中华人民共和国水利行业标准.docx
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中华人民共和国水利行业标准
中华人民共和国水利行业标准
水位观测平台技术标准
Technicalstandardstageobservationplatform
(征求意见稿)
2006-xx-xx发布2006-xx-xx实施
中华人民共和国水利部发布
前言
本标准是根据水利部××××(200×)×××号文的要求,由水利部长江水利委员会水文局负责主编,并会同有关单位共同编制而成。
本标准系初次编制。
《水位观测平台技术标准》共10章31节,主要技术内容有:
——水位观测平台的界定和位置、形式选择要求;
——水位观测仪器对平台的技术要求;
——平台设计标准;
——平台各部分设计技术要求。
本标准为全文推荐。
本标准批准部门:
中华人民共和国水利部
本标准主持机构:
水利部水文局
本标准解释单位:
水利部长江水利委员会水文局
本标准主编单位:
水利部长江水利委员会水文局
本标准参编单位:
水利部黄河水利委员会水文局
黑龙江省水文水资源勘测局
河南省水文水资源局
南京水利水文自动化研究所
湖南省水文水资源勘测局
本标准出版发行单位:
本标准主要起草人:
本标准审查会议技术负责人:
本标准体例格式审查人:
目次
条文说明
1总则
1.0.1为统一水利行业水位观测平台设计、观测仪器及传感器对观测平台的要求等方面的技术规定,保证水位观测平台设计做到技术先进、经济合理、安全适用和正常运行,为防汛和各类工程建设提供可靠的水位信息,制定本标准。
1.0.2本标准定义的水位观测平台提供使用有关水位仪器测量地表、地下水位的相应环境,以及安装条件。
水位观测平台主要包括仪器房、测井及附属设施。
1.0.3本标准适用于河流、湖泊、水库、渠道的地表水位及地下水位观测平台的设计。
1.0.4水位观测平台的设计除应执行本标准外,还应符合国家现行有关标准的规定。
1.0.5设计水位观测平台和选择结构方案时,应充分考虑河道地形及河床演变规律;水文气象特征,水力条件等情况,经过技术、经济综合论证确定。
1.0.6本标准引用的主要技术标准:
《水位观测标准》(GBJ138-90)
《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)
《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)
《高耸结构设计规范》(GBJ135-90)
《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)
2平台位置选择
2.0.1水位观测平台位置选择应满足建站目的和观测精度的要求,宜选择在建设条件适宜的地方,并应符合下列规定:
1河道的水位观测平台应选择在岸边顺直、稳定,水位代表性好、不易冲淤、主流不易改道的位置;并应避开回水和受水工建筑物影响的地方;
2湖泊及水库内的水位观测平台宜选择在岸坡稳定,水位有代表性的地点;
3受风暴潮影响地区的水位观测平台宜选择在岸坡稳定、不易受风浪直接冲击的地点;
4水位观测平台应靠近基本水尺断面,缆道站的水位观测平台应与缆道测流断面保持适当的水平距离。
2.0.2地下水位观测平台选择的位置应代表当地正常地下水位,满足观测目的和精度的要求,并应符合下列规定:
1平原井灌地区地下水位观测平台应尽可能远离河道、渠道、蓄水建筑物、生产井、集中稻田区、工业废水排放沟渠,平台地址地面高程与附近地面高程应基本一致;
2为研究水库周围或河网地区的地下水浸没问题,渠灌地区防止盐碱化等问题进行的地下水位观测,平台位置应选在水库、河、渠水位的影响范围内;
