水文纜道垂度簡易測量方法探討

黃緒海

(吉林省水文水資源白山分局，吉林 白山 134300)

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水文纜道垂度簡易測量方法探討

黃緒海

(吉林省水文水資源白山分局，吉林 白山 134300)

該文說明了通過測量纜道站纜道主索垂度變化，計算取沙數值的方法，實際上水文纜道垂度測量的方法其基本原理都是一致的,即以水文纜道建立一個測量坐標系，通過平面幾何原理與三角函數原理，計算水文纜道垂度的變化來了解測流取沙值。在實測時，外部客觀條件還是會造成測驗誤差，為了提高水文測驗數據的精度，水文測站的工作人員要做好以下幾個方面的工作：優化測驗的環境，減少測驗誤差；確定科學的校驗系數，校正測驗的數據；做好水文數據的后續分析工作，令測驗數據精度進一步提高。

水文纜道；纜道垂直；測量

在水文測驗工作中，水文測驗人員經常要測驗測流取沙數據。該數據包括水流動的數據以及泥沙的變化量。目前水文測站通常采用建立水文纜道，通過測量纜道站纜道主索垂度變化，計算取沙數值的方法。實際上水文纜道垂度測量的方法基本原理都是一致的，就是以水文纜道建立一個測量坐標系，通過平面幾何原理與三角函數原理計算水文纜道垂度的變化，了解測流取沙值[1-2]。

水文纜道是水文測站進行測流取沙的必要設備，我國《水文纜道測驗規范》(SL443—2009)(以下簡稱《規范》)中詳細規定了水文纜道主索加載時的角度控制標準。水利部門作此規定是因為水文纜道主索的垂度大小影響水文纜道測驗的精確度，為了讓所有的水文測站都能用統一的標準測流取沙，所以規定了主垂的跨度范圍、中測距、測深的精確度[3]。水文測站可依此規定架設水文纜道，在水文纜道架設的質量滿足《規范》要求的前提下開展水文測驗工作。

1　測量方法的原理

水文纜道垂度就是指水文纜道的主垂度，其垂度指標與測流取沙數據測驗結果有密切的關系。從水文纜道設計的角度來看，水文纜道的垂度越小，纜道系統的造價成本越高，設計的纜道就能承載較重的水文測驗設備；反之，水文纜道的造價成本低，在特殊的環境中則可能不能應用某些測驗設備進行水文數據測驗[4]。合理設計水文纜道的垂度就有重要的意義，它決定水文測站在特殊的時段能否正常開展水文測驗工作。

當水文纜道的主索懸掛在河流兩端塔架間時，水文纜道中間會呈現一道垂度，這個垂度又被稱為主索垂度。主索垂度在沒有承受負荷時，受自重的影響；在承受了懸掛鉛魚等負荷后，受自重、物體質量及其他外力的影響[5]。水文測驗人員就是在了解水文垂度的自重、物體質量的前提下，通過觀察水文纜道垂度的變化來了解其他因素的影響，經過分析、計算、處理，獲得測流取沙數值。

《規范》中提出水文纜道測量的技術要求：水文纜道兩個端點必須在同一水平線上，如果由于某種原因不能等高時，兩端點的連線與水平線的夾角不能超過3°，這一技術規范制訂的目的是為了避免兩端不在同一水平線上，讓測驗的數據精度不足[6]。我國的水文測站架設水文纜道，在滿足《規定》要求的前提下，就地取材，架設水文纜道。應用水文纜道的方法測流取沙時，會出現誤差，產生誤差的原因主要有：水文纜道設施老舊，主索垂度產生誤差；在特殊的環境中，主索垂道受洪水、泥流的影響產生誤差；在測驗的過程中，由于水文纜道承受較大的沖擊力或承受過重的質量，令測驗限度突破規定的測驗下限造成數據誤差[7]。水文測驗人員要在測驗前確定誤差系數，調整測驗誤差。

2　測量方法的實施

2.1架設水文纜道

一般水文纜道是就地架設。絕大部分的水文纜道架設在平地上，在平地無法架設水文纜道時，可澆筑水泥桿架設水文纜道，或應用周圍的樹木架設水文纜道。無論應用哪種方法架設水文纜道，都必須符合《規范》中規定的要求[8]。

