雷。高出周围地形物很多的缆道支架,缆索,很容易成为雷击的目标。为确保安全,缆道应安装防雷设施。
主要的防雷设施包括两边缆道支架上的接闪器(避雷针)、过河缆索的接闪器(避雷线)、接地地网、信号避雷、电源避雷、站房避雷等。可以参考“水文数据传输技术”中的“供电与防雷”了解有关防雷技术。防雷设施的建造应符合有关标准。
2.水文缆车(吊箱)
我国北方河流流速大,漂浮物多,不宜使用悬索缆道的测站,设置水文缆车比较合适。人在缆车上操作,较为方便。但是,要特别注意安全问题。
(1)升降式缆车。对于水位变幅较大的山溪性河流,宜采用升降式缆车,测验员在缆车上操作。其总体布置是在主索行车上悬挂一个可乘坐测验人员的缆车(吊箱)。吊箱可根据水位涨落及承载索垂度变化而随时升降。悬吊仪器的悬杆或绞车装于吊箱外,可以升降。这种缆车既能测流,又能测沙等,是一种使用效果较好的设备。
(2)水平式缆车。在更小(窄)的河流,适宜使用水平式缆车。其特点是在两岸间固定一根或两根平行而且绷紧的缆索,载人缆车只能在这一根或两根缆索轨道上水平横跨断面,完成测流。测验员在缆车上操作,缆车不能升降。悬吊仪器的悬杆或绞车装在缆车外,人工控制升降。这种缆车很稳定,便于操作,有安全感,但不能用于较宽河流。吊箱缆道如图2.118所示。
图2.118 吊箱缆道
1—塔架;2—悬吊索;3—缆车;4—轨索或主索;5—流速仪;6—测深锤;7—锚定;8—拉索
3.水文测船
水文测船是主要的水文渡河设施,其种类、功能、配备差距很大,所用船只的大小、动力、制造材料也有不同。在《水文测船测验规范》中已有具体规定。
4.缆索吊船设施设备
这种过河设备用于船上测流。缆索吊船主要有:测船、吊船过河缆道、支架、锚碇、行车架、吊船索及测船定位设施等组成。
图2.119 钢制水文测桥
吊船过河缆道只是一根过河钢索,两端固定在两岸的支架顶端,钢索高于最高洪水位上一定高度。行车架可以在过河钢索上自由滑动,吊船索的一端固定在行车架上,另一端固定在测船的绞车上。测船可以没有动力,依靠吊船索的拖曳,加上船舵、锚碇作用,使测船定位在所需位置。吊船索和吊船过河缆道可以作为一根信号传输通道,但要特别注意雷击破坏和影响。
5.水文测桥
水文测桥可专门建设或选择交通桥梁。如测验断面较窄,可建立专用的水文测桥,专用水文测桥多用于渠道站。天然河流上的测站多是利用交通桥梁进行测验。在测桥上可建立专用的测验设施或采用巡测车测验,也可利用桥梁投放浮标进行测验。我国采用桥梁测验的测站较少,而发达国家采用桥测较多,图2.119是建在一大型渠道上的钢制水文测桥,桥边渠道坡岸上刻画有斜坡式水尺,测桥中部留有安装非接触式水位计的机箱。
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