3研究河流补给问题的地下水位观测平台,应垂直于河流的纵断面布设。
3平台形式、类型与选择
3.1平台形式
3.1.1地表水水位观测平台按其形式和在断面上的位置可分为岛式、岸式、岛岸结合式。
3.1.2地下水水位观测平台按形式可分为机电井、压水井、敞口井和观测孔等。
3.2平台类型
3.2.1地表水水位观测平台按其建筑结构的材料可分为金属、钢筋混凝土、砌体和其他类型。
3.2.2地表水水位观测平台按其进水方式可分为卧式连通管式、虹吸式、多级传感式、悬臂式和斜坡式等。
3.2.3地下水位观测平台按其测井的用途可分为专用监测井、民井、勘测孔、生产井。
生产井不宜作为地下水位基本监测井。
3.3.1岛式适用于河床稳定,不易受冰凌、船只和漂浮物撞击的测站。
3.3.2岸式适用于岸边稳定、岸坡较陡、淤积较少的测站,也适用于断面附近经常有船舶停靠,河流漂浮物、冰排较多的测站。
3.3.3岛岸结合式适用于中低水位易受冰凌、漂浮物、船只碰撞的测站。
3.3.4悬臂式适用于各种主流摆动、冲淤变化较大、遥测、无人值守的非接触式水位计。
3.3.5斜坡式适用于多泥沙、结冰、水位变幅较大、接触、非接触和遥测水位计。
.卧式进水管式适用于岸坡较稳定,滩地较短,河流含沙量较少的测站。
3.4.2.虹吸式及虹连式适用于河床较稳定,滩地较高的测站。
3.4.3多级传感式适用于河床不稳定、主流位置随高、中、低水位不同而变化的测站。
3.5.1观测平台建设规模应从观测要求、测站特性、测站级(类)别、经济效果等多方面进行综合比较、优选方案后确定。
3.5.2地表水位观测平台建设规模可按表3.5.2进行选择。
地表水位观测平台建设规模选择表
建设规模 建设等级
条件划分
大 型
中 型
小 型
简 易
水位变幅
15m以上
10m~15m
5m~10m
5m以下
重要性
国家重要站
国家,省级重要站
省级重要站,一般站
一般站
水利工程
大型水库或国家重点建设项目
大、中型水库,国家(省)重点建设项目
中、小型水库,省(地、市)重点建设项目
小型水库,灌溉渠道,
报汛等级
国际、中央报汛站
国际、中央、省级报汛站
中央、省级报汛站,
省级、一般报汛站
3.5.3地下水位观测平台建设规模可按表3.5.3进行选择。
地下水位观测平台建设规模选择表
建设规模 主要内容
条件划分
大 型
中 型
小 型
简 易
井深高度
50m以上
50m~30m
30m~10m
10m以下
重要性
国家重要井
国家,省级重要井
省级重要井,一般井
一般井
代表区域
超,强开采区
超,强开采区
强,中等开采区
弱开采区
4仪器对平台的要求
4.1地表水观测平台
4.1.1地表水观测平台安装浮子式水位计,其测井应符合下列要求:
1测井的截面宜建成圆形、椭圆形,应有足够大小的尺寸安装所使用的浮子式水位计;
2测井井壁应垂直,测井底应低于被测最低水位以上,测井口应高于被测最高水位以上;
3测井不论采用何种截面,均应使安装在其中的浮子式水位计的浮子、平衡锤距井壁有以上的间隙;
4一个测井内安装二台或更多的浮子式水位计,所有浮子、平衡锤相互之间的距离应在12cm以上。
4.1.2地表水观测平台安装其它形式水位计,其测井应符合下列要求:
1压力式水位计适合圆形、方形或矩形、椭圆形等多种截面的测井。
测井应有传感器安装牢固的设施,并不应淤积和冰冻;
2声学水位计和雷达水位计应安装在较大口径的测井内,井壁应平整;
3激光水位计宜安装在小口径测井内,井壁应平整。
4.1.3仪器房内应有安放仪器的工作台,台面平整水平;仪器房以及整个平台应有电源、信号通信电缆的架设保护设施。
4.2地下水观测平台
