水文设施设备设计方法

附件二：水文设施设备设计方法1设计原则、依据及标准1.1设计原则（1）“统一规划设计”原则。（2）“统筹兼顾、避免重复建设”原则。（3）“实用、可靠、标准、先进、开放”原则。实用：设施建设及设备配置应适合测站的自然地理条件和气象水文特性，满足水文站、水位站、巡测基地工作的实际需求；可靠：设备运行稳定可靠、保证能在恶劣的环境条件下，可靠收集水情信息；标准：设施布设、设备选型均应满足防洪、测洪标准，符合国家和行业的标准规范；先进：在经济合理的前提下，尽量选用先进的技术和设备；开放：为今后的功能扩展留有空间。1.2设计依据（1）《宣恩勘测基地和来凤水文站站队结合建设项目可行性研究报告（审定稿）》（2）水利部办公厅水文[1998]68号《关于实行水文站队结合、开展巡测的通知》；（3）《水位观测标准》（4）《河流流量测验规范》（5）《河流悬移质泥沙测验规范》（6）《水文基础设施建设及技术装备标准》（7）《降水量观测规范》（8）《水文缆道测验规范》1（9）《水文自动测报系统技术规范》（10）《水文巡测规范》1.3设计标准根据《水文基础设施建设及技术装备标准》，结合各流域内水文站网和巡测基地的具体情况，确定水文设施建设标准。根据各类测验项目的典型设计模式，结合各站现有的测验项目和设施设备状况，提出测验设施改造的技术方案设计、测验技术手段的选用以及基本仪器设备的选型要求。防洪标准（1）能抵御和施测50年一遇的洪水。（2）来凤站：455.36m（3）岸上观测设施应高出实测最高洪水水位1.0m以上。测洪标准（1）水位观测设施水位观测设施应能测记实测最高洪水位以上1.0m。水位自记设施应能测记到实测最高洪水位。（2）流量测验设施能较准确地施测50年一遇的洪水；当出现超建国以来最大洪水或防洪标准水位的洪水时，应有应急措施，确保施测到完整的洪水流量过程。2水文基础设施设计2.1测验河段基础设施设计（1）断面桩断面桩应在两岸分别设立，一般河流的高水断面桩应设立在历年最高洪水位以上0.5～1.0m处；漫滩较远的河流可设在洪水边界以外；有堤防的河流可设在堤防背河侧的场面上。埋石采用砼预制，上刻断2面桩号、警示语言（或单位名称），头部正面中心上有编号及断面方向指示箭头。每个水尺断面（基本水尺、测流断面水尺、比降水尺）、测流断面和浮标断面，应设置2～4个断面桩。（2）断面标在测流断面和浮标断面除设置断面桩外还应设置断面标，一般情况下每断面设置3～4个断面标，但断面较窄或受地形限制时，可在断面的一岸设断面标，另一岸只设断面桩。水位变化幅度大的测站，同一断面也可根据需要分别按高、中、低不同水位级设置断面标。（3）基线桩用于交会法施测起点距的基线标。测流断面消化幅度大的测站，同一测流断面也可按高、中、低不同水位级设置基线标。（4）水准点水准点分基本和校核两种。基本水准点是永久性高程控制点，应设在测站附近历年最高洪水位以上（或堤背处）不易损坏的地方，每站设置1～3个。基本水准点之间的间距在200～500m。要求牢固耐久，便于引测，妥善养护，长期稳定；有条件时最好设成暗标，底层最小入土埋深宜为1.2～1.5m。如只设一个基本水准点，则应有必要的参证点；若测站附近有国家水准点或工程单位设立的水准点，也可不另设参证点。基本水准点可设在基岩或稳定的永久性建筑物上，也可设在土中。无论是在基岩、永久性建筑物或土中设立，均应按相关规范的要求进行。校核水准点是用来引测断面、水尺和其他设备高程的，可根据需要在便于引测的地点设置，一般宜设成明标。校核水准点可用长柱形石料、混凝土桩或钢筋混凝土桩制成，上端凿成或浇筑成半圆形的标志，下端浇筑混凝土底座。埋设的最小入土深度可按基本水准点的规定执行。3（5）断面设施保护标志在每个断面起点终点可各埋设一处断面保护与警示性标志，标志中宜包括断面名称、设置日期、设施状况及重要性，以及破坏测量标志的后果等内容。在水文测验河段应设立保护标志牌。在测验河段每个断面可设置1～2个保护标志牌。