2.2坐標系的確定

確定水文纜道坐標系的目的，是為了了解水文纜道測驗時，水文纜道的主索垂道除了下垂以外，是否還做了其他運動，其變化的數值決定了水文測驗數據的質量。本次研究應用前方交會的方法建立坐標系，既可以建立獨立的坐標系，也可以建立以某個測驗區域為系統的一套測區坐標系。無論水文測站建立哪種坐標系統，實測的過程都是一樣的。

2.3測站點的建立

在建立了水文纜道以后，為了精確的測驗數據，水文測站要在水文纜道主桿桿頂的位置設計測站點。

水文測站工作人員應用水文纜道來測量主垂度時，當水平距離小于10km，可以不必考慮三維空間帶來的誤差問題，即可把水平面當作投影面，這種方法可簡化測量難度。現以圖1和圖2為例，測站點為了測量水文纜道的垂度，需要確定兩個測量點。圖1選取A和B兩個測量點，它與水文纜道的支架點C、D形成兩個三角形，A和B在這個三角平面內，形成一條直線。圖2也選取了A和B兩個測量點，它與水文纜道的支架點形成了兩個三角形。這兩個點選取的范圍都在全站儀的水平面內。結合實際測量的因素來判斷，A點和B點最好相距距離要遠，且遠離測站點的支架點。

圖1

圖2

2.4水文纜道支架點的確立

應用三角函數的原理可以計算出水文纜道垂點的變化。圖1和圖2由A、B兩點對C、D兩點夾角α1、α2、β1、β2可以畫出C、D兩點和A、B兩點的相對位置，并可通過A、B兩點的坐標求出C、D兩點的坐標。現用圖3來說明水文纜道支架點確立的應用原理。將全站儀架設在A點，在水文纜道的支架點DC上選一點F′作DC的垂線，并且與F相交。在圖3中AF′、EA、FA這3條線段是可以通過全站儀測量出來的，此時，EAF也是已知的。現在以F作為主索垂點，此時只要將AB

圖3

邊轉動一個角度δ，形成一個EAF′，便可通過全站儀測量得到EAF′的角度，于是結合三角函數的原理，可以計算出FF′的長度，此時，只要即時監測FAF′的變化，就能計算出FF′的高度變化。

3　結　論

水文纜道的測驗原理是以平面幾何為基礎，應用三角函數的原理計算出纜道垂點的變化，獲得水文測站需要測驗的數據。這種測驗方法操作較為簡單，測驗的成本不高，測驗的精度高，目前被廣泛應用。在實測時，必須要注意外部客觀條件還是會造成測驗的誤差，為了提高水文測驗數據的精度，水文測站要做好以下幾個方面的工作：優化測驗的環境，減少測驗誤差；確定科學的校驗系數，校正測驗的數據；做好水文數據的后續分析工作，令測驗數據精度進一步提高。

[1]李棠,劉圖,陳新益.水文纜道多路通信電路的設計及應用[J].水文，2011(S1)：196-199.

[2]王和榮.淺析水文纜道施工質量控制[J].甘肅水利水電技術，2013(7)：10-12.

[3]孫凱,付敬東.淺談大跨度水文纜道的磨損問題[J].吉林農業版，2012(3)：210.

[4]劉紅廣,王俊偉,劉煥陽.水文纜道的布設型式改進[J].河南水利與南水北調，2012(8)：3-4.

[5]王夢霖.自重式水文纜道設計建設的應用探究[J].科技創新導報，2012(30)：41.

[6]李維華,吉辛望,鄭玉峰.水文纜道設計過程及要點[J].水利信息化，2011(1)：44-47.

[7]夏良謙,陸玉琴.大跨度水文纜道循環索更換及絞纏問題解決方法[J].人民長江，2011(S2)：25-27.

[8]閻永新,郭立新,王明虎,等.主索入地角對水文纜道受力的影響[J].人民黃河，2009，31(4)：43-44.

黃緒海(1974-)，男，高級工程師，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