4.2.1地下水观测平台安装浮子式水位计,其测井应符合下列要求:
1测井的截面宜建成圆形,可用金属或塑料工业管材构建。
下部管壁上应设有适量的透水孔;
2测井井壁应垂直,在水位变化范围内,浮子能自由升降。
测井底应低于被测最低水位以上;
3测井内径的大小应保证安装在其中的浮子式水位计能正常工作。
4.2.2地下水观测平台安装其它形式水位计,其测井应符合下列要求:
1非浮子式的地下水位计安装在测井内,测井及整个平台应能适应仪器安装和维护的需要;
2安装压力式水位计,测井的内径应能便于装入压力式水位计的传感器和传输线缆,并不应小于5cm;
3安装接触式地下水位计,测井内径应大于接触式地下水位计的水面跟踪触头,并应使水面跟踪触头及其悬挂线缆能无阻碍地跟踪水面升降。
5设计标准
5.1防洪标准
5.1.1水位观测平台的防洪标准应不底于当地防洪标准。
5.1.2大河重要控制站,水位观测平台防洪标准原则上应高于100年一遇,若受地形条件限制确实无法达到这一标准且近50年来也未能发生过100年一遇的洪水,其防洪标准应不低于近50年来发生过的最大洪水。
5.1.3大河一般控制站,水位观测平台防洪标准原则上应高于50年一遇,若受地形条件限制确实无法达到这一要求,且近30年来也未能发生过50年一遇的洪水,其防洪标准应不低于近30年来发生过的最大洪水。
5.1.4区域代表站、小河站水位观测平台防洪标准应高于30年一遇。
5.1.5湖泊站,水位观测平台防洪标准应高于历史最高洪水位或堤顶高程。
5.1.6符合下列条件之一的水文站,可按对应的水文站级别划分原则提高一级防洪标准和测洪标准建设。
1国家重要水文站;
2位于重要城市和重要城市上游并对城市防汛起重要作用的水文站;
3对水资源配置、水环境评价具有重要作用的省(自治区、直辖市)界水文站;
4国际河流水文站;
5位于城市重要水源地或重点产沙区的水文站。
5.2测洪标准
5.2.1大河重要控制站,水位观测平台测洪标准应高于50年一遇,或不低于当地和下游保护区防洪标准。
5.2.2大河一般控制站,水位观测平台测洪标准应高于30年一遇,或不低于当地和下游保护区防洪标准。
5.2.3区域代表站,水位观测平台测洪标准应高于20年一遇。
5.2.4小河站,水位观测平台测洪标准应高于10年一遇。
5.2.5湖泊站,水位观测平台测洪标准应高于最高洪水位或堤顶高程。
5.2.6水库、闸坝站,水位观测平台测洪标准应高于水库、闸坝最高蓄水位。
5.2.7大河重要控制站、大河一般控制站的水位观测平台,观测的水位变幅宜为历年最低水位~测洪标准相应水位或历年水位变幅的95%以上。
区域代表站和小河站的水位观测平台观测水位变幅由各省(自治区、直辖市)水文业务主管部门确定。
5.2.8当漫滩较宽、边坡较缓时,应根据漫滩、边坡和造价等情况,经综合分析后,可分级设置水位观测平台。
5.3抗震标准
5.3.1根据《建筑抗震设防分类标准》(GB50223---95),大河重要控制站、大河一般控制站和大型水库(湖泊)站定为甲类建筑抗震设防,区域代表站和中小型水库(湖泊)站定为乙类建筑抗震设防,小河站定为丙类建筑抗震设防。
5.4防雷标准
5.4.1水位观测平台应按照建筑物防雷标准的三级防雷要求设计。
~10Ω,应在仪器房内设置等电位设计,以及提供等电位连接。
简易测井可不考虑防雷。
6荷载
6.1荷载分类及代表值
6.1.1作用于水位观测平台及附属物上的荷载,可分为下列三类:
1永久荷载(恒荷载):
自重、土重、固定的仪器设备重等;
2可变荷载(活荷载):
平台面活荷载、栈桥面活荷载、风荷载、雪荷载、水冲击荷载等;
3偶然荷载:
撞击力、地震作用等。
6.1.2平台设计时,不同荷载应采用不同的代表值:
1永久荷载,应采用标准值作为代表值;
2可变荷载,可根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值;
3偶然荷载,应根据试验资料,结合工程经验确定或按有关规范计算其代表值。
6.1.3平台设计时,应采用标准值作为荷载的基本代表值,并应符合下列要求:
1永久荷载标准值:
对平台各部份结构的自重,可按结构构件尺寸与材料单位体积的自重计算确定;
2对常用材料和构件,其自重可参照(GBJ9-87)附录1的规定采用;
3可变荷载标准值,应按本章的有关规定计算或采用。
6.2均布活荷载
6.2.1平台及各部份均布活荷载的标准值,应按表6.2.1的规定采用。
表6.2.1平台各部份均布活荷载标准值
项次
类别
标准值(
)
1
平台仪器房
2
平台挑出部份
3
平台屋面
4
栈桥桥面
注1:
第1项包括工作人员、仪器设备;
采用。
6.3雪荷载
6.3.1平台台面和栈桥桥面上的雪荷载标准值,应按下式计算:
(6.3.1)
式中
—雪荷载标准值(
);
—台平面积雪分布系数;
—基本雪压(
)。
6.3.2基本雪压应按(GBJ9-87)全国基本雪压分布图的规定采用。
6.3.3有雪地区,当城市或建设地点的基本雪压值在全国基本雪压分布图上未给出时,可通过对气象和地形条件的分析,参照全国基本雪压分布图上的等压线用插入法确定。
6.3.4山区的基本雪压,可按当地空旷平坦地区的基本雪压值乘以系数1.2采用。
6.3.5考虑荷载长期效应组合时,雪荷载的准永久值系数,东北地区可取0.2,新疆北部地区可取0.15,其他地区可不考虑。
6.3.6台平面积雪分布系数可按(GBJ9-87)5.2.1条有关规定采用。
6.4风荷载
6.4.1作用于平台单位面积上的风荷载标准值,应按下式计算:
(6.4.1)
式中
—风荷载标准值(
);
—Z高度处的风振系数;
—风荷载体型系数;
—风压高度变化系数;
—重现期调整系数(取1.1);
—基本风压(
)。
。
6.4.3当城市或建设地点的基本风压值在全国基本风压分布图上未给出时,可通过对气象和地形条件的分析,参照全国基本风压分布图上的等值线用插入法确定。
6.4.4山区的基本风压,可按相邻地区的基本风压值乘以下列调整系数采用:
6.4.5风压高度变化系数,应根据地面粗糙度类别按地面粗糙度可分为下列二类:
A类指湖岸、沙漠地区等;
B类指乡村、丘陵以及房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市郊区。
表6.4.5风压高度变化系数
离地面或海平面高度(m)
5
10
15
20
30
A
B
6.4.6风荷载体型系数可按(GBJ9-87)6.3.1条有关规定采用。
6.4.7平台z高度处的风振系数
可按下式计算:
(6.4.7)
式中
—脉动增大系数;
—脉动影响系数;
—振型系数;
—风压高度变化系数。
1脉动增大系数,可按下表确定:
表6.4.7-1脉动增大系数
0
钢筋混凝土
及砌体结构
计算
时,A类地区用当地基本风压乘以1.38代入,B类地区可直接代入基本风压;
2脉动影响系数,可按下表确定:
表6.4.7-2脉动影响系数
总高度H(m)
10
20
40
A
0.78
B
3振型系数取1.00。
6.5水冲击荷载
6.5.1作用于平台台身和栈桥桥墩的水冲击荷载的标准值,应按下式计算:
(6.5.1)
式中
—水阻力系数,园形截面取0.8,多边形截面取0.9,方形截面取1.0;
Pz—总水冲击荷载;
—水密度系数(取
);
v—台身或桥墩处最大水面流速(m/s);
—台身或桥墩每米高度的阻水面积(m2)。
