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一体式抗冲刷防沉降水位观测站应用研究

 

来源: 本站原创   录入人员: 谢飞 时间: 2019-08-27 [ ] [ 打印 ] [ 关闭 ] [ 收藏 ]

 

摘要:梁山黄河河务局管理黄堤长度23.577千米,管理范围内有河道整治工程5处,其中险工2处、控导3处。2018年以来,按照水利部“水利工程补短板、水利行业强监管”总基调要求,该局持续推进防汛工作规范化建设。防汛工作为治黄工作第一要务,为提高水位观测效率,保证观测数据精确,保障巡查人员安全,该局从2018年11月开始积极研制一体式抗冲刷防沉陷水位观测站。

传统水尺观测站基座在水中浸泡容易发生沉陷导致数据偏差;水位观测站台阶受水流冲刷易导致损坏;缺少必要的安全保护措施。该局基于多年的基层工作经验和黄河防洪工程本身的特殊性,不断探索,积极创新,充分利用便利的地理条件,研制的一体式抗冲刷防深陷水位观测站比传统式观测站观测数据精准、不易沉陷、安全的特点,通过20182019年凌汛期至今在梁山黄河河务局程那里险工的应用实践,成效显著。

1、主要技术原理

1.1概况

一体式抗冲刷水位观测站,包括钢结构台阶、护栏、并配备了照明和救生装备、观测水尺。

用于固定在坝顶及根石台基础上护栏架,固定于钢结构下方边缘的水尺,其特征在于所述的观测站分别固定在险工坝体的迎水面一侧并自然延伸至水面,在坝顶和根石台处均用混凝土对钢结构固定;各阶梯之间相互连接两边配有护栏,保障观测人员安全且操作简单、高效,节约了人力资源和运行维护成本;彻底解决了水尺基础安装在水中之后长期受到水流冲刷发生沉陷的问题。

1.2工作原理

一体式抗冲刷防沉陷水位观测平台,其观测水尺固定在整个设备上,而整个设备又是通过混凝土浇筑使其固定在坝体和根石台上,险工是水利水电工程中的永久性建筑物,其沉陷程度是非常微小的。如果险工不发生根石的整体墩蛰、坍塌和坦石坍塌险情,一体式抗冲刷防沉陷水位观测站不会受影响和使用。

1.3技术要求

1.3.1焊接缝抗拉强度不低于490MPa。

1.3.2清除焊渣及飞溅物,焊缝质量应符合标准JB/ZQ3011—83。

1.3.3焊缝不允许有夹渣、气孔、裂纹等缺陷。

1.3.4焊接过程采用二氧化碳气体保护焊,焊丝为HOBMn2SiA-1.6-GB/300-87。

1.3.5组装试验时,各连接件应灵活、坚固、可靠。

一体式抗冲刷防沉陷水位观测站,其特征在于通过坡—台—坡的构造能有效缓解水流带来的压力,避免被水流损毁。扶梯以及平台所用钢结构全部采用抗压力大、涂刷不同颜色的防腐蚀漆。一体式抗冲刷防沉陷水位观测站,包括用于固定在地面基础上的混凝土钢结构,以及钢结构焊接点以上的护栏、水尺、观测台。所述的观测台上分别安装水尺刻度仪,水尺安装于扶梯的正下方开边缘位置、用专门胶体黏贴。

一体式抗冲刷防沉陷水位观测平台,在安装过程中是在险工迎水面一侧并自然延伸至水面,两侧边缘采用菱形结构,可以有效避免水流的冲击,保持稳定性。观测站采用太阳能路灯实现照明,实物图见图2,所以没有电缆线,不会发生漏电和其他的意外情况。直流控制器能确保蓄电池组不因过充或过放而被损坏,同时具备光控、时控、温度补偿及防雷、反极性保护等功能。无需铺设线缆、无需交流供电、不产生电费。实现了低碳环保、安全可靠的目的。观测站第一级阶梯台阶踏步宽度0.23m,踏步高度0.1m,踏步数47级,垂直高度10.81m,踏步高度均匀一致并采取防滑措施。第二级台阶踏步宽度0.16m,踏步高度0.1m,踏步数35级,踏步垂直高度3.5m。第一级阶梯与第二级阶梯之间的休息平台长2.5m宽1m。台阶高1.3m,整体采用无缝钢管焊接,防止河水冲刷所引起的锈蚀,具体尺寸见图1。

