CN109457723A - 一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，包括制作自锚墩、安装岸基遥测站、在自锚墩上加载固定设备、安装调整自锚墩及其上设、系统集成。本发明能保证监测探头在设备舱内的安全可靠工作，不仅提高了施工效率，还大大提高了贵重、精密设备坐底式水下安装质量，同时有效抵御水流的冲击造成设备倾斜，防止船体冲撞、船锚拖行、船桨击打、渔网牵挂等造成设备损坏，便于维修更换，延长系统整体使用寿命。

Description

一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法

技术领域

本发明涉及一种水下监测系统安装方法，具体涉及一种水文监测感知设备承载装置以及基于该装置的水下自动监测系统安装方法。它特别适用于通航型河道/渠道监测设备的坐底式安装，降低了水下安装作业的难度，缩短了施工安装时间，增加了水下设备的安全性。

背景技术

随着测量技术的发展和水资源水生态环境感知的迫切需要，水文水资源勘测越来越受到重视，其中流速、流量、水温等要素需要在水体中布点持续自动测量，必须确保安装质量，确保仪器的安全。但不同设备的测量方法不同，河流、渠道、湖泊的自然条件不同，水利功能不同，安装施工的要求也不同。以测流、测速为例，ADCP(Acoustic Doppler CurrentProfilers,声学多普勒流速剖面仪)和时差法设备是两种最常见的仪器设备，都属于接触式测量，必须安置在水中。ADCP具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点，被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等；10米以上的大断面测量常采用进口设备，精度高、价格贵，对安装施工方法工艺要求也高。根据实际需要，测量方式一般分为坐底式、船舶定点抛锚、船载走航式、岸边固定式。每种测量方式的承载装置都会不同，对于坐底式承载装置，难点之一是由于天然河道地形复杂，凹凸不平，导致承载装置倾斜。同时，在内陆通航的河道/渠道中，水下设备还会遭受冲撞、拖行、击打和牵挂等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，具体包括以下步骤：

S1、制作自锚墩：其主要结构包括自锚墩底座、钢锚桩、中心设备舱、承载装置及信号线和其他配件固定部件等，其重量及外形尺寸可根据实际情况定制，通常自重达1.2吨以上，四根锚杆可直接插入河底；

S2、安装岸基遥测站：岸基遥测站主要完成对水下监测设备获取的数据的采集、传输和监控，其主要设备有RTU(遥测终端机)、传感器主机、通信终端及其他相关设备等，遥测站安装前，首先要对现场安装环境进行认真检查，主要内容有：场强测试、避雷接地检查、土建情况检查等，岸基测站的成套性设备包括：蓄电池、充电控制器、太阳能板、防雷电装置等，为了确保岸基系统与水下系统的有效配合，除了按照一般水文水资源监测设备安装规范施工外，当采用自锚墩承载水下监测设备时，特别要注意水下数据信号线、控制线的正确接入；

S3、在自锚墩上加载固定设备：将经检查合格后的自锚墩运至施工现场，将需要水下作业的设备固定在承载装置上，承载装置安装在设备舱内，再将信号线、控制线和其他配件全部安装完成，预调试合格后，准备吊装入水，根据水体深度、河道环境选择配重块，组装完成后放入河底，钢丝绳固定在岸边；

S4、安装调整自锚墩及其上设备：根据河道断面图选定自锚墩安装位置，使用水上吊机将组装好的自锚墩定好方向吊装放到较平坦的河底，待自锚墩锚入河底、沉降稳定后，利用承载装置上的三维姿态仪，通过岸上显示屏遥控调节承载装置的传感器支架，将支架调至水平状态；

S5、系统集成：完成水下部件吊装和岸基测站设备调试后，可在岸基主机的显示屏上实时观看水下监测设备的三维状态，根据监测技术要求，将探头调至设计状态，并校核、修改计算模型的参数，优化实时监控性能。

