三河水文站水文纜道設(shè)計探討

李京

（河北省廊坊水文水資源勘測局，河北廊坊065000）

三河水文站為潮白薊運河流域薊運河水系泃河水文站，為泃河控制站，屬國家二類河道站。站址位于河北省三河市泃陽鎮(zhèn)，測站以上控制集水面積1 790 km2。三河水文站歷年實測最高水位17.24 m；實測最大流量809 m3/s，調(diào)查最大流量880 m3/s；實測最大流速：浮標法1.79 m/s、流速儀法2.04 m/s；實測最大水深8.4 m；實測最大含沙量24.1 kg/m3；實測最大水面寬129 m。該站極端最高氣溫40.2℃，極端最低氣溫-25.8℃，多年平均風速2.9 m/s。

1 纜道總體結(jié)構(gòu)描述

新建纜道機房建筑面積為41 m2。新建河道測驗斷面過河索纜道，跨度為143.0 m。纜道左岸支架為鋼支架，支架高8.35 m，支架架頭截面尺寸為0.40 m×0.40 m，鋼架呈四方形單斜桿直立式結(jié)構(gòu)，單向拉線。主材采用L80×5角鋼，綴材采用L50×5角鋼，鋼架底寬1.2 m。右岸與纜道房預埋貫通螺栓緊固件連接。

纜道分二層架設(shè)鋼索，分別為主索、工作索。在主索輪下0.5 m處安裝循環(huán)（轉(zhuǎn)向）輪，通過垂直布設(shè)的循環(huán)索驅(qū)動鉛魚進行測量。采用自動纜道測流控制系統(tǒng)1套、纜道水文絞車一臺、鉛魚BW-50 kg一只、平衡三角行車架一只、絕緣滑輪1套、循環(huán)工作索ф6 mm鋼絲繩200 m、主索ф12 mm光面鋼絲繩180 m。

2 設(shè)計指標

2.1 纜道基本設(shè)計數(shù)據(jù)

1）設(shè)計最高水位Hmax=17.24 m；

2）設(shè)計最大水深hmax=9.0 m；

3）設(shè)計最大流速Vmax=5.0 m/s；

4）設(shè)計跨度L=143 m；

5）設(shè)計鉛魚重100 kg；

6）設(shè)計加載垂度2.5 m；

7）設(shè)計測流時最大風力6級，風速13.0 m/s；不測流時最大風力9級，風速24.0 m/s；

8）鉛魚底到八字拉線交點距離S1=1.0 m；

9）行車高度S2=0.5 m；

10）安全超高S3=0.8 m。

2.2 技術(shù)設(shè)計成果（詳細設(shè)計計算過程省略）

1）鋼架高度8.35 m。

2）鋼絲繩選用

主索采用Φ12 mm鋼絲繩，單重qz=0.7533 kg/m，破斷拉力不小于96 700 N；

工作索采用Φ6.0 mm鋼絲繩，單重qg=0.1882 kg/m，破斷拉力不小于24 100 N；

3）荷載

（1）主索空載拉力7 547 N，極限受力96 700 N。

（2）主索加載水平拉力H為20 658 N，KH≤Tj為安全。K為安全系數(shù)取3.0，Tj為主索破斷拉力為96 700 N，由于20 658×3=61 974 N＜96 700 N，所以主索在抗拉力設(shè)計上是安全的。

（3）循環(huán)工作索拉力2 254 N，安全系數(shù)2.0，4 508 N＜24 100 N，抗拉力設(shè)計上是安全的。

4）主索高程

纜道主索高程為26.45 m。

主索設(shè)計高程≥歷年最高洪水位+安全超高+鉛魚與行車架高度+加載垂度。

根據(jù)纜道設(shè)計標準規(guī)范，式中安全超高一般取1.5～2.5 m，設(shè)計中取2.5 m。

計算結(jié)果：26.45 m＞17.24+2.5+0.9+2.5=23.14 m。纜道主索高程符合實際情況。

5）取材計算及取用

（1）左岸鋼架主材為 L80×5，綴材為 L50×5，驗算安全。

（2）右岸與纜道房預埋螺栓緊固件連接，驗算安全。

（3）左岸鋼架基礎(chǔ)為C25砼，邊長為1.5 m的正方形，深度1.5m，驗算安全。

6）纜道機房

新建纜道機房占地面積為32.24 m2，由于機房高度達8.3 m，外墻已相當于二層建筑，按占地面積32.24 m2的20%增加計算面積，新建纜道機房建筑面積為41 m2，位置選在纜道斷面右岸臨河側(cè)。

3 驅(qū)動控制系統(tǒng)

3.1 功能設(shè)計

具有控制鉛魚水平運行及垂直升降功能。具有對流量信息（水面、河底、流速、水深、起點距）的接收、處理、計算及存儲功能，并具備與計算機實時通訊功能。當發(fā)生異常時具備應(yīng)急控制功能。

3.2 主要設(shè)備選型

控制系統(tǒng)主要設(shè)備有交流變頻器、三相交流異步電動機及無級調(diào)速裝置。主要工作原理是根據(jù)電動機拖動負載的性質(zhì)及狀態(tài)，改變電動機工作電源的電壓（380 V或中、高壓）和頻率（一般為50 HZ），使電動機在拖動不同負載時達到最佳工作狀態(tài)。

主要控制指標：

①供電電源：380 V±10%，50 Hz；

②運行速度：0～1.0 m/s；

③電動機運行頻率：0～50 Hz（要求顯示）；

④具備限位控制裝置（水平時最大、最小，垂直時最高，河底自動停車）；

⑤鉛魚制動時間：小于1 s。

4 流量信息采集及處理系統(tǒng)

實施流量信息自動采集的基本載體是鉛魚。水深（水面、河底信號）、流速等水文要素的信號源均安裝在鉛魚上，通過鉛魚的水平和垂直移動，將信號源帶到指定的垂線（測點），實現(xiàn)水深、流速等信息的自動采集。

水面、河底、流速儀信息的傳輸方式設(shè)計為數(shù)字編碼無線傳輸，由信號發(fā)射器和信號接收器組成。信號發(fā)射器安裝在鉛魚尾翼上與流速儀同高度，鉛魚懸吊索作為信號發(fā)射天線。

4.1 主要技術(shù)參數(shù)

1）起點距測量：

①起點距測量范圍：－99.9～999.9 m；

②精度：0.1 m（符合水文規(guī)范要求）；

③光電編碼傳感器信號系數(shù)：0.001～9.999；

④觸摸屏上用字符和圖形顯示起點距。

2）水深測量：

①測深范圍及光電編碼傳感器信號系數(shù)同起點距測量。

②精度：0.01 m（符合水文規(guī)范要求）。

3）流速測量：

①適應(yīng)：20轉(zhuǎn)、5轉(zhuǎn)信號的流速儀；

②測量歷時：可修改、保存；

③自動計時、記數(shù)、計算流速；

④精度：計時 0.1 s；記數(shù)：無誤差；流速：0.001 m/s。

5 結(jié)語

通過多年水文工程的設(shè)計施工，深感項目系統(tǒng)化設(shè)計的重要性，水文纜道的設(shè)計應(yīng)遵循土建、設(shè)施、設(shè)備一體化設(shè)計原則，由于水文站點分布在各自的不同環(huán)境中，個體差異很大，所以搞好設(shè)計前期的數(shù)據(jù)調(diào)查和計算工作十分重要。