在洪涝多发、水流湍急的河道中,电子水尺的安装结构能否抵抗冲击,是否需要额外加固措施防止位移或损坏?-吉佳水务
来源: | 作者:吉佳 | 发布时间: 2025-10-20 | 1 次浏览 | 分享到:
文章聚焦洪涝多发、水流湍急河道中电子水尺的安装结构抗冲击性及加固问题。阐述电子水尺桩柱式与壁挂式两种安装结构的抗冲击设计原理,分析洪涝湍急河道存在的极端流速、漂浮物撞击、河床冲刷等特殊冲击风险,说明额外加固的必要性。并给出桩柱式深度加固与侧向支撑、防撞防护物理屏障、河床冲刷防护与修复三类针对性加固措施及案例,最后提供加固方案选型建议与维护管理方法,保障电子水尺稳定运行与水位监测精准。

在洪涝多发、水流湍急的河道监测场景中,电子水尺作为水位数据采集的核心设备,其安装结构的抗冲击能力直接决定了监测数据的连续性与准确性。当洪峰过境时,湍急水流裹挟着泥沙、石块甚至漂浮物冲击设备,若安装结构稳定性不足,轻则导致电子水尺位移、数据偏差,重则造成设备损毁、监测中断。因此,深入分析电子水尺安装结构的抗冲击性能,明确是否需要额外加固措施,成为河道水文监测工作的关键环节。


一、电子水尺安装结构的抗冲击设计原理

当前主流电子水尺的安装结构,在设计之初已针对复杂水文环境进行抗冲击优化,核心通过 “结构选型 + 材料适配” 双重保障提升稳定性。从安装形式来看,河道常用的电子水尺安装结构主要分为桩柱式与壁挂式两类,两者均具备基础抗冲击能力,但适用场景存在差异。


桩柱式安装结构是洪涝河道的首选形式,其核心抗冲击设计体现在三个方面:一是采用直径不小于 150mm 的镀锌钢管或不锈钢桩作为主支撑,钢管壁厚≥5mm,能承受每秒 3-5 米流速的水流冲击;二是桩体插入河道河床的深度严格遵循 “流速适配原则”,在水流速度 2-3m/s 的区域,插入深度不低于 1.5 米,流速每增加 0.5m/s,插入深度相应增加 0.3 米,通过河床土壤的摩擦力抵消横向冲击力;三是电子水尺传感器与桩体的连接采用 304 不锈钢抱箍固定,抱箍内侧加装防滑橡胶垫,配合 M12 膨胀螺栓紧固,可防止水流冲击导致传感器移位。某水文站在淮河中游湍急河段的测试数据显示,采用标准桩柱式安装的电子水尺,能承受每秒 4.2 米的水流冲击,持续 48 小时无位移。


壁挂式安装结构则适用于河道两岸有坚固岸坡或混凝土堤坝的场景,其抗冲击设计依赖 “固定基座 + 加强连接件”:基座采用 C30 混凝土现场浇筑,体积不小于 0.5m×0.5m×0.8m,内部植入 4 根直径 20mm 的预埋螺栓,与岸坡岩体或堤坝结构深度锚固;电子水尺支架通过预埋螺栓与基座连接,支架选用 5mm 厚的角钢焊接而成,表面喷涂防腐防锈涂层,在水流冲击时可分散受力。不过,壁挂式结构对安装环境要求较高,若岸坡为松散土质或堤坝存在裂缝,基础抗冲击能力会大幅下降,需额外评估加固需求。


从材料特性来看,电子水尺安装结构的抗冲击性能还与材料强度直接相关。主支撑构件优先选用 Q235 镀锌钢管或 304 不锈钢,两种材料的抗拉强度分别达到 375-500MPa 和 515MPa,能抵御水流裹挟小粒径石块的撞击;传感器外壳采用 ABS 工程塑料或聚碳酸酯材质,抗冲击强度≥20kJ/m²,在受到漂浮物轻微撞击时不易破损。此外,部分厂商还对电子水尺的线缆接口进行防水抗冲击设计,采用 IP68 级防水接头,配合波纹管保护线缆,防止水流冲击导致接口脱落或线缆断裂。