缆道、水位自记平台、钢塔（架）等设施每处设1～2个保护标志牌。保护标志牌分两种结构钢架结构和砖石结构。可根据测验河段地域选择设置。（6）断面界桩在每个断面起点终点可各埋设一处断面保护与警示性标志，标志中宜包括断面名称、设置日期、设施状况及重要性，以及破坏测量标志的后果等内容。断面界桩采用刻字石碑型式，（7）观测道路观测道路是水位观测的工作通道，依据测站所处的地形、环境特点建设。路面宽1.2m，建筑材料为石质或C10混凝土，水尺断面处的观测道路采用阶梯形踏步（8）测验设施保护护坡护岸在水文测验设施布设位置需要保护，修建护坡护岸，根据具体情况选择混凝土、块石护坡或挡土墙护岸。2.2水位观测设施设计（1）基本要求按《水位观测标准》相应条款设计，应符合防洪、测洪的建设标准。水位观测设施应能观测水位变幅的全过程，水位变幅大的可分级建设，确保测记中、高洪水位。根据测站已有的水文设施条件、河道特性、地质条件以及水情特性选择相适用的水位观测设施、水位计、近距离传输设备、监控及数据采集终端以及避雷措施；选用的水位计、4监控及数据采集终端和有线/无线近距离传输等设备应性能稳定、先进可靠。（2）水位观测水尺设计根据观测断面的地形条件选用直立式水尺、倾斜式水尺和矮桩式水尺。一般情况下优选直立式水尺，当直立式水尺设置或观读有困难而断面附近有固定的岸坡或水工建筑物的护坡时，可选用倾斜式水尺。有通航、流速大等不利设置直立式水尺时，且冲淤变化不大的可设立矮桩式水尺。直立式水尺：水尺固定在垂直的靠桩上，靠桩可用型钢、铁管或钢筋混凝土、木桩等材料制作。用木质靠桩时，表面应作防腐处理。水尺靠桩入土深度宜为1.0～1.5m。可用混凝土浇筑在稳固的岩石或水泥护坡上，或直接将靠桩打入、或埋设至河底。水尺应与水面垂直，安装时应吊垂线校正。相邻两水尺之间要有10～20cm的重合。倾斜式水尺：应将金属板固紧在岩石岸坡上，按斜线与垂线长度的换算，在金属板上刻划尺度，刻度面的坡度应均匀，刻度面应光滑。矮桩式水尺：参考断面桩的方法，（3）水位自记平台水位观测能实现自动采集、固态存贮和随机或定时报送；同时采用其它记录方式，以确保数据的准确性和可靠性。水位观测数据必须传输至测站站房，仪器房与站房距离小于200m，采用有线近距离传输方式，大于200m则采用无线近距离传输方式。水位自记平台设计根据各流域河道特性，选择合适水位测井。①测井建设应符合防洪、测洪的建设标准，应尽可能记录到水位全变幅，井底应低于设计最低水位0.5～1m，井口应高于设计最高5水位0.5～1m，测井内径应大于0.8～1.0m。②进水管入水口应高于河底0.1～0.3m，测井入水口应高于测井底部0.3～0.5m。③沉沙池要设计良好，以避免泥沙在测井内大量淤积。冲淤变化和含沙量相对较大的测站应建两级或多级沉沙池。④进水管入口选址要慎重，设计应考虑观测断面的淤积情况，以免管口淤死造成测井失效。⑤测井设计要进行基础承载能力、抗倾覆、危险截面、进水管内径等计算。确保高洪期测井不被洪水冲毁并保持正常收集水位资料。⑥水位观测仪器房与水位测井一体化建设，用于存储水位计、数据存储器和近距离传输设备。一般仪器房建于水位测井上部；面积约4m2。仪器房建设应考虑通风防潮，应配有照明供电设施。仪器房建设风格和装修标准应符合当地的人文景观和水文特性。⑦测井内应有便于维修、清淤、安装的装置；测井底部应埋设避雷设施。压力式（气泡式）水位计基础设计压力传感器安装在岸上的仪器房内，水下需敷设感压气管。水位计所配的感压管为φ10mm的塑料管，为避免感压管受损伤，采用1.5″镀锌管或φ22mmPVC管材作为保护套管，感压气管敷设在加盖护沟内或埋设于地下0.5m。加盖护沟的剖面面积约15×20cm2，建设于观测道路旁，以利气管、传输电缆的敷设和保护。超声波水位计塔（台）设计超声波非接触式水位计塔（台）由钢管支架、桩基础两部分组成。钢管支架为直径219mm、壁厚8mm的无缝钢管，高度6m，水位计探头悬臂长8－12m，采用不锈钢复合材料。