陕西省水文水资源勘测局安康水文站 陕西安康 725000
摘要：陕西省水文水资源勘测局于2015年开始在安康水文站研发多功能测验铅鱼，通过4年来的不断更新和完善。新型铅鱼除保持基本功能外，新增了携带ADCP、电波流速仪、横式采样器，更好的发挥了利用缆道在河道全断面完成各种水文测验任务，达到新时代水测验设备发展的要求。
关键词：水文、勘测、流量、铅鱼
1.设备创新点
多功能水文测验铅鱼其基本功能是流量测验，由于地域水流特性的差异，铅鱼大小、尺寸、重量有很大的差别，安康水文站流域面积，多年径流量，缆道跨度，高水平均流速，使用多功能铅鱼的单位重量大（多少），外部不锈钢包裹内部灌铅设计，入水浮力小，能广泛的应用到大江大河水文测站流速仪测流中去。
本铅鱼通过特殊的设计及合理安排各项测验设备位置布设，充分利用铅鱼空间，其特点：
1.1铅鱼头部安装流速仪，保证在高中低水位时能正常使用流速仪，通过无线传输模块将流速仪信号、水面信号和触底信号反馈到控制系统，铅鱼的水面传感器在铅鱼尾部采用一个小浮子，当感应入水后能快速将水面信号发射，同时触底传感器有别于传统式的铅鱼肚部设置触底挡板，而是在尾部设置一个80cm，倾斜45°安装的触底棒，当铅鱼触底棒到达河底后，触底棒被抬升，接触到触底信号后发射回控制中心。触底棒的应用可以避免测验时缠挂河底水草，提高水深测验精度。
1.2铅鱼肚中镶嵌安装ADCP，安康站水质含沙量较小，在中低水可以较好的应用ADCP测流，我们在设计时把铅鱼腹部掏空一个刚好能安装ADCP的位置，在上部钢丝绳设置一个底座安装发射电台。ADCP入水深度采用铅鱼水面信号水平量取到探头处，生成一个0.15m入水深度的固定参数。控制系统利用伺服电机能准确稳定的控制距离的特点，开发出ADCP水平自动运行的功能，在铅鱼携载ADCP前进时，伺服电机随时调节入水高度，不受缆道垂度影响，能自动沿水面平稳前进，铅鱼运行速度可以在控制平台调节，让其始终小于水面流速，通过两年的对比分析，ADCP与流速仪在测验时误差小于5%，达到规范要求。
1.3铅鱼顶部安装雷达波测速仪，在发生特大洪水时，由于水面流速大，漂浮物较多，无法正常使用流速仪时，可以使用非接触式雷达波测速仪，我们在铅鱼顶部设置支架，固定雷达波探头30°的倾斜角，当铅鱼行驶到固定起点距时，将铅鱼下放到固定高度，保持稳定，雷达波测速仪测量垂线水面流速后，将数据发回操控平台。此项功能保证了我站在发生特大洪水时能抢测出数据。
1.4铅鱼尾部安装LAH-2型2000ml遥控横式采样器4台，在室内控制台用无线遥控装置控制采样器的闭合，采集泥沙水样。
1.5考虑到尾部加装采样器对流速的影响，铅鱼设计长度为1.5m，内部预留有密闭的信号仓。
通过我们的技术创新设计，改变了原有铅鱼的单一性，把复杂的设备系统整合，提高了仪器的使用效率，减少了仪器安装频次，降低了职工劳动强度，更好的发挥先进仪器的使用环境，提升了测报速度。2018年获国家知识产权局实用新型技术专利（证书号7715942）.
2.参数分析计算
安康水文站缆道为开口式无拉偏缆道，总跨度489米，缆道设计防洪标准不低于50年，主索垂度<4%，主索选用Ф26mm油芯钢丝绳。铅鱼重量为538kg铅鱼起重最大高度为31.93m。左右岸地质为表层风化岩，地锚埋深4m，右岸采用镀锌钢塔支撑，高16m。
2.1铅鱼垂直荷载计算：
作用在主索钢丝绳上的垂直荷载重量主要来自于铅鱼、工作索、行车及附属在铅鱼测流设备。其中，铅鱼重量538kg，行车架重80kg，工作索重100kg，测流时漂浮物缠挂重量考虑为100kg，其他设施为50kg。
（循环索P1重量按半跨循环索，起重索重量P2取1/4跨重量计算。）
铅鱼重量538kg，qx为循环索长度质量kg/m，L为循环索长度。
P1=1/2Lqs=0.5*480*0.248=59.5
P2=1/4Lqs=0.5*480*0.125=15.0
垂直集中荷载Pv=538+80+100+100+50+59.5+15=942.5kg
而Ф26mm油芯钢丝绳起吊重量为3.1T。
铅鱼选配计算
Get≥8H2/3V4/3
铅鱼平台高程=263.00m，河底高程最低点=231.07m，H=32米，最大流速Vm=4m/s，
则铅鱼选重为8*322/3*44/3=516kg
2.2钢丝绳安全起重计算
Ф26mm安全起重公式为：mm2=170kg 允许拉力=170kg*S/K 132×3.14÷10=2.87T
K为安全系数取10
3.测流应用
测验缆道是水文日常测流外业流量和泥沙采样的重要载体，铅鱼是直接入水测量的仪器，由于长期来铅鱼一直没有进行更新改造，铅鱼使用方法单一，不能充分发挥跨河设备的效益。安康水文站于2018年1月对缆道进行改造完成，2018年开始ADCP与流速仪的对比分析工作，共采用ADCP测流17次，同时有流速仪测流相对应的资料，由于安康站上游17km处有火石岩电站开关闸影响，两种测验方式不能在同一级水位下进行，分别用流速仪测流成果和ADCP测流成果制作水位/流量关系曲线见图3。
通过比测分析ADCP测流系统与流速仪测流，有很好的相关关系。采集样本23次。
其中两次误差＞10%，误差原因：流量小水位涨落快。其他21次都在流量测验误差范围内，流量、面积、平均流速均在测验误差范围内符合本站断面水流特性。满足流量测验规范要求。
雷达波流速仪由于安装较晚，对比分析还未完成，待后期完成分析后投入使用。
4.结论
4.1多功能铅鱼在安康水文站的测验过程中设备集成方便快捷，测验数据准确稳定，运行安全可靠。今后在水文中的应用因其性能优越性会慢慢替代传统铅鱼，在缆道测流上应用会越来越广泛。
4.2随着铅鱼体积的增加，会有越来越多的新设备集成在其身上，如何的更好的去实现利用铅鱼缆道而完成更多更难的河道测验作业，也是我们要投入更多的研究和实践的。
参考文献：
1、《河流流量测验规范》GB50179-2015
2、《声学多普勒流量测验规范》SL337-2006
论文作者:陈胜军
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第10期
论文发表时间:2019/9/29
标签：流速论文; 测验论文; 安康论文; 水文论文; 水文站论文; 流量论文; 重量论文; 《科学与技术》2019年第10期论文;