3、优选的，在S1中：

1)自锚墩底座外形设计为扁平状，采用砼构件预制，四周斜坡设计能有效避免撞击、拖挂，砼设计标号为C30，钢筋为Ⅱ级钢，环形双层双向布置，上下层之间设拉结筋；

2)钢锚桩采用厚度为5毫米以上的热镀锌钢管，在安装现场焊接于自锚墩底部预埋钢板上；

3)中心设备舱用3毫米厚的热镀锌钢板焊制成盒状，用锚筋固定于砼中；

4)承载装置安装于自锚墩中心的设备舱内，信号线、控制线从预留穿线空中引出，承载装置上设有三维姿态仪，使能遥控调节水平度达到设计要求。

优选的，在S2中：

1)将RTU设备箱挂于指定位置，用螺栓固定好，蓄电池和RTU的连接要尽量缩短他们之间的距离，使电源馈线最短；

2)RTU采用室外立杆安装:设备箱安装于立杆上，与水下传感相接的信号电缆输入线从钢管内接入设备箱；

3)设备箱内设备均连接至机箱接地端，机箱接地应与接地体要有良好连接，全部安装完毕后，将主机箱设备调试至正常工作状态。

优选的，在S3中，所述配重块计算方法：每块5千克，水深每1～2米配置一块，材质为铸铁。

优选的，在S4中：

1)水下安装借助于吊装机械，满足相关行业工程施工规范的要求；

2)河底信号线、控制线穿钢丝软管、钢丝绳、配重块加以保护，岸边浇筑砼固定点，避免被挂断；

3)信号线、控制线、钢丝绳顺着河底引至岸上的RTU设备立杆内，接入机箱。

本发明提供的一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，与现有技术相比：1)使用自主发明制作的自锚墩，能有效地根据设备特点和安装要求设计尺寸、重量和调正方法，适合不同水文监测系统水下坐底式安装，具有兼容性高、加装简单特点。

2)自锚墩可加载三维姿态仪等其他辅助设备，既可以在安装阶段通过岸上主机显示屏观看设备的三维姿态，遥控调节探头支架；也可以在交付使用后，实时监控、调整设备姿态，发现水下问题，方便系统维护。

附图说明：

图1：为本发明工作步骤示意图；

图2：为本发明的自锚墩平面结构图；

图3：为本发明的自锚墩剖面示例图；

图4：为本发明的使用自锚墩时的河道纵剖面示例图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和说明书附图1-4，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，具体包括以下步骤：

S1、自锚墩是本发明对一种自制的带钢锚桩的、扁平状的、中心位置有凹槽的钢筋砼预制构件的简称，可作为承载装置，安装水下坐底式监测系统，其主要结构包括底座、钢锚桩、设备舱、承载装置及信号线和其他配件固定部件等，其重量及外形尺寸可根据实际情况定制，通常自重达1.2吨以上，四根锚杆可直接插入河底；

1)自锚墩底座外形设计为扁平状，采用砼构件预制，四周斜坡设计能有效避免撞击、拖挂，砼设计标号为C30，钢筋为Ⅱ级钢，环形双层双向布置，上下层之间设拉结筋；

2)钢锚桩采用厚度为5毫米以上的热镀锌钢管，在安装现场焊接于自锚墩底部预埋钢板上；

3)中心设备舱用3毫米厚的热镀锌钢板焊制成盒状，用锚筋固定于砼中；

4)承载装置安装于自锚墩中心的设备舱内，信号线、控制线从预留穿线空中引出，承载装置上设有三维姿态仪，使能遥控调节水平度达到设计要求；

S2、安装岸基遥测站：岸基遥测站主要完成对水下监测设备获取的数据的采集、传输和监控，其主要设备有RTU(遥测终端机)、传感器主机、通信终端及其他相关设备等，遥测站安装前，首先要对现场安装环境进行认真检查，主要内容有：场强测试、避雷接地检查、土建情况检查等，岸基测站的成套性设备包括：蓄电池、充电控制器、太阳能板、防雷电装置等，为了确保岸基系统与水下系统的有效配合，除了按照一般水文水资源监测设备安装规范施工外，当采用自锚墩承载水下监测设备时，特别要注意水下数据信号线、控制线的正确接入；

