水文过程（精选3篇）
水文过程 篇1
0 引言
随着水文测验技术的不断发展和更新,新型的水文数据采集设备逐步武装到基层测站,提高了数据采集的时效性。但由于受测验断面等客观条件限制,新型的流量测验设备在实际使用中往往存在一定的局限性。如ADCP测流设备,在不具备过河建筑物和专用过河牵引船的情况下,仍需借助缆道承载索做水平运行,才能达到连续测量水面流速的目的;又如手持式电波流速仪,在施测起伏度较小的水面流速时,测验误差会成倍增大。因此,在当前乃至今后一定时期内,水文缆道仍是众多测站在抢测洪水过程时不可替代的主要技术装备,即传统的水文缆道测验设施仍存在相当大的发展空间。
1 缆道建设概况
1.1 基本情况
唐秦水文局管辖唐山、秦皇岛地区测站18处,共建有水文缆道17处,占主要流量测验断面总数的94.4%。其中开口式水文缆道4处、闭口式13处。多数水文缆道建于20世纪60~80年代,运行年限最长的至今已近50年,其实用性的优点在防汛和实时水文要素采集中得到充分体现,收到了测取数据及时,测验精度准确的效果。
1.2 地貌及断面特点
建设水文缆道,需要参照测站断面所处河段的地形、地貌及地质条件。唐山、秦皇岛地区大致分为山区、丘陵区和平原区3个地貌单元,区域内河流分布有滦河、青龙河、还乡河等8条河流。测验河段多分布在山区和丘陵区。测验河道2岸土质多为坚实褐土和山崖,断面形状多为窄深型。山区河流这些特殊的地质、地形条件,对布设水文缆道而言,保证了在河道2岸设立承载索支架及地锚时基础的稳定性;设计时在保证缆道安全超高前提下,与宽浅型河道相比,降低了2岸支架的高度,节省了建材费用。故水文缆道在本地区得到较好的应用。
2 缆道设计实例
设计的前期工作重点是实地勘查,收集现场有关资料,包括地形、地貌与地质、测站水文气象等资料,作为决定缆道总体布置及结构配套的依据。这里,以桃林口站开口式单跨水文缆道设计过程为例,主要介绍有关承载索、牵引索、支架高度、立式板锚的设计方法和计算过程。
2.1 设计标准
桃林口站位于青龙河下游,属大河重要控制站。青龙河为滦河最大支流,处于燕山山脉东侧,坡陡流急。水文测验河段右岸为山脚,左岸为山前台地,高水水面宽达500 m。根据大河重要控制站50年一遇测洪建设标准[1],确定该站水文缆道设计标准:洪峰流量10 000 m3/s,最高洪水位80.00 m(黄海基面),最大流速5.00 m/s,承载索跨度512 m。
2.2 承载索设计
承载索设计主要包括垂度、荷载及拉力设计。设计方法主要为依据设计标准,按有关公式进行解析计算。
1)加载垂度
加载垂度指承载索在各项荷载共同作用下,位于缆道跨度1/2处的垂度,计算公式[2]为:
式中:ƒν 为加载垂度;L为缆道设计跨度。
取下界值,,即缆道在整个运行过程中,最低点应不低于缆道支架顶点12.8 m。
2)水平负荷
水平集中荷载由缆道入水悬索、施测仪器承受的水流冲力组成,计算公式[2]为:
或:
式中:FZ为水平集中荷载;∑FA为入水部分索、仪器承受的水流冲力;∑FB为水上部分索、仪器风阻力;νA,νB为水的流速和风速,分别取5.00,10.00 m/s;AA,AB为阻水、挡风面积,实际面积分别为0.05,14.34 m2,挡风面积是主副索(承载、循环、升降索)及行车架实际挡风投影面积之和;ρA,ρB为水和空气的密度,分别取102.000,0.125 kg/m3;KA,KB为阻水、阻风体型系数,取0.8。
按式(2)或(3),求得水平负荷Fz=1 207(N)。
3)加载拉力
加载拉力计算公式[2]:
式中:Fs为承载索加载拉力,是加载拉力(F)的水平分量,因Fs≈F,故以Fs代替F,并称Fs为加载拉力;ρι为主索单位长度自重;Fj为钢丝绳破断拉力;L为缆道设计跨度;k为安全系数;Fν为垂直集中荷载,由行车架、工作台及铅鱼和部分牵引索的重量组成,计算中取实际重量700 kg。
