水文纜道垂度簡(jiǎn)易測(cè)量方法探討

黃緒海

(吉林省水文水資源白山分局，吉林 白山 134300)

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水文纜道垂度簡(jiǎn)易測(cè)量方法探討

黃緒海

(吉林省水文水資源白山分局，吉林 白山 134300)

該文說(shuō)明了通過(guò)測(cè)量纜道站纜道主索垂度變化，計(jì)算取沙數(shù)值的方法，實(shí)際上水文纜道垂度測(cè)量的方法其基本原理都是一致的,即以水文纜道建立一個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系，通過(guò)平面幾何原理與三角函數(shù)原理，計(jì)算水文纜道垂度的變化來(lái)了解測(cè)流取沙值。在實(shí)測(cè)時(shí)，外部客觀條件還是會(huì)造成測(cè)驗(yàn)誤差，為了提高水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度，水文測(cè)站的工作人員要做好以下幾個(gè)方面的工作：優(yōu)化測(cè)驗(yàn)的環(huán)境，減少測(cè)驗(yàn)誤差；確定科學(xué)的校驗(yàn)系數(shù)，校正測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)；做好水文數(shù)據(jù)的后續(xù)分析工作，令測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度進(jìn)一步提高。

水文纜道；纜道垂直；測(cè)量

在水文測(cè)驗(yàn)工作中，水文測(cè)驗(yàn)人員經(jīng)常要測(cè)驗(yàn)測(cè)流取沙數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包括水流動(dòng)的數(shù)據(jù)以及泥沙的變化量。目前水文測(cè)站通常采用建立水文纜道，通過(guò)測(cè)量纜道站纜道主索垂度變化，計(jì)算取沙數(shù)值的方法。實(shí)際上水文纜道垂度測(cè)量的方法基本原理都是一致的，就是以水文纜道建立一個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系，通過(guò)平面幾何原理與三角函數(shù)原理計(jì)算水文纜道垂度的變化，了解測(cè)流取沙值[1-2]。

水文纜道是水文測(cè)站進(jìn)行測(cè)流取沙的必要設(shè)備，我國(guó)《水文纜道測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(SL443—2009)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)中詳細(xì)規(guī)定了水文纜道主索加載時(shí)的角度控制標(biāo)準(zhǔn)。水利部門(mén)作此規(guī)定是因?yàn)樗睦|道主索的垂度大小影響水文纜道測(cè)驗(yàn)的精確度，為了讓所有的水文測(cè)站都能用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)流取沙，所以規(guī)定了主垂的跨度范圍、中測(cè)距、測(cè)深的精確度[3]。水文測(cè)站可依此規(guī)定架設(shè)水文纜道，在水文纜道架設(shè)的質(zhì)量滿足《規(guī)范》要求的前提下開(kāi)展水文測(cè)驗(yàn)工作。

1　測(cè)量方法的原理

水文纜道垂度就是指水文纜道的主垂度，其垂度指標(biāo)與測(cè)流取沙數(shù)據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果有密切的關(guān)系。從水文纜道設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，水文纜道的垂度越小，纜道系統(tǒng)的造價(jià)成本越高，設(shè)計(jì)的纜道就能承載較重的水文測(cè)驗(yàn)設(shè)備；反之，水文纜道的造價(jià)成本低，在特殊的環(huán)境中則可能不能應(yīng)用某些測(cè)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行水文數(shù)據(jù)測(cè)驗(yàn)[4]。合理設(shè)計(jì)水文纜道的垂度就有重要的意義，它決定水文測(cè)站在特殊的時(shí)段能否正常開(kāi)展水文測(cè)驗(yàn)工作。

當(dāng)水文纜道的主索懸掛在河流兩端塔架間時(shí)，水文纜道中間會(huì)呈現(xiàn)一道垂度，這個(gè)垂度又被稱為主索垂度。主索垂度在沒(méi)有承受負(fù)荷時(shí)，受自重的影響；在承受了懸掛鉛魚(yú)等負(fù)荷后，受自重、物體質(zhì)量及其他外力的影響[5]。水文測(cè)驗(yàn)人員就是在了解水文垂度的自重、物體質(zhì)量的前提下，通過(guò)觀察水文纜道垂度的變化來(lái)了解其他因素的影響，經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算、處理，獲得測(cè)流取沙數(shù)值。

《規(guī)范》中提出水文纜道測(cè)量的技術(shù)要求：水文纜道兩個(gè)端點(diǎn)必須在同一水平線上，如果由于某種原因不能等高時(shí)，兩端點(diǎn)的連線與水平線的夾角不能超過(guò)3°，這一技術(shù)規(guī)范制訂的目的是為了避免兩端不在同一水平線上，讓測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)精度不足[6]。我國(guó)的水文測(cè)站架設(shè)水文纜道，在滿足《規(guī)定》要求的前提下，就地取材，架設(shè)水文纜道。應(yīng)用水文纜道的方法測(cè)流取沙時(shí)，會(huì)出現(xiàn)誤差，產(chǎn)生誤差的原因主要有：水文纜道設(shè)施老舊，主索垂度產(chǎn)生誤差；在特殊的環(huán)境中，主索垂道受洪水、泥流的影響產(chǎn)生誤差；在測(cè)驗(yàn)的過(guò)程中，由于水文纜道承受較大的沖擊力或承受過(guò)重的質(zhì)量，令測(cè)驗(yàn)限度突破規(guī)定的測(cè)驗(yàn)下限造成數(shù)據(jù)誤差[7]。水文測(cè)驗(yàn)人員要在測(cè)驗(yàn)前確定誤差系數(shù)，調(diào)整測(cè)驗(yàn)誤差。