6.5.2对可能发生比设计荷载还要大的荷载(漂浮物、冰排、波浪等),在设计时,可用水冲击荷载乘以综合工作条件系数ζ确定,计算时应根据考虑因素的多少,系数ζ按3.0~5.0采用。
6.6.1抗震设防烈度为6~9度地区,建设水位观测平台时,应考虑地震荷载作用。
6.6.2计算地震荷载作用时,可仅考虑水平地震作用。
水平地震作用标准值可按底部剪力法计算。
6.6.3作用于平台台身的水平地震标准值,应按下式计算:
(6.6.3)
式中
—水平地震作用标准;
—地震影响系数;
G—平台重力荷载。
计算时地震影响系数取最大值
max,不同基本烈度的最大值按表6.6.3采用。
表6.6.3水平地震影响系数最大值(
max)与基本烈度关系
基本烈度
6
7
8
9
max
6.7荷载组合与校核
6.7.1计算平台支承结构和基础时,应根据使用过程中可能同时作用的荷载进行组合,并应取其最不利组合进行设计。
6.7.2荷载组合可分为以下3种,设计时应根据本地最不利的发生荷载情况选用。
1恒荷载、水冲击荷载与其他活荷载;
2恒荷载、风荷载、雪荷载、撞击力;
3恒荷载、风荷载、潮(啸)水撞击力。
6.7.3抗震设防烈度为6度以上地区,计算时应将地震荷载纳入相应的荷载组合,对设计进行校核。
7直立式平台设计
7.1一般规定
7.1.1测井截面设计应符合本标准4.1.1的规定。
7.1.2测井截面大小应满足下列要求:
1圆形截面的测井:
1)现浇砼或砌体结构的测井,内径不应小于800mm;
2)框架式及悬吊式测井,内径不应小于600mm;
3)地下水位观测的测井,内径不应小于100mm。
2椭圆形或方形截面的测井,截面面积不应小于0.5m2。
7.1.3高砂河流测井底宜悬空,并设为漏斗状,便于排砂,并在井筒一侧全高范围内设蜂窝状小孔,使井内外水位保持一致。
7.1.4测井井身的支承可选择以下型式:
1基础式:
测井井身直接位于基础上;
2框架式:
测井井身连接于H形杆或四杆构成的“框架”上,底部悬空;
3悬吊式:
测井井身宜支承在陡岩或桥墩上,以及其他建构筑物上,底部悬空。
7.1.5对于承受动水荷载的直立式测井,不管采用何种支承方式,其稳定安全系数应满足下式:
≥2.5(7.1.5)
式中M稳——稳定力矩;
M倾——倾受力矩。
7.1.6需要防冻的测井,应采取下列措施:
1对浮筒实行电器加热;
2加大井壁厚度;
3防止井内结冻的其他措施。
7.1.7需要防腐的测井,应采取下列措施:
1测井井身及基础水下部分采用水工混凝土或大坝混凝土;
2钢管测井应刷防锈漆或采用不锈钢管、塑料管等;
3测井水下部分的钢筋,其混凝土保护厚度不应小于60mm。
6
5
7.2测井设计
2
1
4
7
3
1—进水管2—沉沙池3—测井4—检修孔
5—仪器室6—观测桥7—桥柱
图7.2.1直立式测井示意图
9—掏沙廊道
7.2.1混凝土圆形截面测井(见图7.2.1)的内径设计应符合下列要求:
1测井内径、外径可按下式计算:
(7.2.1-1)
D=D0+2δ(7.2.1-2)
式中D—测井外径;
D0—测井内径(取100整倍数);
δ—井壁厚度(取δ=150~300mm);
V0—设计水面流速(m/s);
山溪性河道(V0=5m/s);
平原河道(取V0=3~4m/s);
hs—井筒地面以上水深
(hsBB)。
fc—混凝土抗压强度设计值:
C20(fc=9.6Mpa=9600KN/m2);
C25(fc=11.9Mpa=11900KN/m2);
C30(fc=14.3Mpa=14300KN/m2)。
fy—钢筋抗拉强度设计值(Ⅱ级钢筋fy=300Mpa=300000KN/m2)
ρ—井筒截面配筋率(取ρ=0.004~0.006);