按式(4)~(5),采用迭代法求得ρι=2.834(kg/m),Fs=140 323(N)。
4)承载索型号确定
取ρι=2.855 kg/m,计算值为2.834 kg/m,为偏安全计,采用较大的理论值,经查X-t型钢丝绳型号表[3],确定选用直径28 mm,GB371-64(钢丝6×7)、公称抗拉强度160 kg/mm2的钢丝绳作为承载索。此类钢丝绳的破断拉力Fj=454 538 N,安全系数k=3.2,符合Fj≥k Fs的要求。
5)空索垂度
a)承载索单位长度承受风力
承载索单位长度承受风力计算公式[2]:
式中:ω为承载索单位长度承受的风力;k0为风载体型系数,取1.2;d为承载索直径;ν 为架设缆道河段设计重现期内10 min平均最大风速,取10.0 m/s;ω0为垂直作用面风力。
按式(6)~(7)式,求得承载索单位长度承受的风力ω=2.1(N/m)。
b)空索拉力
空索拉力计算公式[2]:
其中
式(8)~(11)中:F0为空索拉力;La为左边跨长度42.7 m;Lb为右边跨长度29.0 m;Ek为承载索弹性模量;Ak为承载索截面面积。
按式(8)~(11)用迭代法求得空索拉力F0=12 5211(N)。
c)空索垂度
空索垂度计算公式[2]:
式中:F0 s为空索拉力(F0)的水平分量,因F0≈F0 s,故以F0 s代替F0,并称F0 s为空索拉力;ƒ0为空索垂度。
按式(12),求得空索垂度ƒ0=7.33(m)。
2.3 左、右岸支架高度设计
左、右岸支架高度设计,主要依据为设计洪水位(80.00 m)、设计行车架及铅鱼高度(2.00 m)、设计安全超高(2.60 m)及实测支架基础地面高程(左岸80.50 m,右岸82.80 m)。
按式(13)~(14),分别求得支架顶点高程为97.40 m,支架左岸高度为16.70 m,右岸高度为14.50 m。
2.4 承载索锚碇设计
锚体形状设计采用立式混凝土板锚,工程量较小,可有效节省建材,施工也较简便,且成型后抗拔能力较强。立式板锚受力示意图如图1所示。
1)锚体尺寸
设板锚3向尺寸分别为ιa, ιb, hd,入地角为β。板锚在水平方向上的拉力Hj由式(15)[2]保证:
板锚在垂直方向上的拉力Vj由式(16)[2]保证:
式中:G为锚块自重;k为地锚稳定安全系数,取2.5;Ft为锚拉杆设计拉力;p1为锚块后方主动土压力;p2为锚块前方被动土压力;γ为土的容重,取1 700 kg/m3;µ为土壤与混凝土间的摩擦系数,取0.45;β为承载索连接地锚入地角,为偏安全计,取β=30˚;β1为土壤计算抗剪角;ι为锚栓尺寸。
取锚体长ιa=2.0 m,埋土层厚度d1=1.0 m。按上式,分别求得锚体埋深d2=2.8 m,锚体厚db=0.65 m,锚体高hd=1.8 m。
2)锚杆直径
锚杆直径计算公式[2]:
式中:d为锚杆直径;[σ]拉为钢材允许拉应力;F为锚碇设计拉力,F=140 323(N)。
按式(21),求得锚杆直径d=34.3(mm)。为偏安全计,采用直径为45.0 mm的2#圆钢(加10 mm防腐层)作为承载索的锚杆。
3)锚栓尺寸
锚栓尺寸(见图1,长度为ι,宽度为b1)的设计应同时符合3项要求[2]。
a)应符合混凝土抗压的要求:
b)应符合混凝土抗剪的要求:
c)应符合自身抗弯的要求:
式(22)~(24)中:W为锚栓截面的抗矩,从型钢表上查得W=114.2(cm3);Lj为混凝土抗剪的长度,(ι′ 为锚栓距锚体前方的距离,取45.0 cm);k1为混凝土承压安全系数,取3.0;[σ压]为混凝土轴心抗压设计强度,取1 030×104 N/m2;[σ剪]为混凝土抗剪设计强度,取127×104 N/m2(约为抗拉强度的2倍);[σ弯]为锚栓抗弯设计强度,取16 671×104 N/m2。