1)将RTU设备箱挂于指定位置，用螺栓固定好，蓄电池和RTU的连接要尽量缩短他们之间的距离，使电源馈线最短；

2)RTU采用室外立杆安装:设备箱安装于立杆上，与水下传感相接的信号电缆输入线从钢管内接入设备箱；

3)设备箱内设备均连接至机箱接地端，机箱接地应与接地体要有良好连接，全部安装完毕后，将主机箱设备调试至正常工作状态；

S3、在自锚墩上加载固定设备：将经检查合格后的自锚墩运至施工现场，将需要水下作业的设备固定在承载装置上，承载装置安装在设备舱内，再将信号线、控制线和其他配件全部安装完成，预调试合格后，准备吊装入水，根据水体深度、河道环境选择配重块，组装完成后放入河底，钢丝绳固定在岸边；

配重块计算方法：每块5千克，水深每1～2米配置一块，材质为铸铁；

S4、安装调整自锚墩及其上设备：根据河道断面图选定自锚墩安装位置，使用水上吊机将组装好的自锚墩定好方向吊装放到较平坦的河底，待自锚墩锚入河底、沉降稳定后，利用承载装置上的三维姿态仪，通过岸上显示屏遥控调节承载装置的传感器支架，将支架调至水平状态；

1)水下安装借助于吊装机械，满足相关行业工程施工规范的要求；

2)河底信号线、控制线穿钢丝软管、钢丝绳、配重块加以保护，岸边浇筑砼固定点，避免被挂断；

3)信号线、控制线、钢丝绳顺着河底引至岸上的RTU设备立杆内，接入机箱；

S5、系统集成：完成水下部件吊装和岸基测站设备调试后，可在岸基主机的显示屏上实时观看水下监测设备的三维状态，根据监测技术要求，将探头调至设计状态，并校核、修改计算模型的参数，优化实时监控性能。

下面结合附图对本发明进行进一步描述：

图1为本发明工作步骤示意图。整个方法包括：制作自锚墩、安装岸基遥测站、在自锚墩上加载固定设备、安装调整自锚墩及其上设备和系统集成。自锚墩须预先制作好，带到现场，其他步骤都是现场操作完成。

图2是本发明的自锚墩平面结构图，由预制砼底座、钢制锚桩、设备舱、承载装置及信号线和其他配件固定部件等组成。首先根据拟安装水下监测设备的河道水体、地质勘察资料，确定自锚墩大小、重量，以及钢锚桩的长度等参数，同时确定配重块的尺寸和重量；然后根据拟安装水下监测设备的大小和工作要求，确定设备舱和承载装置的大小及线路出口位置，绘制自锚墩制作设计图，定制加工。

图3为本发明的自锚墩剖面示例图。为了便于固定在河底，自锚墩底部设有四根钢锚桩，在安装现场焊接于自锚墩底部预埋钢板上。设备舱位于自锚墩中心，成矩形盒状，下凹于砼中，内置承载装置，根据水下监测设备的特点和工作要求，可灵活设置支架、管线等，来固定监测设备及其自带的配套装置，如三维姿态仪等。

图4为本发明的使用自锚墩时的河道纵剖面示例图。为方便描述，以典型水下测流系统ADCP为例，给出安装完成后的样例。ADCP测量流速的理想位置是在河中底部垂直水流(河道断面的选择一般由用户指定)，所以，需要根据河道断面图选定较平坦的河底，作为自锚墩的安装位置，使用水上吊机将组装好的自锚墩吊装放到河底、沉降稳定后，利用承载装置上的三维姿态仪，通过岸上显示屏遥控调节承载装置的传感器支架，将支架调至水平状态。

本发明的工作过程如下：

仍然以典型水下测流系统ADCP为例，说明本发明的工作过程。根据河流宽度、深度、底质情况，定制自锚墩重量及外形尺寸，并制作自锚墩及其配重。在现场，完成岸基遥测站安装、在自锚墩上加载固定设备，采用吊装方法将加装好设备的自锚墩按照相关行业工程施工规范的要求放到河底，并固定在河床上。然后，利用承载装置上的三维姿态仪，通过岸上显示屏遥控调节承载装置的传感器支架和探头的角度。例如，ADCP探头要求的工作角度为40度，承载装置设有两个防水电机，实现调平功能。最后，将信号线、控制线与钢丝绳绑扎牢固再外加钢丝软管保护，这些信号线不仅向成套设备的显示屏输出信号，还可通过岸基测站的RTU将测量数据上传到用户远端中心站，实现网络化的水文水资源实时数据采集和处理。