二、洪涝湍急河道的特殊冲击风险与加固必要性

尽管电子水尺的基础安装结构具备一定抗冲击能力,但在洪涝多发、水流湍急的河道中,特殊环境因素会显著提升冲击风险,仅依靠基础设计难以完全保障设备安全,额外加固措施成为必要补充。这些特殊风险主要体现在三个维度:


一是极端流速与冲击力叠加。洪涝期间,河道水流速度常突破 5m/s,远超基础安装结构的设计耐受上限。以桩柱式安装为例,当流速从 4m/s 提升至 6m/s 时,水流对桩体的横向冲击力会呈平方倍增长,基础 1.5 米的插入深度无法抵御强冲击,易导致桩体倾斜或拔起。某流域在 2023 年汛期监测数据显示,未加固的桩柱式电子水尺在流速达 5.8m/s 时,桩体倾斜角度超过 15°,水位测量误差扩大至 ±250px,远超 ±50px 的标准精度要求。


二是漂浮物撞击风险加剧。洪涝时,河道中会出现树木、生活垃圾、建筑废料等漂浮物,这些物体在湍急水流推动下具备巨大动能,对电子水尺的冲击力远超单纯水流冲击。2022 年长江某支流汛期,一棵直径 750px 的倒伏树木随水流撞击电子水尺,直接撞断未加固的不锈钢桩,导致设备坠入河道。此类极端冲击事件中,基础安装结构的抗冲击能力完全失效,必须通过额外加固形成 “缓冲 - 防护” 双重屏障。


三是河床冲刷导致基础失稳。湍急水流会持续冲刷电子水尺安装桩周围的河床土壤,形成局部冲刷坑。若未采取防护措施,冲刷坑深度可能达到 1 米以上,导致桩体插入深度不足,失去土壤摩擦力支撑,在水流冲击下极易位移。黄河下游某水文监测点曾出现此类问题,汛期水流冲刷使桩体周围河床下降 0.8 米,桩体插入深度从 1.8 米降至 1 米,最终在一次洪峰中发生倾斜,设备被迫停运 3 天。


综合来看,当河道满足 “年均汛期天数≥30 天”“历史最大流速≥5m/s”“年均漂浮物撞击次数≥2 次” 任一条件时,电子水尺的基础安装结构均无法完全抵御冲击风险,必须针对性制定额外加固方案,才能确保设备在极端环境下稳定运行。


三、电子水尺的针对性加固措施与实施案例

针对洪涝湍急河道的冲击风险,电子水尺的额外加固需从 “基础加固、防撞防护、冲刷防护” 三个维度入手,结合河道实际环境制定个性化方案,以下为三类典型加固措施及实施效果:


(一)桩柱式安装的深度加固与侧向支撑

对于桩柱式电子水尺,核心加固思路是提升桩体抗拔抗倾能力。深度加固采用 “加长桩体 + 灌浆锚固” 组合方案:将原 150mm 直径的不锈钢桩加长至 3-4 米,插入河床深度提升至 2.5-3 米,插入后在桩体与土壤间隙灌注水泥浆,形成直径 500mm 的水泥锚固层,待水泥浆凝固后,桩体抗拔力可提升至基础设计的 2.3 倍。侧向支撑则通过在桩体中上部加装 “三角支撑架” 实现,支撑架选用 6mm 厚的角钢,一端与桩体焊接,另一端通过膨胀螺栓固定在河道岸坡的混凝土基座上,形成稳定的三角形结构,可将横向冲击力分散至岸坡,降低桩体受力负荷。


某水文站在珠江流域湍急河段采用该方案后,经 2023 年汛期验证,当水流速度达 6.2m/s 时,桩体倾斜角度控制在 3° 以内,水位测量误差保持在 ±50px 的标准范围内,未出现任何位移或损坏。对比未加固的相邻站点,该站点电子水尺的稳定性提升显著,设备故障率从 28% 降至 3%。