6桩基础设计资料主要包括：最大流速；最大含沙量；冲刷深度；桩基础设计：根据建设地点地质资料及设施冲刷情况，基础采用灌注桩基础或者其它基础。灌注桩深度、出河床高度、桩径、混凝土标号、钢筋笼主筋、环筋、加强筋根据各站具体情况依据设计确定。桩基础水平及竖向承载力要经过验算。水位观测仪器房：水位观测仪器房用于存储水位计、数据存储器和近距离传输设备。一般将水位观测仪器房建于水位测井上部；使用气泡压力式水位计的测站，在水位观测断面处建设仪器房。2.3流量泥沙测验设施设计2.3.1水文缆道按《水文缆道规范》的相应条款对水文缆道进行更新或新建；新建的水文缆道设施应符合防洪、测洪的建设标准。水文缆道形式主要分为四类：流速仪缆道、吊船缆道、吊箱缆道、浮标投掷缆道；具体到单站要根据各流域测站具体参数、测验河段实际情况来综合设计。2.3.1.1总体布设（1）流速仪缆道主要由两岸支架、主索、循环索、副索以及操作控制系统，微机测流系统等相应部分组成。采用流速仪缆道测验的测站，根据测站水文特性和测验任务选用悬索缆道。缆道基础设施应根据地形条件建设主索塔架、地锚、主索、副索、缆道房、塔架和地锚保护设施、防雷避雷设施。设计典型图见下图。7流速仪主索缆道布设图（2）浮标投掷缆道根据当地地形地貌，主要由两岸支架、主索、循环索、浮标投放器、避雷设备以及其他缆道配套设施。2.3.1.2基本设计参数与常用符号基本设计参数常用符号设计水位；（实测最高洪水位，相应流量）设计流速Vs；设计含沙量Cs；设计水深hs；基本风压ω0；地质条件：卵石、角砾石；缆道主跨L；缆道左、右边跨a、b；1.流速仪缆道：行车架、铅鱼等计算荷载Pv；2.吊船缆道：吊船规格、排水量、吃水深、水流冲力；3.吊箱缆道：运用水位；吊箱缆道最大工作流速；最大含沙量；最大水深；设计风力；校核风力；最高气温；最低气温；吊箱尺寸，总重；主索跨度；主（副）索入地角；左岸：β主左β副左右岸：β主右β副右f0：空索垂度（m）；fv：加载垂度（m）；H0：空索拉力（N）；H：加载拉力（N）；Pv：垂直集中荷载（N）；Pz：水平集中荷载（N）；q：承载索单位长度自重（N/m）；ω：承载索单位长度风荷载（N/m）；Fk：承载索钢丝横截面积（cm2）Rcp：混凝土抗剪切强度极限(N/cm2)；b1：灌注桩计算宽度（m）；h1：灌注桩计算入土深度（m）；m：地基土的比例系数；α2：桩柱在土中的变形系数；E：桩柱混凝土弹性模量（N/cm2）；I：桩柱截面惯性矩（cm4）；C0：桩基土的地基系数(KN/m3)8基本设计参数常用符号2.3.1.3主要技术指标①垂度选择：L～fv)(201501式中L—跨度②超载系数：1.1～1.2。③主要构件安全系数：工作索（循环索、起重索）：不小于2.5主索、地锚：不小于2.5～3.0塔架：钢筋混凝土结构按构件破坏时的应力状态计算，不小于2.5～3.0，钢结构等按材料允许应力计算。拉线：不小于3.0④缆道驱动系统：电机驱动⑤缆道操作控制系统：变频调速微机控制⑥避雷接地系统：采用均衡电位地网，接地电阻小于10Ω。⑦缆道房：建在最高洪水1m以上，砖混结构、建筑面积为20～30m2。2.3.1.4基础设计缆索支架基础（1）基础型式及尺寸主索支柱采用钢支架浅基采用整体式方块基础。混凝土支架。（2）倾覆稳定计算安全系数QUMMK/3(安全系数)MU:基础力矩（基础重力，与土摩擦力等）MQ：缆索力矩2.3.1.5支架设计（3）、缆索支架高度计算9架顶高程=设计水位（m）+安全超高（m）+铅鱼至行车架间工作距离（m）+最大加载垂度（m）支架高=架顶高程（m）－地面高程（m）－架头高（m）结构设计钢支架一般采用单斜K型结构，主材坡度按等坡设计，坡度。钢支架采用自立式角钢螺栓支架（热镀锌处理），确定主材、斜材、次材、架顶横材、架顶斜材型号。砼支架一般采用C30混凝土现浇，钢筋布设根据倾覆稳定计算的数据计算钢筋用量。（4）、架头设计确定