2计算的内径如不符合本标准7.2.1的规定,应按7.2.1的规定取值。
7.2.2砖砌体圆形截面测井的内径设计应符合下列要求:
1沿周边均匀布设有6根构造柱的砖砌体测井,按下式计算其内径:
(7.2.2)
MV10·M5fc=1.58Mpa=1580KN/m2
MV10·M5fc=1.94Mpa=1940KN/m2
(其他数值可查《砌体结构设计规范》)。
ρ—
D0—内径D—外径δ—壁厚,取250mm
D0计算取100整倍数,显然砖砌井筒适应水深是比较小的。
2计算的内径如不符合本标准7.2.1的规定,应按7.2.1的规定取值。
7.2.3置于桥墩、陡岩或其他建筑物上的悬吊式测井(下端伸入最枯水位0.5米),宜用钢管、PVC管或其他材料制作。
并应符合下列规定:
1管内径应能满足放置仪器浮筒,并留有不小于1500毫米的空间;
2钢管外径与壁厚之比,按《钢结构设计规范》要求,不超过100(255/fy)。
(fy—钢材屈服强度,对3号钢取fy=235N/mm2
3、钢管在所属建筑物(如桥墩)或陡岩上的支承间距不大于LE。
LE=
(7.2.3.-1)
式中LE—按多跨连续梁计算的间距;
D—钢管外径;
—设计水面流速;
f—钢管抗弯强度设计值(取215N/mm2)。
当用(7.2.3-1)计算值超过3m时,取LE=3m。
4钢管竖向支承,应有足够抗剪强度要求。
抗剪安全系数KV取8-10。
(7.2.3-2)
式中W总—为井筒及上部仪器、人员等全部重量;
∑Vi—各支承抗剪力总和。
7.2.4地下水观测平台的测井应符合下列规定:
1测井可用钢管、砼预制管、塑料管建成。
测井内空间应满足本标准4.1.1-2的要求;
2测井可用机械成孔;
3以下两种情况的观测平台,应设便道或其他交通设施。
1)有地震、地质灾害预报需要的观测平台。
2)位于国家级风景名胜区,并具有观测价值的地下水观测平台。
7.3地基与基础
7.3.1平台基础类型可根据地形地质条件、测井结构等采取以下相应的形式:
1井筒式嵌岩基础;
2墩式嵌岩基础;
3板式基础;
4大直径桩基础;
5大直径群桩基础。
7.3.2在岩质地基上建岛岸式平台时,可采用井筒式嵌岩基础(见图7.3.2),并应符合下列要求:
图7.3.2嵌岩深度计算示意图
1嵌岩深度可用下式计算:
(7.3.2)
式中hk—井筒嵌入岩石中深度(m);
f—岩石地基承载力设计值(KN/m2);
b0—井筒计算宽度(m)按《建筑桩基础技术规范》规定:
圆形桩:
当直径d≤1m时,b0=0.9(1.5d+0.5);
当直径d>1m时,b0=0.9(d+1)。
方形桩:
当边宽b≤1m时,b0=1.5d+0.5;
当边宽b>1m时,b0=b+1。
PZ—总水平推力(KN);
h0s—基础以上水深(m)。
2按(7.3.2)式计算不能满足时,井位应向岸边移动,使之满足。
7.3.3在岩质地基上建岛式平台,基础可直接嵌入岩石内(见图7.3.3),其嵌岩深度可用下式计算。
(7.3.3)
式中B—墩或板宽度(m);
N+G—井筒及基础自重。
其余符号同(7.3.2)式
计算中不考虑测井及基础自重时,仍用(7.3.2)式计算。
图7.3.3嵌岩深度计算示意图
7.3.4在土质地基上建岛式平台,可采用板式基础,并应符合下列要求:
1板宽应大于测井外径1.0m,测井抗倾安全稳定系数应满足下式:
≥2.5(7.3.4)
2板厚应满足抗弯、抗冲切以及最粗竖向钢筋锚固长度要求,板厚应(h0b)不应小于0.90m,并应满足抗倾安全稳定的要求。
7.3.5在砂土地或砂质粘土的地基建平台,可采用大直径桩
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