CN110081866A - 一种浮潜式应急水文测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浮潜式应急水文测量装置，解决江南地区中小河道的水文测流全面覆盖难度大，成本高，现有的小型手动测流装置操作难度大、设置要求高的问题。本装置包括横跨河道的钢丝，钢丝上滑动设置行走架，行走架下方通过吊索吊设有浮球，所述浮球漂浮在水面上，浮球的底面设有多普勒探头，浮球的顶面设有反光棱镜，所述浮球朝向河岸的两侧面分别设置有连接到对应河岸的牵引绳。本发明采用浮球作为测流载体，大大减少了对水文缆道的拉力，使缆道能选用更低强度的钢丝材料，减少缆道自重，减少缆道垂度，从而反过来减少手动水文测量操作难度，减少水文测量成本，以相同的水文测量经费完成更全面的水文信息测量。

Description

一种浮潜式应急水文测量装置

技术领域

本发明属于水文测量领域，涉及一种水文测量装置，特别涉及一种浮潜式应急水文测量装置。

背景技术

水文部门需要常年对河道的水文信息进行监测，为国家的各种建设规划提供水文资料，也为地方的防汛、防旱工作提供数据支持。为掌握一个地区的重点水文信息，水文部门会选取固定的河道观测点建设水文基站，水文基站为长期设置的固定设施，在河道两岸设立立柱，立柱之间设置横跨河道水文缆道，测流装置沿着水文缆道行走,同时进行测量。传统的水文缆道为钢索缆道，测流一般采用沉入水中的铅鱼，在铅鱼头部的上方安装测流传感器，水文缆道上设置可沿缆道行走的测流支架，铅鱼吊设在测流支架的下方，测流支架行走带动铅鱼沿水文缆道横跨河道行走，采集测流信息。另外，水文部门还有水文观测船，水文观测船沿河道行驶，获取河道的水文信息；水文部门还通过横跨河道的桥梁，依托桥梁桥面测量桥下的水文信息。通过固定水文基站、水文观测船、依托桥面测流等多种方式的结合，建立水文数据库。

然而在我国南方地区，水网密布，一些中小河道，尤其是宽度不足50米的小型河道，旱涝周期的水文信息变化大，不适合设立水文基站，测流船也很难进入，也不具备依托桥梁测流的条件。这类河道如果不进行测流，则会造成水文信息的缺失；进行测流则成本高，操作难度大。

中国专利局2018年4月17日公告的CN207248168U专利，名称为一种手动走航式小河道测验装置，河道两岸的基座之间设有固定钢索，固定钢索上设有行走架，河道两岸的基座上分别设有手摇轮，河道两岸的基座之间还设有走线钢索，走线钢索依次绕设在河道两岸的手摇轮上、并且走线钢索的两端分别于行走架的两侧固定形成环路，行走架下方设有三体船作为测流装置，所述行走架上设有穿线环，穿线环上可调节穿设有牵引索，牵引索下端与测流装置相连，牵引索上端顺着行走架一侧的走线钢索延伸至一侧河岸。该装置通过三体船测流，装备成本高，不适合大面积铺开使用，三体船行走过程中，需要通过收放牵引索控制三体船放线长度，对于手动操作的测流结构来说，操作复杂控制难度大，同时也造成接线安装复杂，三体船在河道中被水流带动，所受的冲击力大，这就对横跨河岸的固定钢索有很高的固定要求，对于临时测流装置来说，提高了安装成本，提升了设置难度。