取锚栓宽b1=5.3 cm,混凝土选用150#。将上述参数分别代入式(22)~(24)中,经验算得到锚栓长度的取值范围为:77.2≤ι ≤108(cm)。最终确定采用截面为120 mm×53 mm×5.5 mm,长80 cm的槽钢作为承载索锚碇的锚栓。
4)钢筋配置
立式板锚钢筋配置可采用最小配筋率百分比(150#混凝土最小配筋率取0.10%)直接计算横、纵钢筋配置截面面积,以此确定钢筋配置。
取钢筋网防腐层厚d=10.0 cm,则板锚去除钢筋网防腐层后的厚度dd=db-d=55(cm)。
横向钢筋截面面积:0.10%hd dd=9.90(cm2),则横向钢筋配置选用9根Φ12 mm圆钢,其总截面面积为10.18 cm2>9.90 cm2,表明该配置满足安全性要求。
纵向钢筋截面面积:0.10%ιa dd=11.00(cm2),则纵向钢筋配置选用10根Φ12 mm圆钢,其总截面面积为11.31 cm2>11.00 cm2,表明该配置满足安全性要求。
2.5 牵引索设计
计算公式[2]:
式中:Fax为装配拉力;ρι为每钢丝绳重量,采用直径4.8 mm的钢丝绳,ρι=0.8 N/m;L同承载索跨度(512 m);ƒx为牵引索空索装配垂度,同承载索垂度(12.8 m)。
按式(25),求得Fa x=2 046(N)。根据拉力Fax值,确定铅鱼设计重量为200 kg,,此垂度接近承载索垂度。故选用直径为4.8 mm,GB355-64(钢丝6×19)的钢丝绳作牵引索。
2.6 缆道建设及运行情况
桃林口站水文缆道建于1999年,是监测桃林口水库放水过程的唯一流量测验设施。每年的5月开始运行,11月结束,运行时间占年度的58%,缆道使用率较高。通过设备运行检验,该缆道设计指标合理、运行稳定,基础牢固、维修简便。缆道建成至今已有11年,在此期间施测流量多为中、低水,通过测验数据检验,该缆道测取数据及时,信号传递准确,测验精度可靠。
3 一般缆道设计要点
1)当缆道跨度大于300 m时,设计时应采用开口式,以减小牵引索长度,降低绞车购置费用。缆道跨度小于300 m时,设计时可采用闭口式,以便于紧索施工和换索维修。
2)当缆道跨度小于200 m时,承载索垂度可取跨度的1/40~1/50,以减轻缆道运行时在垂直方向上可能出现的颤抖现象。
3)设计承载索时,对大于200 m跨度的缆道,应选取6×7规格的钢丝绳,即选用粗丝规格的。这是因为粗丝钢绳在使用过程中,伸展系数小、耐磨性强。对小于200 m的小跨度缆道,也可将6×19规格的钢丝绳作为初始计算依据。
4)开口式缆道的牵引索和起重索是一体装配的,总重量直接影响垂度。要保证牵引索与承载索的垂度一致,设计时应在保证安全系数的基础上,尽量采用计算值来选取索的直径和规格。
5)闭口式缆道的牵引索和起重索是分立装配的,故循环索的垂度是可以随意调节的。为偏安全计,设计时可选用安全系数较大的钢丝绳,即可直接用计算得的循环索拉力乘以3~4倍的安全系数,来确定索的直径及规格。
6)计算支架高度时,其承载索的安全超高一般采用2.0~2.5 m。
4 结语
本文采用设计实例的方法,主要介绍了开口式单跨水文缆道的设计方法和计算过程。合理的水文缆道总体布置及结构设计依据来源于实地勘察,水文缆道的测洪能力来源于设计标准。故此要做好设计工作的前提是“详尽收集现场资料和制定设计标准”。
参考文献
[1]水利部水文局.SL276-2002水文基础设施建设及技术装备标准[S].北京:中国水利水电出版社,2002:7.
