提高水文纜道測深精度的方法

□董向東 □王燕鵬 □王德鋒（河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局）

1.纜道水深測量概況

纜道測深的原理，是用懸索懸吊鉛魚，測定鉛魚自水面下放至河底時，通過岸上的一些傳感裝置和計數(shù)表來測量懸索的入水長度作為實測水深。

纜道測深的方法，使懸索懸吊鉛魚從空中開始下放，當(dāng)鉛魚放到水面時，將岸上的計數(shù)器歸零，然后鉛魚繼續(xù)下放，在下放的過程中，傳感器不斷將懸索下放長度傳至計數(shù)器進(jìn)行記數(shù)，當(dāng)鉛魚觸及河底時，記數(shù)停止，這時計數(shù)器所記的數(shù)即表示水深。該方法適用于各種水深流急的河流，應(yīng)用范圍廣泛，是目前江河斷面測深的主要測量方法。

2.影響測深精度的主要因素

用纜道測量水深的理想模式：一是，懸索行車的高程和位置都認(rèn)為是固定的；二是，鉛魚有足夠的重量來克服偏角而能垂直下放到河底；三是，循環(huán)索的張力不變、垂度不變。這樣在岸上所計的數(shù)才能代表實測水深。

而在實際測驗工作中，行車是由主索來支撐的，而主索本身富有彈性，會受外力發(fā)生上下彈動和變形，使行車高程發(fā)生變動；鉛魚入水后受力情況發(fā)生變化，起重索張力就會變化，因此循環(huán)索的垂度亦隨之變化；洪水期，受流速的影響，水下部分的懸索和鉛魚會受到水流的沖擊而偏向下游，產(chǎn)生不同程度的懸索偏角。這些都影響水深測量的精度。

3.提高水深測量精度的措施

3.1 主索要粗，垂度要小

主索要粗，首先是自重大，當(dāng)受同樣外力作用時其位移就小，其次自重大其垂度也可以減小，就可以減小行車高程的誤差。

3.2 鉛魚要重，循環(huán)索要細(xì)

鉛魚重量大小，是直接關(guān)系到懸索偏角的大小。無論從實踐或理論上都可以證明偏角太大會造成很大的誤差，所以要減小偏角就要把鉛魚重量適當(dāng)?shù)丶哟螅瑫r在保證有足夠的安全系數(shù)的前提下，循環(huán)索應(yīng)選用直徑小一點。

3.3 水面開關(guān)位置要適當(dāng)，河底托板要靈活

要求水面開關(guān)安裝在適當(dāng)?shù)母叨?，最好安設(shè)在垂直尾翼的上方，使整個鉛魚入水后，水面開關(guān)才起作用；河底托板要求是在足以克服水流沖擊力的前提下，力求輕巧靈活，不宜過于笨重。

3.4 增加副索，減小懸索偏角

由于流速的作用要產(chǎn)生偏角，偏角大了就會降低所測成果質(zhì)量，采取副索拉偏的輔助性設(shè)施，可以減小偏角，提高測驗精度。

4.纜道測深的懸索偏角改正

以上措施是改變測站基本設(shè)施來提高測深精度，而懸索偏角始終存在，所謂懸索偏角就是在流速的作用下，水下部分的懸索和鉛魚受到水流的沖擊力而偏下下游，與鉛垂線之間產(chǎn)生一個夾角θ（如圖1所示）。下面簡述一下懸索偏角的改正。纜道測深用計數(shù)器測讀，偏角改正包括三部分內(nèi)容，即干繩改正、濕繩改正、纜道位移及抬升改正，簡寫作Δ干、Δ濕、Δ位。

如圖1所示，若偏角θ＞10°，懸索支點至水面的高差于測得水深的比值（D/B/C），小于表1的數(shù)值，可對濕繩長度改正，若比值大于表1的數(shù)值，除作濕繩長度改正外，還應(yīng)作干繩長度改正。

圖1 測深偏角改正示意圖

表1 干繩長度改正的條件表

偏角θ＜10°，但干繩長度改正數(shù)超過水深1～2%時，只作干繩長度改正。干繩改正數(shù)=干繩長度×（1-cosθ）.

偏角θ＞5°時，應(yīng)分別進(jìn)行△干、△位的改正。首先做懸索水上部分的改正，包括△干、△位。其次做水下部分改正，求得濕繩長，再進(jìn)行濕繩改正后得水深d。

水深計算公式：

式中：L—計數(shù)器讀數(shù)；△濕—根據(jù)規(guī)范進(jìn)行改正；△干= AB'×（1/cosθ-1），m；△位可用下式計算：

式中：△升—主索升高改正值，m；△s—循回索伸長改正值，m；△面—水面開關(guān)至鉛魚底部的距離，m。

5.結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們水文測驗的設(shè)施也在不斷的發(fā)展。如全（半）自動水文纜道控制臺的應(yīng)用，它實現(xiàn)了測深的自動化，代替了計數(shù)器讀數(shù)，減小了傳感器讀數(shù)誤差；它實現(xiàn)了行車速度的無極調(diào)速，避免快速的起動和突然的剎車，減小了主索上下彈動的幅度，這都大大提高了測深的精度。另外水文纜道懸索的保養(yǎng)和維護(hù)也有益于提高測深的精度。最后我們應(yīng)該在每一次操作過程中細(xì)心操作，認(rèn)真觀察；結(jié)束后總結(jié)經(jīng)驗，找出規(guī)律，精益求精，認(rèn)真的工作態(tài)度和正確的工作方法才是提高水文纜道測深精度的關(guān)鍵所在。