发明内容

本发明的目的在于解决江南地区中小河道的水文测流全面覆盖难度大，成本高，现有的小型手动测流装置操作难度大、设置要求高的问题，提供一种浮潜式应急水文测量装置，大大简化了应急水文测量的临时装置，降低使用成本，在相同的水文测流经费条件下，获取更全面、完善的水文信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：包括横跨河道的钢丝，钢丝上滑动设置行走架，行走架下方通过吊索吊设有浮球，所述浮球漂浮在水面上，浮球的底面设有多普勒探头，浮球的顶面设有反光棱镜，所述浮球朝向河岸的两侧面分别设置有连接到对应河岸的牵引绳。传统的水文缆道测流时，采用铅鱼、三体船等测流载体，受测流载体的自重以及水流冲击的冲击力的影响，对水文缆道施加了较大的向下的拉力，而水文缆道为了具有足够的承载力，需要增加强度，通常就需要选用较粗的钢缆、钢索等，钢索、钢缆在保证抗拉强度的同时，也产生了不可忽略的自重，在缆道自重和测流载体向下拉力的双重作用下，水文缆道一般都具有无法忽略的垂度，即存在明显的中间低，两端高的缆道结构，而测流载体受水流冲击影响，是处于向下游摆动的状态的，过大的缆道垂度会导致测流载体摆动角度变化过大，入水深度过深，影响测量精度。因此，传统的水文测量，测流载体的吊装索通常是连向河岸，可调设置的，保证测流载体均匀的入水深度和摆动角度，这对于应急水文测量装置来说，不仅成本高，而且操作难度大，水文缆道的安装强度要求也高。本装置中吊索设置足够的长度可以保证浮球完全由浮力承载，吊索仅承载水流对浮球冲击产生的向下游摆动的偏转力，由于浮球体积远三体船，而且底面为球面，所受冲击力很小。因此吊索不少于钢丝离水面的高度即可满足要求，钢丝只需要承载行走机构的重力和浮球受水流冲击的偏转力，强度要求不高，选用钢丝即可满足要求，大大减少了缆道自重，节约装置成本，一般对于50米跨度之下的河道，钢丝可以绷紧，所产生的缆道垂度对水文测量的影响可以忽略不计。浮球底面的多普勒探头可以获取水文信息，浮球顶面的棱镜可以反射河岸发射的激光信号，获取离岸距离数据。浮球内部可以设置防水的无线信号元器件，在浮球壁的走线处做好密封。

作为优选，以反光棱镜和多普勒探头为浮球的上下两极，浮球的上半球的同一纬线环周上均匀设置四个下吊装环，所述行走架底部设有上吊装环，上吊装与四个下吊装环之间分别设置等长的吊索。与地球南北极类似，浮球两极处于竖直位置时，纬度平面为球体水平面截面。在浮球同一纬度环周采用四点吊装结构，配合浮球两侧的牵引绳，避免浮球转动。

作为优选，所述浮球朝向河岸的两侧面设有用于固定牵引绳的牵引环，所述下吊装环和牵引环设置在同一纬线环周上，牵引环设置在相邻两个下吊装环的正中间。牵引受力点和吊装受力点位于同一平面，避免浮球转动。

作为优选，所述浮球的外侧设有卡环，卡环的内壁为与浮球间隙配合的球面内壁，所述卡环上下开口，浮球顶面的反光棱镜从卡环上开口伸出，浮球底面的多普勒探头从卡环上开口伸出，所述卡环的上开口的口径、下开口的口径均小于浮球的直径，所述浮球的顶面在反光棱镜一侧与行走架之间设置有松弛的安全绳。浮球和卡环采用较大的间隙配合，使浮球能在水面浮力起伏的作用下，在卡环内不断滚动调整位置，利用底面多普勒探头的配重，自动调整到竖直位置。由水流冲击产生的向下游摆动的角度，则由卡环代替。即使缆道由于较低标准的固定结构长时间使用后产生垂度，也能保证多普勒探头始终在垂直线上完成水文测量工作，减少误差。

作为优选，所述卡环上开口的环周均匀设置有四个下吊装环，行走架底部设有上吊装环，上吊装与四个下吊装环之间分别设置等长的吊索，所述卡环上开口朝向河岸的两侧分别设置固定牵引绳的牵引环，牵引环设置在两个相邻下吊装环的正中间。

作为优选，所述卡环由上环体和下环体拼装成型，上环体和下环体采用螺纹拧合或者卡扣扣合。

作为优选，所述卡环采用塑料材质。

作为优选，行走架上设置滑轮，滑轮可滑动架设在钢丝上。

作为优选，两侧河岸设置有固定钢丝两端的基座，其中一侧河岸的基座设有牵引转向滑轮，对应一侧的牵引绳绕过牵引转向滑轮后回绕至对向河岸。通过牵引转向滑轮将两岸的牵引绳集中到一岸控制。如果是简易的水文测量装置，两岸基座能承受的拉力较小，也可以不实用牵引转向滑轮，改为两岸均有操作人员拉动牵引绳。

作为优选，所述牵引转向滑轮包括牵引转向下滑轮和牵引转向上滑轮，牵引转向下滑轮位于钢丝下方，牵引转向上滑轮位于钢丝上方，对向河岸的基座上设有与牵引转向上滑轮等高的中转轮，牵引绳依次绕过牵引转向下滑轮、牵引转向上滑轮从钢丝上方连接至中转轮。

本发明采用浮球作为测流载体，大大减少了对水文缆道的拉力，使缆道能选用更低强度的钢丝材料，减少缆道自重，减少缆道垂度，从而反过来减少手动水文测量操作难度，减少水文测量成本，以相同的水文测量经费完成更全面的水文信息测量。