[2]长江流域规划办公室水文处.水文缆道[M].北京:水利电力出版社,1978:33-105.
[3]机械设计手册联合编写组.机械设计手册(上册)[M].北京:化学工业出版社,1971:585.
水文过程 篇2
塔里木河干流生态闸洪水漫溢过程分布式水文模拟-以灿木里克生态闸为例
随着人类活动对塔里木河流域水-生态环境的干扰范围不断扩大,闸、堰及堤防等水利工程在流域水资源管理与调控中的`作用也日益增强.生态放水是塔里木河特有的一种水资源调配和生态恢复手段,其运行机制需要以生态控制区域水资源运移及空间分布为依据.论文选取塔里木河中游灿木里克生态闸为研究区,利用区域气象、水文及高分辨率地形数据,实现了生态洪水漫溢过程的分布式水文模拟,并通过统计回归分析得到淹没时间与淹没面积、生态放水量与淹没面积之间的定量关系.结果表明,将GIS与现代水文学相结合,建立塔里木河干流小尺度分布式水文模型,模拟生态闸的洪水漫溢过程是可行的;模拟结果与实测淹没范围在空间分布和面积上都实现了较好的拟合,为合理调配生态区域内水资源及制定科学的生态闸运行机制提供了理论基础.
作 者：黄粤 陈曦 钱静 王伟胜 包安明 HUANG Yue CHEN Xi QIAN Jing WANG Wei-sheng BAO An-ming 作者单位：黄粤,HUANG Yue(中国科学院,新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐,830011;中国科学院,研究生院,北京,100049)陈曦,钱静,王伟胜,包安明,CHEN Xi,QIAN Jing,WANG Wei-sheng,BAO An-ming(中国科学院,新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐,830011)
刊 名：自然资源学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF NATURAL RESOURCES 年，卷(期)：2007 22(1) 分类号：P3 关键词：塔里木河 分布式水文模型 地理信息系统(GIS) 生态闸现代化过程中发展水文事业研究 篇3
关键词：水文事业,可持续发展,现代化
水利事业的重要性不言而喻, 尤其是在城市化大力发展的时期, 人民逐渐从农业环境开始向城市环境转变, 居民较为集中的生活环境, 决定了在面对一些风险时更应该提高重视, 尤其是城市的排水系统等, 这都涉及到水文事业, 从古至今我国社会面临的一个最为主要的自然灾害就是水患, 新中国成立后, 为了解决这一难题, 国家组织大量的力量重点治理水患, 修建了一些水利工程, 我国的水文事业也得到了长足的发展。但是随着我国现实国情的变化, 水文事业发展的重点、认知程度等都在不断的变化, 那么如何从传统的发展模式向现代化的模式进行转变是一个非常重要的课题。
一、水文事业发展的意义
水文事业在我国已经有一段时间发展, 而且我国古人对水文事业的研究也取得了一定的成就, 总的来说, 发展水文事业具有以下几点好处:
1.有利于保障人们的生活环境
自古以来水患一直是人们生活面临的心腹大患, 比如1998年发生的洪水灾害, 对人民生活产生了极大的负面影响, 而且对于水患的治理由于我国对于水文水利事业发展的有限, 很难彻底治理。所以对水文事业的发展和研究有利于我国更好的应对有可能产生的水患灾害, 或者即使在发生相应的灾害时, 由于我们对水文事业的理解更加深刻, 面对相关问题时就会更加从容。
2.有利于发展我国的水利事业
水文事业和水利事业密切相关, 水利设施的修建及改善都需要水文知识作为支撑, 在我国广大农村需要兴建一些水利设施, 城市防止涝灾需要做排水设施建设, 这些工作的开展和完成都需要在发展水文事业的基础上进行。而且由于我国在大力发展水利事业的前提下, 水文事业作为其中的一部分, 其起到的支撑和保障作用都是无法替代的。