1.4技术领域

本设备涉及一种楼梯平台式水位观测装置,特别是水位观测站与坝体稳定有机结合。

1.5背景技术

水位观测通常应用于河流、湖泊、水库、渠道、海洋。可靠的水位观测设施可为各类工程建设管理提供依据。水位观测设施中最重要的是水位观测平台。水位观测平台按其结构和工作方式可分为直立式、悬臂式、双斜管式和斜坡式;按建筑的材料可分为金属管材、钢筋混凝土、砖石砌体等。

1.6技术原理

观测是由布置在堤坝迎水面上的钢结构观测护栏水尺防腐蚀涂料组成,其中观测扶梯为水平或斜向布置水尺安装于扶梯内侧,通过水平仪找平,然后焊接安装,如下图3所示。

图片3.jpg

2、性能指标

2.1稳定性指标

一体式抗冲刷防沉陷水位观测站是通过混凝土浇筑固定在坝体和坦石之上,具有一定的整体性和稳定性。在河道内流量大,根石受冲刷发生根石走失时,该观测站不会受影响,水位观测将正常进行。

2.2安全性指标

由于在钢结构台阶两侧增加了护栏和照明灯等附属设施,提高了作业的安全系数。

2.3冰冻性指标

该平台利用钢结构台阶替代传统浆砌石台,提高了抗冲刷、侵蚀、冻融能力,延长其使用寿命,具体构造见图5 观测站构造示意图。

3、成果的先进性和创新性

3.1先进性

经过一段时间的应用,该水位观测站改造是成功的,对促进水文业务工作、 提高管理水平起到了积极作用。

3.1.1解决了河水淹没和冬季冰冻测量水位问题;

3.1.2有效地提高了河流水位可观测范围, 低水位和高水位的可视范围扩大;

3.1.3增加钢结构防腐蚀扶梯,提高了安全性,改善了工作环境,不再惧怕风吹、日晒及雨淋等恶劣天气;

3.1.4实现了水位安全化化监测和记录, 这将减少人力投入, 极大地提高了工作效率。

3.2创新性

3.2.1有效计算水位。进而推算其它水文数据并掌握其变化过程的间接资料。在水位流量关系推算和研究中,在河流泥沙、冰情等的分析中,都需要水位资料,以作为掌握水流变化的重要标志。

3.2.2数据比对。通过观测平台水尺观测到的数据。是每个水位测量点必需的水位测量设备,是水位测量基准值的来源。在实际测量中,利用水尺观读水位有3种应用方式。与电子水尺(电子水尺适用于泥沙含量小、水流稳定的水位遥测站),一种触点感应式水位测量装置,形成一种数据比对的作用。

3.2.3方便测量工作开展。更加直观、克服不利天气对测量工作带来的影响。以直读式水尺观测为主的第一阶段:黄河测站多为变动河床,主流摆动频繁,河床冲淤急剧,多漂浮物,导致水尺冲失严重,一次洪水过程,一个站往往冲失几十根水尺桩,严重影响水位观测的连续性,因频繁补设水尺而增加了劳动强度。观测职工从多年实践中,总结和创造了一套技术经验;防止漂浮物碰挂能自动起伏的活动水尺;潜入水下能防止冰凌及封冻影响的矮水尺桩等多种形势的木桩水尺。采用深基浇灌钢筋混凝土座钢轨搪瓷水尺桩,基本克服了黄河水尺冲失和冰凌影响等突出困难。

