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水库波浪观测

对水库波浪的波高、波长、周期、波向、波速及波压等特征值的观测。当波浪运动作用于建筑物和岸坡时,可使护坡与坝体脱落,库岸损坏、坡脚掏刷、甚至造成坍塌、危及水库安全运用。同时,由于波浪冲击可能使闸门结构变形和支撑点钢筋混凝土裂缝。因此,为掌握在不同风力、风向、吹程等条件下,波浪对建筑物的影响,作为研究防护措施的依据,并为设计、科研提供资料。

对水库波浪的波高、波长、周期、波向、波速及波压等特征值的观测。当波浪运动作用于建筑物和岸坡时,可使护坡与坝体脱落,库岸损坏、坡脚掏刷、甚至造成坍塌、危及水库安全运用。同时,由于波浪冲击可能使闸门结构变形和支撑点钢筋混凝土裂缝。因此,为掌握在不同风力、风向、吹程等条件下,波浪对建筑物的影响,作为研究防护措施的依据,并为设计、科研提供资料。

波浪观测站点一般应布设在水面开阔且又经常承受风浪冲击的部位,如坝的迎风面、护岸、库区坍塌等重点地段。为防止反射波的干扰,测岸杆或波浪感应器至岸边距离,一般不宜少于100米,水深应尽可能满足该处出现最大浪长之半,水下地形要平坦。常用的观测方法有:

测波标杆法 有固定式和浮动式两种:①固定式测波标杆一般适用于水深不超过4米的地方,要考虑浪高和波速的影响,一般采用直径8~10厘米的圆木或用直径75~100毫米的钢管垂直打入水下土壤中。标杆长度应使杆顶高出最高水位时的最高波峰以上。标杆按0.1~0.2米刻度涂以黑、白或红、白颜色相间的油漆,便于岸上观测(见图1)。②浮动式测波标杆适用于水深大于4米的地方,标杆下部加上浮力较大的木柱和软木,使标杆垂直稳定浮在水面,杆底系以绳索或铅丝牵以重物,以固定标杆的位置(见图2)。观测时用普通望远镜读出波顶和波谷所切标杆位置刻度之差,即波高。标杆受浪击常呈倾斜,可目估倾角加以改正。波浪周期可用秒表记录通过n+1次连续波峰的时间,再以相应的次数n除之,即得平均周期。为测定波速,可按等腰直角三角形布置三根标杆,根据波浪通过标杆的时间算得。波长为所测周期和波速之乘积,亦可利用浮动波速尺直接测出波长,反求波速。

图1 固定式测波标杆示意图

图2 浮动式测波标杆示意图

测波仪(器)法 测波仪有手持式和固定式两种,它们都是利用带望远镜的光学测波仪,照准抛在水中随波起浮的浮标,从望远镜中的高度和长度标尺上直接读出波高和波长。测波器也是利用浮标,再配合框架、准星,三者构成一直线利用相似三角形关系求出波高(见图3)。配合秒表算出周期。框架板上的矩形槽孔设有等水平距离线条的透明板,准星与框架保持适当距离,使从准星处观测浮标起伏不超出框架槽孔之外。上述两种方法简便、直观、经济,但不能取得整个波列连续性资料,观测精度较低,且受客观条件限制。

图3 测波器观测波浪原理示意图

遥测自记法 该法能取得同一测点在不同时间内风与浪的全过程,波列资料连续,为进行波浪统计和波谱分析提供条件,从而能全面地分析研究库区波浪的机率和特性。自记式测波常用电触式测波杆,这种仪器克服了电阻式仪器缺点,采用半导体开关电路,当触点导电性能变化或个别触点损坏,仪器仍能正常工作,不怕水膜干扰和波浪卷花使仪器发生误动作。仪器由感应部分(测波杆)和接收部分(信号转换器)组成(见图4)。测波杆上排列等距导电触点(如100个),通过它感受波浪起伏变化,当波顶或波底触及某触点时就反映到讯号发送器,通过电缆传至室内讯号转换器,输出电压电流模拟量,由电子仪表记录波浪的全过程。自记式测波还可采用压力计、超声波和激光等方法。如要取得同一时间、不同波浪空间场的资料,可用立体摄影仪,对水面波浪进行立体摄影与遥测自记波高仪配合使用,既可了解水域的瞬时波动全貌,又能了解固定观测点的全波过程。这种方法所测资料虽全面、可靠,但需要专门设备,且资料整理分析比较复杂。

凡有波浪破坏的水库,在进行波浪观测同时,应进行风速、风向和库水位的观测。波浪观测时间要视风况而定,一般在风力大于六级时,每小时观测一次,有时也可在取得足够资料后,减少测次或停止经常性的观测。根据观测记录和管理工作要求,进行统计整理,绘出各种风向时的风速波高关系曲线,以及风速、波高、水位的综合过程线,在分析时应注意库区地形对风和浪的影响。在上述基础上,验证本水库风浪设计成果,建立本水库的波浪经验公式,研究水库波浪对建筑物安全程度的影响,确定是否提出或如何提出改善加固措施。同时也可供类似条件的其它水库在护坡设计、工程管理时进行参考。

图4 电触式测波杆结构示意图