水文缆道垂度简易测量方法探讨

黄绪海

(吉林省水文水资源白山分局，吉林 白山 134300)



水文缆道垂度简易测量方法探讨

黄绪海

(吉林省水文水资源白山分局，吉林 白山 134300)

该文说明了通过测量缆道站缆道主索垂度变化，计算取沙数值的方法，实际上水文缆道垂度测量的方法其基本原理都是一致的,即以水文缆道建立一个测量坐标系，通过平面几何原理与三角函数原理，计算水文缆道垂度的变化来了解测流取沙值。在实测时，外部客观条件还是会造成测验误差，为了提高水文测验数据的精度，水文测站的工作人员要做好以下几个方面的工作：优化测验的环境，减少测验误差；确定科学的校验系数，校正测验的数据；做好水文数据的后续分析工作，令测验数据精度进一步提高。

水文缆道；缆道垂直；测量

在水文测验工作中，水文测验人员经常要测验测流取沙数据。该数据包括水流动的数据以及泥沙的变化量。目前水文测站通常采用建立水文缆道，通过测量缆道站缆道主索垂度变化，计算取沙数值的方法。实际上水文缆道垂度测量的方法基本原理都是一致的，就是以水文缆道建立一个测量坐标系，通过平面几何原理与三角函数原理计算水文缆道垂度的变化，了解测流取沙值[1-2]。

水文缆道是水文测站进行测流取沙的必要设备，我国《水文缆道测验规范》(SL443—2009)(以下简称《规范》)中详细规定了水文缆道主索加载时的角度控制标准。水利部门作此规定是因为水文缆道主索的垂度大小影响水文缆道测验的精确度，为了让所有的水文测站都能用统一的标准测流取沙，所以规定了主垂的跨度范围、中测距、测深的精确度[3]。水文测站可依此规定架设水文缆道，在水文缆道架设的质量满足《规范》要求的前提下开展水文测验工作。

1　测量方法的原理

水文缆道垂度就是指水文缆道的主垂度，其垂度指标与测流取沙数据测验结果有密切的关系。从水文缆道设计的角度来看，水文缆道的垂度越小，缆道系统的造价成本越高，设计的缆道就能承载较重的水文测验设备；反之，水文缆道的造价成本低，在特殊的环境中则可能不能应用某些测验设备进行水文数据测验[4]。合理设计水文缆道的垂度就有重要的意义，它决定水文测站在特殊的时段能否正常开展水文测验工作。

当水文缆道的主索悬挂在河流两端塔架间时，水文缆道中间会呈现一道垂度，这个垂度又被称为主索垂度。主索垂度在没有承受负荷时，受自重的影响；在承受了悬挂铅鱼等负荷后，受自重、物体质量及其他外力的影响[5]。水文测验人员就是在了解水文垂度的自重、物体质量的前提下，通过观察水文缆道垂度的变化来了解其他因素的影响，经过分析、计算、处理，获得测流取沙数值。

《规范》中提出水文缆道测量的技术要求：水文缆道两个端点必须在同一水平线上，如果由于某种原因不能等高时，两端点的连线与水平线的夹角不能超过3°，这一技术规范制订的目的是为了避免两端不在同一水平线上，让测验的数据精度不足[6]。我国的水文测站架设水文缆道，在满足《规定》要求的前提下，就地取材，架设水文缆道。应用水文缆道的方法测流取沙时，会出现误差，产生误差的原因主要有：水文缆道设施老旧，主索垂度产生误差；在特殊的环境中，主索垂道受洪水、泥流的影响产生误差；在测验的过程中，由于水文缆道承受较大的冲击力或承受过重的质量，令测验限度突破规定的测验下限造成数据误差[7]。水文测验人员要在测验前确定误差系数，调整测验误差。

2　测量方法的实施

2.1架设水文缆道

一般水文缆道是就地架设。绝大部分的水文缆道架设在平地上，在平地无法架设水文缆道时，可浇筑水泥杆架设水文缆道，或应用周围的树木架设水文缆道。无论应用哪种方法架设水文缆道，都必须符合《规范》中规定的要求[8]。