2　測(cè)量方法的實(shí)施

2.1架設(shè)水文纜道

一般水文纜道是就地架設(shè)。絕大部分的水文纜道架設(shè)在平地上，在平地?zé)o法架設(shè)水文纜道時(shí)，可澆筑水泥桿架設(shè)水文纜道，或應(yīng)用周圍的樹(shù)木架設(shè)水文纜道。無(wú)論應(yīng)用哪種方法架設(shè)水文纜道，都必須符合《規(guī)范》中規(guī)定的要求[8]。

2.2坐標(biāo)系的確定

確定水文纜道坐標(biāo)系的目的，是為了了解水文纜道測(cè)驗(yàn)時(shí)，水文纜道的主索垂道除了下垂以外，是否還做了其他運(yùn)動(dòng)，其變化的數(shù)值決定了水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。本次研究應(yīng)用前方交會(huì)的方法建立坐標(biāo)系，既可以建立獨(dú)立的坐標(biāo)系，也可以建立以某個(gè)測(cè)驗(yàn)區(qū)域?yàn)橄到y(tǒng)的一套測(cè)區(qū)坐標(biāo)系。無(wú)論水文測(cè)站建立哪種坐標(biāo)系統(tǒng)，實(shí)測(cè)的過(guò)程都是一樣的。

2.3測(cè)站點(diǎn)的建立

在建立了水文纜道以后，為了精確的測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)，水文測(cè)站要在水文纜道主桿桿頂?shù)奈恢迷O(shè)計(jì)測(cè)站點(diǎn)。

水文測(cè)站工作人員應(yīng)用水文纜道來(lái)測(cè)量主垂度時(shí)，當(dāng)水平距離小于10km，可以不必考慮三維空間帶來(lái)的誤差問(wèn)題，即可把水平面當(dāng)作投影面，這種方法可簡(jiǎn)化測(cè)量難度。現(xiàn)以圖1和圖2為例，測(cè)站點(diǎn)為了測(cè)量水文纜道的垂度，需要確定兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)。圖1選取A和B兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，它與水文纜道的支架點(diǎn)C、D形成兩個(gè)三角形，A和B在這個(gè)三角平面內(nèi)，形成一條直線。圖2也選取了A和B兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)，它與水文纜道的支架點(diǎn)形成了兩個(gè)三角形。這兩個(gè)點(diǎn)選取的范圍都在全站儀的水平面內(nèi)。結(jié)合實(shí)際測(cè)量的因素來(lái)判斷，A點(diǎn)和B點(diǎn)最好相距距離要遠(yuǎn)，且遠(yuǎn)離測(cè)站點(diǎn)的支架點(diǎn)。

圖1

圖2

2.4水文纜道支架點(diǎn)的確立

應(yīng)用三角函數(shù)的原理可以計(jì)算出水文纜道垂點(diǎn)的變化。圖1和圖2由A、B兩點(diǎn)對(duì)C、D兩點(diǎn)夾角α1、α2、β1、β2可以畫(huà)出C、D兩點(diǎn)和A、B兩點(diǎn)的相對(duì)位置，并可通過(guò)A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)求出C、D兩點(diǎn)的坐標(biāo)?，F(xiàn)用圖3來(lái)說(shuō)明水文纜道支架點(diǎn)確立的應(yīng)用原理。將全站儀架設(shè)在A點(diǎn)，在水文纜道的支架點(diǎn)DC上選一點(diǎn)F′作DC的垂線，并且與F相交。在圖3中AF′、EA、FA這3條線段是可以通過(guò)全站儀測(cè)量出來(lái)的，此時(shí)，EAF也是已知的?，F(xiàn)在以F作為主索垂點(diǎn)，此時(shí)只要將AB

圖3

邊轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度δ，形成一個(gè)EAF′，便可通過(guò)全站儀測(cè)量得到EAF′的角度，于是結(jié)合三角函數(shù)的原理，可以計(jì)算出FF′的長(zhǎng)度，此時(shí)，只要即時(shí)監(jiān)測(cè)FAF′的變化，就能計(jì)算出FF′的高度變化。

3　結(jié)　論

水文纜道的測(cè)驗(yàn)原理是以平面幾何為基礎(chǔ)，應(yīng)用三角函數(shù)的原理計(jì)算出纜道垂點(diǎn)的變化，獲得水文測(cè)站需要測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。這種測(cè)驗(yàn)方法操作較為簡(jiǎn)單，測(cè)驗(yàn)的成本不高，測(cè)驗(yàn)的精度高，目前被廣泛應(yīng)用。在實(shí)測(cè)時(shí)，必須要注意外部客觀條件還是會(huì)造成測(cè)驗(yàn)的誤差，為了提高水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度，水文測(cè)站要做好以下幾個(gè)方面的工作：優(yōu)化測(cè)驗(yàn)的環(huán)境，減少測(cè)驗(yàn)誤差；確定科學(xué)的校驗(yàn)系數(shù)，校正測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)；做好水文數(shù)據(jù)的后續(xù)分析工作，令測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度進(jìn)一步提高。

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黃緒海(1974-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水文水資源管理工作。

U612.23

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2096-0506(2016)03-0086-03