三河水文站水文缆道设计探讨

李京

（河北省廊坊水文水资源勘测局，河北廊坊065000）

三河水文站为潮白蓟运河流域蓟运河水系泃河水文站，为泃河控制站，属国家二类河道站。站址位于河北省三河市泃阳镇，测站以上控制集水面积1 790 km2。三河水文站历年实测最高水位17.24 m；实测最大流量809 m3/s，调查最大流量880 m3/s；实测最大流速：浮标法1.79 m/s、流速仪法2.04 m/s；实测最大水深8.4 m；实测最大含沙量24.1 kg/m3；实测最大水面宽129 m。该站极端最高气温40.2℃，极端最低气温-25.8℃，多年平均风速2.9 m/s。

1 缆道总体结构描述

新建缆道机房建筑面积为41 m2。新建河道测验断面过河索缆道，跨度为143.0 m。缆道左岸支架为钢支架，支架高8.35 m，支架架头截面尺寸为0.40 m×0.40 m，钢架呈四方形单斜杆直立式结构，单向拉线。主材采用L80×5角钢，缀材采用L50×5角钢，钢架底宽1.2 m。右岸与缆道房预埋贯通螺栓紧固件连接。

缆道分二层架设钢索，分别为主索、工作索。在主索轮下0.5 m处安装循环（转向）轮，通过垂直布设的循环索驱动铅鱼进行测量。采用自动缆道测流控制系统1套、缆道水文绞车一台、铅鱼BW-50 kg一只、平衡三角行车架一只、绝缘滑轮1套、循环工作索ф6 mm钢丝绳200 m、主索ф12 mm光面钢丝绳180 m。

2 设计指标

2.1 缆道基本设计数据

1）设计最高水位Hmax=17.24 m；

2）设计最大水深hmax=9.0 m；

3）设计最大流速Vmax=5.0 m/s；

4）设计跨度L=143 m；

5）设计铅鱼重100 kg；

6）设计加载垂度2.5 m；

7）设计测流时最大风力6级，风速13.0 m/s；不测流时最大风力9级，风速24.0 m/s；

8）铅鱼底到八字拉线交点距离S1=1.0 m；

9）行车高度S2=0.5 m；

10）安全超高S3=0.8 m。

2.2 技术设计成果（详细设计计算过程省略）

1）钢架高度8.35 m。

2）钢丝绳选用

主索采用Φ12 mm钢丝绳，单重qz=0.7533 kg/m，破断拉力不小于96 700 N；

工作索采用Φ6.0 mm钢丝绳，单重qg=0.1882 kg/m，破断拉力不小于24 100 N；

3）荷载

（1）主索空载拉力7 547 N，极限受力96 700 N。

（2）主索加载水平拉力H为20 658 N，KH≤Tj为安全。K为安全系数取3.0，Tj为主索破断拉力为96 700 N，由于20 658×3=61 974 N＜96 700 N，所以主索在抗拉力设计上是安全的。

（3）循环工作索拉力2 254 N，安全系数2.0，4 508 N＜24 100 N，抗拉力设计上是安全的。

4）主索高程

缆道主索高程为26.45 m。

主索设计高程≥历年最高洪水位+安全超高+铅鱼与行车架高度+加载垂度。

根据缆道设计标准规范，式中安全超高一般取1.5～2.5 m，设计中取2.5 m。

计算结果：26.45 m＞17.24+2.5+0.9+2.5=23.14 m。缆道主索高程符合实际情况。

5）取材计算及取用

（1）左岸钢架主材为 L80×5，缀材为 L50×5，验算安全。

（2）右岸与缆道房预埋螺栓紧固件连接，验算安全。

（3）左岸钢架基础为C25砼，边长为1.5 m的正方形，深度1.5m，验算安全。

6）缆道机房

新建缆道机房占地面积为32.24 m2，由于机房高度达8.3 m，外墙已相当于二层建筑，按占地面积32.24 m2的20%增加计算面积，新建缆道机房建筑面积为41 m2，位置选在缆道断面右岸临河侧。

3 驱动控制系统

3.1 功能设计

具有控制铅鱼水平运行及垂直升降功能。具有对流量信息（水面、河底、流速、水深、起点距）的接收、处理、计算及存储功能，并具备与计算机实时通讯功能。当发生异常时具备应急控制功能。

3.2 主要设备选型

控制系统主要设备有交流变频器、三相交流异步电动机及无级调速装置。主要工作原理是根据电动机拖动负载的性质及状态，改变电动机工作电源的电压（380 V或中、高压）和频率（一般为50 HZ），使电动机在拖动不同负载时达到最佳工作状态。

主要控制指标：

①供电电源：380 V±10%，50 Hz；

②运行速度：0～1.0 m/s；

③电动机运行频率：0～50 Hz（要求显示）；

④具备限位控制装置（水平时最大、最小，垂直时最高，河底自动停车）；

⑤铅鱼制动时间：小于1 s。

4 流量信息采集及处理系统

实施流量信息自动采集的基本载体是铅鱼。水深（水面、河底信号）、流速等水文要素的信号源均安装在铅鱼上，通过铅鱼的水平和垂直移动，将信号源带到指定的垂线（测点），实现水深、流速等信息的自动采集。

水面、河底、流速仪信息的传输方式设计为数字编码无线传输，由信号发射器和信号接收器组成。信号发射器安装在铅鱼尾翼上与流速仪同高度，铅鱼悬吊索作为信号发射天线。

4.1 主要技术参数

1）起点距测量：

①起点距测量范围：－99.9～999.9 m；

②精度：0.1 m（符合水文规范要求）；

③光电编码传感器信号系数：0.001～9.999；

④触摸屏上用字符和图形显示起点距。

2）水深测量：

①测深范围及光电编码传感器信号系数同起点距测量。

②精度：0.01 m（符合水文规范要求）。

3）流速测量：

①适应：20转、5转信号的流速仪；

②测量历时：可修改、保存；

③自动计时、记数、计算流速；

④精度：计时 0.1 s；记数：无误差；流速：0.001 m/s。

5 结语

通过多年水文工程的设计施工，深感项目系统化设计的重要性，水文缆道的设计应遵循土建、设施、设备一体化设计原则，由于水文站点分布在各自的不同环境中，个体差异很大，所以搞好设计前期的数据调查和计算工作十分重要。