本发明用自锚墩承载水下监测系统，能保证监测探头的可靠工作，不仅提高了施工效率，还大大提高了设备水下坐底式安装质量。能有效抵御水流的冲击造成设备倾斜，防止船体冲撞、船锚拖行、船桨击打、渔网牵挂等造成设备损坏，便于维修更换，延长系统整体使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、制作自锚墩：其主要结构包括自锚墩底座、钢锚桩、中心设备舱、承载装置及信号线和其他配件固定部件等，其重量及外形尺寸可根据实际情况定制，通常自重达1.2吨以上，四根锚杆可直接插入河底；

S2、安装岸基遥测站：岸基遥测站主要完成对水下监测设备获取的数据的采集、传输和监控，其主要设备有RTU(遥测终端机)、传感器主机、通信终端及其他相关设备等，遥测站安装前，首先要对现场安装环境进行认真检查，主要内容有：场强测试、避雷接地检查、土建情况检查等，岸基测站的成套性设备包括：蓄电池、充电控制器、太阳能板、防雷电装置等，为了确保岸基系统与水下系统的有效配合，除了按照一般水文水资源监测设备安装规范施工外，当采用自锚墩承载水下监测设备时，特别要注意水下数据信号线、控制线的正确接入；

S3、在自锚墩上加载固定设备：将经检查合格后的自锚墩运至施工现场，将需要水下作业的设备固定在承载装置上，承载装置安装在设备舱内，再将信号线、控制线和其他配件全部安装完成，预调试合格后，准备吊装入水，根据水体深度、河道环境选择配重块，组装完成后放入河底，钢丝绳固定在岸边；

S4、安装调整自锚墩及其上设备：根据河道断面图选定自锚墩安装位置，使用水上吊机将组装好的自锚墩定好方向吊装放到较平坦的河底，待自锚墩锚入河底、沉降稳定后，利用承载装置上的三维姿态仪，通过岸上显示屏遥控调节承载装置的传感器支架，将支架调至水平状态；

S5、系统集成：完成水下部件吊装和岸基测站设备调试后，可在岸基主机的显示屏上实时观看水下监测设备的三维状态，根据监测技术要求，将探头调至设计状态，并校核、修改计算模型的参数，优化实时监控性能。

2.根据权利要求1所述一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，其特征在于：在S1中：

1)自锚墩底座外形设计为扁平状，采用砼构件预制，四周斜坡设计能有效避免撞击、拖挂，砼设计标号为C30，钢筋为Ⅱ级钢，环形双层双向布置，上下层之间设拉结筋；

2)钢锚桩采用厚度为5毫米以上的热镀锌钢管，在安装现场焊接于自锚墩底部预埋钢板上；

3)中心设备舱用3毫米厚的热镀锌钢板焊制成盒状，用锚筋固定于砼中；

4)承载装置安装于自锚墩中心的设备舱内，信号线、控制线从预留穿线空中引出，承载装置上设有三维姿态仪，使能遥控调节水平度达到设计要求。

3.根据权利要求1所述一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，其特征在于：在S2中：

1)将RTU设备箱挂于指定位置，用螺栓固定好，蓄电池和RTU的连接要尽量缩短他们之间的距离，使电源馈线最短；

2)RTU采用室外立杆安装:设备箱安装于立杆上，与水下传感相接的信号电缆输入线从钢管内接入设备箱；

3)设备箱内设备均连接至机箱接地端，机箱接地应与接地体要有良好连接，全部安装完毕后，将主机箱设备调试至正常工作状态。

4.根据权利要求1所述一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，其特征在于：在S3中，所述配重块计算方法：每块5千克，水深每1～2米配置一块，材质为铸铁。

5.根据权利要求1所述一种安全高效的通航河道水下监测系统安装方法，其特征在于：在S4中：

1)水下安装借助于吊装机械，满足相关行业工程施工规范的要求；

2)河底信号线、控制线穿钢丝软管、钢丝绳、配重块加以保护，岸边浇筑砼固定点，避免被挂断；

3)信号线、控制线、钢丝绳顺着河底引至岸上的RTU设备立杆内，接入机箱。