3.2.4提高精度、更加便捷。回归原始的测量方法,找到精度、便捷性。黄河水位观测,开始一般采用水尺观读,后逐渐推广利用大堤块石护坡稳定的条件修建活动岛式(斜坡式)自记水位台,20 世纪 80 年代以来又推广应用遥测水位的传输方式,配备非接触气式(超声波)水位计,将水位观测向现代化迈进了一大步。黄河水位观测存在的问题,在于非汛期小流量过程中,固定的自记测井或水位计塔脱河情况普遍,仍需要最原始的水尺“直读”方式观测水位,一体式抗冲刷防沉陷水位观测站很好的解决了这一问题。

4、国内外同类技术比较

4.1国内外目前的测量现有技术方法 

美国和日本是世界上较早重视测报技术开发和应用的国家。随着工业化进程的加快,20世纪60年代,日本和美国就已经开始水文测报技术的研究和开发,其产品于70年代后期逐渐成熟并进入国际市场。1976年美国SM公司在美国陆军工程团的资助下,与美国天气局合作研制的一套水文测报设备是这个时期有代表性的产品。

20世纪80年代以来,由于测报设备的不断完善,数据传输方式的多元化及其可靠性的增加,以及微机技术、预报调度理论和软件的进一步发展,水文测报和防洪调度自动化技术在全世界范围内得到广泛的应用。

我国水文测报技术的开发研制始于20世纪70年代中期。在过去30年的发展历程中,我国水文测报系统的建设和技术有了巨大的进步。在不同的历史时期,所建系统快速采集的数据为防汛调度决策和水资源管理提供了依据和参考,发挥了很好的作用。针对人工测水位高度存在的问题,近年来,黄河水文测量工作者,在分析国内外经验及测量工作者实践的基础上,研制成功一体式抗冲刷防沉陷水位观测站,并投入使用。

4.2以往和现有技术方法存在的缺点 

传统水尺观测站修做方式多为在黄河枯水期时,按照先在嫩滩开挖基坑,再灌注混凝土基座,最后安装水尺标杆的顺序制作完成。传统水尺目前存在以下几个缺陷:一是基座在水中浸泡容易发生沉陷导致数据偏差;二是水位观测站台阶受水流冲刷导致损坏;三是缺少必要的安全保护措施。一体式抗冲刷防沉陷水位观测站项目的具体研究内容是开发一种抵抗洪水冲刷、防止基座沉陷、保障观测人员安全,适合于在黄河防洪工程安装并稳定使用的水位观测站(设备)。该设备可保证在恶劣天气、夜间都可以安全观测水位。

5、推广应用效果

5.1推广应用情况

2018年-2019年凌汛期至今,在梁山黄河河务局程那里险工采用创新研制的一体式抗冲刷防沉陷水位观测站,使用过程中大大提高了观测人员的安全,钢结构台阶、新增照明设备、特别是雨天观测人员更是深有体会。一体式结构摆脱了过去受洪水冲刷,地基沉陷的影响,根据日前使用情况来看,该水尺观测站安全稳定使用年限将大幅度延长。鉴于该设备利于在黄河防洪工程进行应用的适应性,以及良好 经济、安全效益,特别是在当前黄河防汛工作规范化、精细化管理日益加强的形势下,在水利行业尤其是黄河系统具有广阔推广应用前景。

5.2、效益分析

5.2.1社会效益。自一体式抗冲刷防沉陷水位观测站投入使用以来,水尺固定牢固,未发生较大位移,提高水尺观测的准确度,基层水位观测人员给与水位观测站高度评价,降低水尺观测人员的强度,提高了劳动效率及准确性,为水尺观测工作的发展打下了安全的坚实基础。

5.2.2经济效益。自体式抗冲刷防沉陷水位观测站投入使用以后,每次观测时间减少50%,水尺固定在水位观测站栏杆,提高了水尺的抗冲刷能力,减少了水尺观测设备更新速率,节约成本。观测站有牢固的观测站点,使用时安全器械投入减少。解决水尺观测中安全及准确性问题,缩短了水尺观测时间,降低了观测人员的劳动强度,改善观测工作作业面环境,提高观测效率,保证观测工作人员安全。程奕  赵春霞  张玉馨

责任编辑:刘屹

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