(二)防撞防护的物理屏障设计

为抵御漂浮物撞击,需在电子水尺前方设置物理防撞屏障,形成 “第一道防护线”。屏障设计需满足 “不影响水位监测 + 高效阻挡漂浮物” 双重要求,常用方案有两种:一是 “柔性防撞网”,采用高强度涤纶网布,网孔尺寸 125px×125px,通过两根钢缆固定在河道两岸的混凝土桩上,设置在电子水尺前方 3-5 米处,可阻挡直径≥250px 的漂浮物,同时水流能正常通过,不影响水位变化;二是 “刚性防撞墩”,在电子水尺桩体周围浇筑 3 个直径 1 米、高度 1.5 米的 C30 混凝土墩,呈等边三角形分布,墩体间距 1.2 米,既能阻挡大型漂浮物直接撞击桩体,又能通过三角形结构分散冲击力。


松花江某支流监测点采用 “柔性防撞网 + 刚性防撞墩” 组合防护后,在 2022 年汛期成功阻挡 3 次大型漂浮物撞击,其中包括一棵直径 1000px 的倒伏树木。防撞网在撞击后仅出现局部网孔变形,经简单修复即可继续使用,电子水尺未受到任何冲击,监测数据始终稳定。


(三)河床冲刷的防护与修复

针对河床冲刷导致的基础失稳,加固措施需聚焦 “防止冲刷 + 及时修复”。防止冲刷可采用 “抛石防护” 或 “土工格栅防护”:抛石防护在电子水尺桩体周围 2 米范围内抛投粒径 20-750px 的块石,形成厚度 0.5 米的抛石层,块石间缝隙可减缓水流速度,减少土壤冲刷;土工格栅防护则在桩体周围铺设双向拉伸土工格栅,格栅上覆盖 0.3 米厚的碎石层,格栅的抗拉强度可约束土壤颗粒,防止冲刷流失。


若汛期已出现局部冲刷坑,需采用 “水下灌浆修复” 技术,通过潜水作业将水泥浆注入冲刷坑内,凝固后形成混凝土基础,恢复桩体周围土壤的支撑力。淮河某水文站在 2023 年汛期采用该技术,仅用 8 小时就完成了 0.6 米深冲刷坑的修复,确保电子水尺在后续洪峰中未出现基础失稳问题。


四、加固方案的选型建议与维护管理

在选择电子水尺加固方案时,需结合河道的流速、漂浮物数量、河床土质等实际情况综合判断,避免盲目加固导致成本浪费。具体选型可遵循以下原则:流速≤5m/s、漂浮物较少的河道,优先采用 “深度加固 + 抛石防护”;流速>5m/s、漂浮物较多的河道,需采用 “深度加固 + 侧向支撑 + 防撞屏障” 组合方案;河床为砂质土壤、冲刷严重的河道,必须叠加 “土工格栅防护” 或 “水下灌浆修复” 措施。


同时,加固后的维护管理同样关键。建议每月对电子水尺加固结构进行巡查,重点检查桩体倾斜度、防撞屏障完整性、抛石层是否松动;汛期前需全面检测加固部件,更换老化的钢缆、网布等易损件;汛后及时清理防撞屏障上的漂浮物,修复冲刷坑或松动的支撑结构。通过 “定期巡查 + 专项维护”,可使加固结构的使用寿命延长至 5 年以上,持续保障电子水尺的稳定运行。


综上,在洪涝多发、水流湍急的河道中,电子水尺的基础安装结构虽具备一定抗冲击能力,但面对极端流速、漂浮物撞击与河床冲刷等风险,必须通过深度加固、防撞防护、冲刷防护等额外措施,才能确保设备不位移、不损坏。科学的加固方案与规范的维护管理,不仅能保障水位监测数据的精准连续,更能为河道防汛减灾工作提供可靠的水文数据支撑,助力提升流域水安全保障能力。