附图说明

图1是本发明两河岸分别牵引的装置结构示意图。

图2是本发明一侧河岸进行牵引的装置结构示意图

图3是本发明的第一种浮球结构示意图。

图4是本发明的第二种浮球结构示意图。

图中：1、河道，2、基座，3、钢丝，4、行走架，5、浮球，6、牵引绳，7、牵引转向下滑轮，8、牵引转向上滑轮，9、中转轮，10、吊索，11、下吊装环，12、牵引环，13、多普勒探头，14、反光棱镜，15、安全绳，16、上环体，17、下环体，18、卡环。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例1：一种浮潜式应急水文测量装置，如图1-3所示，本装置在跨度小于50米的河道应急临时使用，简易安装对河道水文信息进行测量。本装置在河道1两岸对应设置基座2，两基座之间设置横跨河道的钢丝3，钢丝上滑动设置行走架4，行走架通过滑轮滑动架设在钢丝3上。行走架下方通过吊索10吊设有浮球5，所述浮球5漂浮在水面上，浮球的底面设有多普勒探头13，用于测量水文信息，浮球的顶面设有反光棱镜14，反射河岸发出的激光用于获取浮球离岸距离。所述浮球朝向河岸的两侧面分别设置有连接到对应河岸的牵引绳6。以反光棱镜14和多普勒探头13为浮球5的上下两极，浮球的上半球的同一纬线环周上均匀设置四个下吊装环11，所述行走架底部设有上吊装环，上吊装与四个下吊装环之间分别设置等长的吊索10。浮球5朝向河岸的两侧面设有用于固定牵引绳的牵引环12，所述下吊装环和牵引环设置在同一纬线环周上，牵引环12设置在与牵引环相邻两个下吊装环的正中间。

作为应急使用时，如果满足两岸均有操作人员的条件时，如图1所示，两侧的基座在低于钢丝的位置分别设置承托牵引绳底部的承托滑轮，牵引绳架设在承托滑轮上向外延伸，通过两岸操作人员分别拉动牵引绳操作浮球朝两岸移动。承托滑轮从下向上承托牵引绳，不会对基座产生侧向压力，保持基座稳定。

当只有一岸留有操作人员，如图2所示，在无人河岸一侧的基座上设置牵引转向滑轮，牵引转向滑轮包括牵引转向下滑轮7和牵引转向上滑轮8，牵引转向下滑轮7位于钢丝3下方，牵引转向上滑轮位8于钢丝3上方，对向有人河岸的基座上设有与牵引转向上滑轮等高的中转轮9，牵引绳依次绕过牵引转向下滑轮、牵引转向上滑轮从钢丝上方连接至中转轮后向外延伸。同时有人河岸一侧基座在低于钢丝的位置设置承托滑轮，牵引绳架设在基座的承托滑轮上向外延伸。通过一侧河岸的操作人员控制浮球的往返移动。

本装置中吊索设置足够的长度可以保证浮球完全由浮力承载，吊索仅承载水流对浮球冲击产生的向下游摆动的偏转力，由于浮球体积远三体船，而且底面为球面，所受冲击力很小。因此吊索不少于钢丝离水面的高度即可满足要求，钢丝只需要承载行走机构的重力和浮球受水流冲击的偏转力，强度要求不高，选用钢丝即可满足要求，大大减少了缆道自重，节约装置成本，一般对于50米跨度之下的河道，钢丝可以绷紧，所产生的缆道垂度对水文测量的影响可以忽略不计。浮球底面的多普勒探头可以获取水文信息，浮球顶面的棱镜可以反射河岸发射的激光信号，获取离岸距离数据。浮球内部可以设置防水的无线信号元器件，在浮球壁的走线处做好密封。

实施例2：一种浮潜式应急水文测量装置，如图1、2、4所示，本装置在跨度小于50米的河道应急临时使用，简易安装对河道水文信息进行测量。本装置在河道1两岸对应设置基座2，两基座之间设置横跨河道的钢丝3，钢丝上滑动设置行走架4，行走架通过滑轮滑动架设在钢丝3上。行走架下方通过吊索10吊设有浮球5，所述浮球5漂浮在水面上，浮球的底面设有多普勒探头13，用于测量水文信息，浮球的顶面设有反光棱镜14，反射河岸发出的激光用于获取浮球离岸距离。浮球的外侧设有卡环18，卡环的内壁为与浮球间隙配合的球面内壁，所述卡环上下开口，浮球顶面的反光棱镜14从卡环上开口伸出，浮球底面的多普勒探头13从卡环上开口伸出，卡环的上开口的口径、下开口的口径均小于浮球的直径，浮球的顶面在反光棱镜一侧与行走架之间设置有松弛的安全绳15。卡环上开口的环周均匀设置有四个下吊装环11，行走架底部设有上吊装环，上吊装与四个下吊装环之间分别设置等长的吊索，所述卡环上开口朝向河岸的两侧分别设置固定牵引绳的牵引环12，牵引环设置在两个相邻下吊装环的正中间。卡环18由上环体16和下环体17拼装成型，上环体和下环体采用螺纹拧合或者卡扣扣合。

