通航河流上水文纜道工程通航凈空高度的計算方法

秦 磊，胡 鵬

(1.東西湖區港航海事處，武漢 430040；2.長江航道規劃設計研究院，武漢 430010)

通航河流上水文纜道工程通航凈空高度的計算方法

秦 磊1，胡 鵬2

(1.東西湖區港航海事處，武漢 430040；2.長江航道規劃設計研究院，武漢 430010)

水文纜道是一種由岸上進行操縱控制，進行江河流量、泥沙等測驗工作架設的跨河索道系統。由于需要沿測驗斷面運送水文測驗設備到預定水平位置和垂線測點位置，因此水文纜道對通航的影響不同于橋梁、電力及通信等水上過河建筑物。以保障船舶和水上過河建筑物安全為原則，根據水文纜道運行的特點，結合相關通航技術要求，對通航河流上水文纜道工程的通航凈空高度要求及計算方法進行探討。

通航條件；水文纜道；凈空高度；計算方法

水文纜道是一種由承載索(主索)、牽引索(循環索)、支柱(塔架)、拉線、地錨、轉(導)向滑輪、運載行車、懸吊鉛魚(儀器)、驅動絞車、信號儀表裝置、防雷設施、操作室(機房)等系統組成的，通過鉛魚(懸桿)將流速儀(泥沙采樣器)送至河道過水斷面測點位置，進行測點流速(泥沙含量)測量，是江河流量、泥沙等水文測驗專用設備[1]。水文纜道定位精度較高，測驗人員無需下水，極大地提升了自動化測驗技術水平，能快捷并安全地完成測驗任務[2]。由于需要通過索道把水文測驗儀器送到測驗斷面任一指定位置，并進行作業，對船舶通航安全產生較大影響。由于水文纜道對通航的影響不同于電力、通信等水上過河纜線，本文從通航技術要求出發，對在通航河流建設水文纜道工程的通航凈空高度要求及計算方法進行探討。

圖1 水文纜道布設示意圖Fig.1 Layout plans of hydrometric cableway

1 水文纜道系統結構

水文纜道主要有纜索系統驅動裝置和測驗儀器設備[2]。測驗時，操縱儀器沿主索作水平運動，到達測驗位置后，下放儀器(鉛魚)到預定測點進行測速、取沙。典型的水文纜道布設形式如圖1所示。一般由動力循環系統、變頻調速系統、智能控制系統、避雷系統等部分組成。動力循環系統主要包括主桿支架、地錨、主索、牽引索、滑輪、行車、絞車，鉛魚等部分；變頻調速系統包括動力控制器、變頻調速器、電機等；智能控制系統主要包括計算機、主控接口、計數控制接口、水下信號源等；避雷系統一般由避雷接地網、過河避雷索、避雷針、三相電源避雷器等部分組成。

2 通航凈高的確定

通航凈高是在跨越航道建筑物的通航孔兩側墩柱的內空范圍內，從建筑物梁底最低點至設計最高通航水位間的垂直距離。《內河通航標準》(以下簡稱“標準”)給出了相應等級航道應滿足的最小尺度，不同等級的航道所要求的通航凈空高度是不同的。通航凈高值為工程航段代表船型空載水線以上至最高固定點高度與富裕高度之和[3-4]。底部有斜撐或拱形過河建筑物的通航凈空尺度要求如圖2所示。對通航凈空為矩形的過河建筑物其上底寬(b)與通航凈寬(Bm)一致，且無側高(h)的規定。

根據“標準”，水上過河纜線的通航凈空高度，是指工程河段通航最大船舶空載高度在設計最高通航水位時安全通過纜線的最小高度。通航凈空高度數值應按纜線垂弧最低點計算，不小于最大船舶空載高度、船舶航行安全富裕高度與纜線安全富裕高度之和[5]。