3.发展水文事业是保障我国经济发展的一个重要方面
进入二十一世纪, 我国经济的发展面临着机遇也受到巨大的挑战, 在经济发展的大环境下, 除了要求努力寻找发展机遇的同时, 还要做好内部事业, 通过内部优化配置保障经济发展可持续。水文事业作为其中的一个重要保障, 可以说是我国社会主义经济发展的基本促进因素, 只有发展好水文事业才能为我国经济发展提供优越的环境和条件, 人民才能更好的生活和发展, 才有时间和精力投入到经济建设的过程中。
二、我国水文事业发展面临的问题
水文事业作为我国经济发展的重要事业, 其在几十年的发展过程中取得了显著成就, 但是, 不可否认的是我国水文事业的发展还面临着一些问题。
1.管理体制不健全, 职责不明确
首先从我国水文管理的机构设置方面看, 我国并没有专门的机构对水文事业尽心管理, 在一些地方进行管理中也基本上是各自为政, 缺少一个统一的重要机构进行专门的管理;其次是在地方进行水文管理过程中, 由于没有统一的领导, 水文事业服务于大众的职能难以发挥, 对于地方经济的发展也没有起到应有的作用;最后是一些地市级水文机构仍按流域水系进行设置, 往往一个地市级水文机构负责多个地市的水文工作, 无法满足地方经济社会发展需求。
2.相关检测体系不完善, 影响水文的服务职能
我国对于水文事业的重视程度有限, 以至于在水文设施建设方面存在不少的问题, 尤其是一些检测或者治理性设施建设不力, 造成我国水文事业在水利检测、自然灾害的预防、城市防洪防涝、气候变化研究等方面的作用没有充分发挥, 而且这些问题的存在已经影响到我过城市经济建设的问题。
三、我国水文事业发展面临的形势
在当今社会, 党中央越来越重视水文事业的发展, 并适时提出了一些发展策略, 并针对我国南北用水的实际情况进行水文事业的发展和对水利事业的建设, 从当前看, 我国水文事业面临的形势体现在以下几个方面:
1.国家对水文事业提出了更高的要求
针对我国水文事业发展的现状, 在本世纪我国当中要召开了专门的水利会议, 对未来水利事业的发展方向和重点进行了部署, 我国最近召开的十八大也在报告中多次提到水利事业的发展。文件明确提出了要强化水文和水利科技支撑, 加强水文基础设施建设, 扩大覆盖范围, 优化站网布局, 着力增强地下水超采区水文测报能力, 全面提高服务水平。
2.经济社会的进步需要大力发展水文事业
前面已经提到水文事业的发展与我国经济社会之间具有密切关系, 当前我国面临着重大的经济发展机遇和形势, 而且经济社会面临的挑战也需要我们做好水文事业。尤其是我国当前水环境面临的水短缺、水污染等现实, 更应该注重水文事业的进步和发展。
3.变化环境下增强抵御各种灾害能力对水文提出了新的更高要求
我国洪涝干旱灾害发生的强度和频率明显增强, 局地强暴雨、极端高温干旱以及超强台风等事件呈突发、多发、并发、重发的趋势, 对经济社会发展和生态环境系统产生重大影响。因此, 加强应对突发水旱灾害和水生态灾害的水文应急监测及预测预报、加强气候变化和人类活动影响对水文水资源的影响评估和定量分析、加强气候变化和人类活动影响对水生态与环境影响的研究, 是水文当前面临的重大课题题。
四、现代化发展水利事业需要注意的问题
从前面论述的我国当前水利事业形势来看, 我国水文事业的发展还需要加大力度, 比如在投入方面、人员配置及机构设置方面都要进行重新安排, 并且在发展水文事业的过程中要特别注重对水环境的治理和水资源的改变, 比如针对我国当前水污染的情况, 我国要进一步严格水治理的要求, 贯彻好环境保护法, 对于污染的情况, 严肃查处责任人;对于水资源缺乏的问题, 我国要继续落实和贯彻南水北调策略, 并且加大节约水资源措施的宣传工作, 通过以上措施必定能够极大的促进水文事业的发展。
作者简介:贾智钟1984年7月28日, 男, 汉。雅安雨城区人。在四川省雅安水文水资源勘测局工作已有7年, 从事水文勘测技术工作。大专学历。
参考文献