作为应急使用时，如果满足两岸均有操作人员的条件时，如图1所示，两侧的基座在低于钢丝的位置分别设置承托牵引绳底部的承托滑轮，牵引绳架设在承托滑轮上向外延伸，通过两岸操作人员分别拉动牵引绳操作浮球朝两岸移动。承托滑轮从下向上承托牵引绳，不会对基座产生侧向压力，保持基座稳定。

当只有一岸留有操作人员，如图2所示，在无人河岸一侧的基座上设置牵引转向滑轮，牵引转向滑轮包括牵引转向下滑轮7和牵引转向上滑轮8，牵引转向下滑轮7位于钢丝3下方，牵引转向上滑轮位8于钢丝3上方，对向有人河岸的基座上设有与牵引转向上滑轮等高的中转轮9，牵引绳依次绕过牵引转向下滑轮、牵引转向上滑轮从钢丝上方连接至中转轮后向外延伸。同时有人河岸一侧基座在低于钢丝的位置设置承托滑轮，牵引绳架设在基座的承托滑轮上向外延伸。通过一侧河岸的操作人员控制浮球的往返移动。

相比实施例1，本装置浮球和卡环采用较大的间隙配合，使浮球能在水面浮力起伏的作用下，在卡环内不断滚动调整位置，利用底面多普勒探头的配重，自动调整到竖直位置。由水流冲击产生的向下游摆动的角度，则由卡环代替。即使缆道由于较低标准的固定结构长时间使用后产生垂度，也能保证多普勒探头始终在垂直线上完成水文测量工作，减少测量误差。

Claims (10)

1.一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：包括横跨河道的钢丝，钢丝上滑动设置行走架，行走架下方通过吊索吊设有浮球，所述浮球漂浮在水面上，浮球的底面设有多普勒探头，浮球的顶面设有反光棱镜，所述浮球朝向河岸的两侧面分别设置有连接到对应河岸的牵引绳。

2.根据权利要求1所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：以反光棱镜和多普勒探头为浮球的上下两极，浮球的上半球的同一纬线环周上均匀设置四个下吊装环，所述行走架底部设有上吊装环，上吊装与四个下吊装环之间分别设置等长的吊索。

3.根据权利要求2所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：所述浮球朝向河岸的两侧面设有用于固定牵引绳的牵引环，所述下吊装环和牵引环设置在同一纬线环周上，牵引环设置在相邻两个下吊装环的正中间。

4.根据权利要求1所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：所述浮球的外侧设有卡环，卡环的内壁为与浮球间隙配合的球面内壁，所述卡环上下开口，浮球顶面的反光棱镜从卡环上开口伸出，浮球底面的多普勒探头从卡环上开口伸出，所述卡环的上开口的口径、下开口的口径均小于浮球的直径，所述浮球的顶面在反光棱镜一侧与行走架之间设置有松弛的安全绳。

5.根据权利要求4所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：所述卡环上开口的环周均匀设置有四个下吊装环，行走架底部设有上吊装环，上吊装与四个下吊装环之间分别设置等长的吊索，所述卡环上开口朝向河岸的两侧分别设置固定牵引绳的牵引环，牵引环设置在两个相邻下吊装环的正中间。

6.根据权利要求4或5所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：所述卡环由上环体和下环体拼装成型，上环体和下环体采用螺纹拧合或者卡扣扣合。

7.根据权利要求4或5所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：所述卡环采用塑料材质。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：行走架上设置滑轮，滑轮可滑动架设在钢丝上。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：两侧河岸设置有固定钢丝两端的基座，其中一侧河岸的基座设有牵引转向滑轮，对应一侧的牵引绳绕过牵引转向滑轮后回绕至对向河岸。

10.根据权利要求9所述的一种浮潜式应急水文测量装置，其特征在于：所述牵引转向滑轮包括牵引转向下滑轮和牵引转向上滑轮，牵引转向下滑轮位于钢丝下方，牵引转向上滑轮位于钢丝上方，对向河岸的基座上设有与牵引转向上滑轮等高的中转轮，牵引绳依次绕过牵引转向下滑轮、牵引转向上滑轮从钢丝上方连接至中转轮。