圖2 通航凈空示意圖Fig.2 Dimensions of navigation clearance

(1)最大船舶空載高度。

水上過河纜線相比橋梁等水上過河建筑物目標小，船舶航行、特別是夜間航行時難以發現，且數量較多。因此，水上過河纜線通航凈空高度論證中通航船型的選取不同于橋梁論證中通航代表船型的選取原則。水上過河纜線應根據工程航段船舶通航實際狀況、船型規劃情況以及特殊作業船舶等綜合選取，以此確定最大船舶空載高度(包括特種船舶或船舶承擔特種運輸任務、船舶跨航道等級航行時的空載高度以及帆船、漁船進入內河航道航行時的桅桿高度)。

(2)船舶航行安全富裕高度。

船舶航行安全富裕高度值是為保障水上過河建筑物下方船舶行駛安全而設置的富裕量。所考慮的各項因素基于以下幾種情況：①船舶駕駛的安全高度是一個綜合性的因素，其中包括駕駛員的心理因素，船舶越大，波浪越高，船舶過橋時航行條件越差，要求的安全高度也越大；②水流及波浪引起的船舶縱搖和垂蕩使船舶水線以上至最高固定點高度產生較大的變化；③船舶水線以上至最高固定點高度的計量誤差由以下情況造成：不同的載重量，船舶大修后發生的高度變化，船舶高度量測時的誤差，船舶在淡、海水中的吃水差等；④目前的技術水平在水位觀測、預報和氣象增水的預報方面存在著一定的誤差，但其量值不大。

(3)纜線安全富裕高度。

纜線安全富裕高度是考慮電力、通信線路設計電氣安全距離要求的富裕高度。一般，輸電線路按各電壓等級取值的極差遞增取值。水文纜道采用無線信號傳輸，由起重索、水下鉛魚及儀器和岸邊水下極板通過水體組成信號傳輸通道，鉛魚為無線信號傳輸的水下輸出端，內置電源[6]。因此，水文纜道無需考慮電氣安全距離富裕高度值，其通航凈高值應不小于最大船舶空載高度與船舶航行安全富裕高度之和，即水文纜道垂弧最低點至設計最高通航水位的最小距離。

圖3 非工作狀態時水文纜道通航凈空高度分析圖Fig.3 Analysis of navigable clearance height in non-operating state

3 垂弧最低點的確定

水文纜道垂弧最低點的確定應考慮纜道運行設備的影響因素，本文根據水文纜道非工作狀態和工作狀態分別進行分析[7]。

(1)非工作狀態。當水文纜道不進行水文測驗時，纜道運行設備行車及吊載儀器(鉛魚)停滯于岸側塔桿附近。根據水文纜道設計方案的不同，有兩種情況區別考慮：第一種情況，方案中僅有主索和循環索的設計。此時，僅分析主索和循環索中垂度最大、處于最下方纜索的垂弧最低點即可。一般情況，下循環索處于最下方。第二種情況，方案中增加支索器的設計[8]。支索器是在上、中、下部位分別用兩塊角鐵夾住1組滑輪的一個桿件裝置。3組滑輪中，中間1組滑輪夾住主索，起到固定支索器的作用；上、下端各1組滑輪分別夾住上、下循環索，讓上下循環索與主索始終保持一定距離，既不相互打絞，也不會與主索接觸，上下循環索均控制在支索器范圍內。在纜道非工作狀態時，由于重力作用，支索器自然滑至主索最低點(纜道中部)。按最不利情況考慮，可以主索負載垂度與支索器的12長度之和作為纜道的垂弧最低點，見圖3所示。

(2)工作狀態。當水文纜道進行水文測驗時，纜道行車從一岸向另一岸開始水平運動，支索器在行車運動初期并不滑動。當行車運行接近支索器時，行車運行的驅動力通過循環索傳遞給支索器一個張力，從而推動支索器前進。當行車和鉛魚返回運動時，支索器所受的張力逐漸減小，直到消失，在重力作用下又自然返回滑至主索最低點。當行車停滯于測量斷面點時，鉛魚將進行上下垂直作業，由于支索器的支撐與牽制作用，上下循環索與主索始終保持固定距離，循環索即使產生彈跳也不會打絞，更不會與主索接觸，纜道支索器與行車作用關系示意圖如圖4所示。

