自重式水文缆道在常山县水文站的设计应用

王培霞

(常山县水文站，浙江 常山 324200)

1 水文缆道设计计算

水文缆道的工作原理是:在河流两岸架设钢绳，通过钢绳运送测流设备进行水平和垂直定位的水流速测量，整个水文缆道是一个闭合系统。

常山水文站设计的主要数据:

主索直径:Φ=18.5mm;主索单重:q=1.2180kg/m;牵引索直径:Φ'=4.0mm;牵引索单重:qx=0.0812kg/m;主索跨度:L=300m;主索载面面积:Fk=1.289cm2;铅鱼重量:P=250kg;行车重量:G=30kg;设计流速:Va=5.0m/s;设计风速:Vb=30m/s;设计空载垂度f0=L/100;主索跨度的倒数A，m-1;集中荷载在岸边时的弹性模量B，kg/cm2;集中荷载跨中央时弹性模量C，kg/cm2。

主索空载拉力计算:

加载拉力计算:

主索荷载有2种:一种是均布荷载q，承载索单位风力W;另一种是集中荷载Pv(垂直荷载)，Pz(水平荷载)，各荷载单位均为kg。

式中:∑PA为水流冲击力，kg，包括入水钢丝及铅鱼、流速仪等;∑PB为水上悬索风阻力，kg，包括牵引索、行车等。

计算后Pz=117.3+50.6=167.9kg

加载拉力公式为:

(La=30m左岸，Lb=40m右岸，L=300m河宽)

主索弹性模量:Ek=1.3×106kg/cm2

主索载面面积:Fk=1.289cm2

集中荷载位于跨中央时C=3L2［(Pv2+Pz2)/L+qPv+WPz］=2.549155×108kg/cm2

化简后得H3-4205H2-6.36075×1010=0

解三次方程得加载拉力为:H=5982kg

其它还有缆道支柱地锚稳定性重力、柱顶体轴向压力、牵引索拉力、滑轮阻力等计算。另外还要查阅五金手册，有水阻、风力、钢绳弹性模数和安全系数等20多个参数。水文缆道运行布线见图1。

图1 常山水文站开口式缆道布线示意图

2 水文站设计建设

通过缆道计算，采用创新的自重式水文缆道设计，非自重式和自重式水文缆道见图2和图3。

图2 非自重式水文缆道布设示意图

图3 自重式水文缆道布设示意图

从图2、3中可以看出，自重式水文缆道是用钢筋混凝土和地锚整体浇注，靠地锚重量使支柱承受拉力 (获国家专利)，可以在河两岸见缝插针式的建设，大大节约了土地，整体浇注建设既美观又方便，改变了过去非自重水文缆道遍地拉线的笨、大、粗、乱的设计理念和形象，使水文站在号脉江河的同时，也成为江河中的一道靓丽的风景线。

常山水文站是钱塘江上游的第一流量控制站，要求按100a一遇测洪能力设计，相应洪水位为80.8m，相应流量为8080m3/s，如果按老式缆道设计，根据该站的地形地貌，需要在两岸退后50.0m处建缆道支柱，留出江滨道路，缆道钢绳长度就要达到400.0m，拉力为7437kg，再乘3倍的安全系数，拉力要达到20多吨，这样基础设施建设投资就要成倍增加，因此，采用自重式缆道建设是科学合理的。为了美观，常山水文站将缆道支柱结合缆道房内的钢筋混凝土框架一起建设，全部包在缆道房里，使粗大的支柱和复杂的钢绳走线不裸露在外，缆道房的设计布局见图4。

按图4缆道房上游侧安装落地玻璃，河道里的漂浮物及洪水情况看得一清二楚，一个人就可以完成洪水测验。本站还把200kg的铅鱼开入缆道房内 (缆道房的层高要求3.5m以上)，更换测验仪器非常方便。经过新的设计，常山水文站建成了全国一流水文站 (见图5)。

图4 缆道房平面布设示意图

图5 常山水文站图

3 技术经验和效益分析

常山水文站2007年建成投入水文测验，通过这么多年的大洪水考验，其设计建设是非常成功的，有多方面的技术经验和效益值得总结。

(1)常山自重式缆道在河两岸垂直见缝插针式的建设，对地形几乎没有要求，如果按老的规范设计，缆道支柱要有多条拉线，主索钢绳要跨越400m，现在只要300m，就这一项节约土地0.2hm2(3亩)以上，按2250多万元/hm2(150多万元/亩)计算，直接经济效益达450万元。

(2)按老方法设计，两岸钢绳要跨越江滨道路，测流时来回索如果拉断会对公路上车辆行人造成安全隐患，现在避开了公路，水文测验非常安全。

(3)新方法设计缩短了缆道跨度，减少了测流时间，提高了测洪能力，水文站整体建设更加便于运行维护和操作安全，节省人力资源，其运行维护费可以节约2万元/a左右，长年累加效益较大。

(4)过去缆道要分支柱、地锚、水位台、缆道房等多块分散建设，还有一大堆拉线，非常不美观，造价也高。现在整体浇注建设既美观又方便，改变了过去水文缆道笨、大、粗的设计理念和形象，使水文站在号脉江河的同时，也成为江河中的一道靓丽风景线。

通过新技术的应用，自重式水文缆道为水文站建设带来了巨大的变化，使过去复杂的水文缆道建设变得简单实用，解决了传统水文缆道建设站址选择要求高、缆道跨度长、占地面积大、悬索垂度大、测验效率低、安全隐患多等一系列技术难题。

［1］水利部水文局.SL 443—2009水文缆道测验规范 ［S］.北京:中国水利水电出版社，2009.

［2］张正康.自重式水文缆道［P］.中国专利:ZL200920313432.2，2010-07-28.

［3］张正康，俞锡根.浙江水文测验技术的发展与述评 ［C］∥中国水文科技新发展—2012中国水文学术讨论会论文集.南京:河海大学出版社，2012:355-358.