2.2坐标系的确定

确定水文缆道坐标系的目的，是为了了解水文缆道测验时，水文缆道的主索垂道除了下垂以外，是否还做了其他运动，其变化的数值决定了水文测验数据的质量。本次研究应用前方交会的方法建立坐标系，既可以建立独立的坐标系，也可以建立以某个测验区域为系统的一套测区坐标系。无论水文测站建立哪种坐标系统，实测的过程都是一样的。

2.3测站点的建立

在建立了水文缆道以后，为了精确的测验数据，水文测站要在水文缆道主杆杆顶的位置设计测站点。

水文测站工作人员应用水文缆道来测量主垂度时，当水平距离小于10km，可以不必考虑三维空间带来的误差问题，即可把水平面当作投影面，这种方法可简化测量难度。现以图1和图2为例，测站点为了测量水文缆道的垂度，需要确定两个测量点。图1选取A和B两个测量点，它与水文缆道的支架点C、D形成两个三角形，A和B在这个三角平面内，形成一条直线。图2也选取了A和B两个测量点，它与水文缆道的支架点形成了两个三角形。这两个点选取的范围都在全站仪的水平面内。结合实际测量的因素来判断，A点和B点最好相距距离要远，且远离测站点的支架点。

图1

图2

2.4水文缆道支架点的确立

应用三角函数的原理可以计算出水文缆道垂点的变化。图1和图2由A、B两点对C、D两点夹角α1、α2、β1、β2可以画出C、D两点和A、B两点的相对位置，并可通过A、B两点的坐标求出C、D两点的坐标。现用图3来说明水文缆道支架点确立的应用原理。将全站仪架设在A点，在水文缆道的支架点DC上选一点F′作DC的垂线，并且与F相交。在图3中AF′、EA、FA这3条线段是可以通过全站仪测量出来的，此时，EAF也是已知的。现在以F作为主索垂点，此时只要将AB

图3

边转动一个角度δ，形成一个EAF′，便可通过全站仪测量得到EAF′的角度，于是结合三角函数的原理，可以计算出FF′的长度，此时，只要即时监测FAF′的变化，就能计算出FF′的高度变化。

3　结　论

水文缆道的测验原理是以平面几何为基础，应用三角函数的原理计算出缆道垂点的变化，获得水文测站需要测验的数据。这种测验方法操作较为简单，测验的成本不高，测验的精度高，目前被广泛应用。在实测时，必须要注意外部客观条件还是会造成测验的误差，为了提高水文测验数据的精度，水文测站要做好以下几个方面的工作：优化测验的环境，减少测验误差；确定科学的校验系数，校正测验的数据；做好水文数据的后续分析工作，令测验数据精度进一步提高。

[1]李棠,刘图,陈新益.水文缆道多路通信电路的设计及应用[J].水文，2011(S1)：196-199.

[2]王和荣.浅析水文缆道施工质量控制[J].甘肃水利水电技术，2013(7)：10-12.

[3]孙凯,付敬东.浅谈大跨度水文缆道的磨损问题[J].吉林农业版，2012(3)：210.

[4]刘红广,王俊伟,刘焕阳.水文缆道的布设型式改进[J].河南水利与南水北调，2012(8)：3-4.

[5]王梦霖.自重式水文缆道设计建设的应用探究[J].科技创新导报，2012(30)：41.

[6]李维华,吉辛望,郑玉峰.水文缆道设计过程及要点[J].水利信息化，2011(1)：44-47.

[7]夏良谦,陆玉琴.大跨度水文缆道循环索更换及绞缠问题解决方法[J].人民长江，2011(S2)：25-27.

[8]阎永新,郭立新,王明虎,等.主索入地角对水文缆道受力的影响[J].人民黄河，2009，31(4)：43-44.

黄绪海(1974-)，男，高级工程师，主要从事水文水资源管理工作。

U612.23

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2096-0506(2016)03-0086-03