圖4 纜道支索器與行車作用關系示意圖Fig.4 The interaction between cableway separator and cable car

圖5 工作狀態時水文纜道通航凈空高度分析圖Fig.5 Analysis of navigable clearance height in operating state

工作狀態時，行車及測驗儀器(鉛魚)從一岸向另一岸移動，鉛魚位于行車下方并需深入河中進行工作，在通航水域進行測驗時，會對船舶航行產生影響。當纜道運行工作時，遭遇航行船舶，為避讓航行船舶，可將鉛魚臨時提起，其通航凈空高度應能夠滿足船舶航行的要求。考慮鉛魚臨時提起避讓航行船舶(從水面提至行車底部時間為1～2 min)，此種情況為最不利情況。此時，纜道工程距離河面最低點為主索負載垂度、行車行走輪至行車底部距離及鉛魚高度三者之和，如圖5所示。

4 小結

本文通過分析通航河流水上過河纜線通航凈高相關影響因素，確定水文纜道通航凈空高度值，即纜道垂弧最低點至設計最高通航水位的最小距離為工程河段最大船舶空載高度與船舶航行安全富裕高度之和。根據水文纜道工作運行特點，分析了纜道非工作狀態和工作狀態下纜線垂弧最低點的確定方法，可供水文纜道設計和航道通航評價工作參考。

[1]SD121-84，水文纜道測驗規范[S]．

[2]長江流域規劃辦公室水文處．水文纜道[M]．北京：水利水電出版社，1978．

[3]查雅平，吳澎．跨海橋梁橋址選擇和通航凈空尺度問題的探討[J]．水運工程，2009，423(1)：203-207． ZHA Y P，WU P．Discussion on Bridge Site Selection and Navigational Clearances for Sea Crossings[J]．Port & Waterway Engineering，2009，423(1)：203-207．

[4]李一兵，何文輝．橋梁通航安全影響論證中的常見問題及其處理方法[J]．水道港口，2014(4)：366-369． LI Y B，HE W H．Common problems in argument about bridge navigation safety influence and processing methods[J]．Journal of Waterway and Harbor，2014(4)：366-369．

[5]GB50139-2014，內河通航標準[S]．

[6]劉澤文，韓友平．水文纜道的信號傳輸研究院[J]．氣象水文海洋儀器，2013(3)：5-6． LIU Z W，HAN Y P．Study on signal transmission of hydrometric cableway [J]．Meteorological，Hydrological and Marine Instruments，2013(3)：5-6．

[7]胡鵬．皇莊水文站纜道建設工程航道通航條件影響評價報告[R]．武漢：長江航道規劃設計研究院，2016．

[8]仇旭．水文纜道設計方法研究[D]．南京：河海大學，2004．

Calculation method of navigable clearance height of over-river structure for hydrometric cableway on navigable river

QINLei1，HUPeng2

(1.DongXiHuMSA,Wuhan430040,China; 2.ChangjiangWaterwayPlanning,DesignandResearchInstitute,Wuhan430010,China)

Hydrometric cableway is a specific survey instrument system, which is controlled on the bank, surveying the runoff of the water and sand. The section of over-river cableway is used to transport equipment to a predetermined horizontal position and vertical measuring point along the test section. Therefore, the effect of hydrometric cableway on navigation is different from the bridge, transmission cableway, telecommunication cableway and other over-river structures. In order to ensure the safety of ship navigation and the safety of over-river structure, according to the characteristics of hydrometric cableway operation, the calculation method of navigable clearance height of over-river structure for hydrometric cableway on navigable river was explored combined with the relevant technical requirements of navigation.

navigation condition; hydrometric cableway; navigable clearance height of over-river structure; calculation method

TV 123

：A

1005-8443(2017)04-0384-03

2017-03-01;

：2017-04-11

秦磊(1983-)，女，江蘇省鎮江人，助理工程師，主要從事港口航道管理工作。

Biography：QIN Lei(1983-),female, assistant engineer.