大黑汀水庫(kù)弧形閘門(mén)開(kāi)啟高度標(biāo)定

李秀峰

（海委引灤工程管理局大黑汀水庫(kù)管理處，河北 遷西 064300）

1 概述

大黑汀水庫(kù)位于河北省唐山市遷西縣灤河干流上，距上游潘家口水庫(kù) 35 km，是開(kāi)發(fā)灤河的大型骨干工程。溢流壩段有28孔溢流閘，安裝于1983年，閘門(mén)尺寸為：15 m×12.1 m，閘門(mén)型式為：弧形閘門(mén)，數(shù)量為：28扇，閘門(mén)總重量為：2 481 t。

啟閉機(jī)為上海重型機(jī)器廠生產(chǎn)的2×45 t卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，每臺(tái)總重27 t。

弧形閘門(mén)主要用于汛期泄洪和向?yàn)春酉掠喂┧?/p>

2021年7月，大黑汀水庫(kù)管理處對(duì)28孔弧形閘門(mén)啟閉控制箱及閘位計(jì)進(jìn)行了全部更換，閘位計(jì)更換后其開(kāi)高顯示值必須與閘門(mén)實(shí)際開(kāi)啟高度相一致，因此，需要進(jìn)行閘門(mén)開(kāi)啟高度標(biāo)定，進(jìn)而保證日后供水及泄洪流量的準(zhǔn)確性。

2 閘門(mén)開(kāi)啟高度測(cè)量方法

對(duì)于平板閘門(mén)來(lái)說(shuō)，閘門(mén)開(kāi)啟高度的標(biāo)定比較簡(jiǎn)單，因?yàn)槠桨彘l門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉都是直上直下，行走軌跡都是直線，不論是卷?yè)P(yáng)式啟閉或液壓式啟閉其吊點(diǎn)的上下行程，一般都是閘門(mén)實(shí)際開(kāi)啟高度，直接計(jì)算和測(cè)量閘門(mén)吊點(diǎn)的直線行程，就可以直接在閘門(mén)顯示器中標(biāo)定閘門(mén)開(kāi)啟高度。

弧形閘門(mén)則不同，它的行走軌跡為圓弧型，不論是卷?yè)P(yáng)式啟閉或液壓式啟閉其吊點(diǎn)行程，都不是閘門(mén)的實(shí)際開(kāi)啟高度值，閘門(mén)開(kāi)啟高度值必須用一定的技術(shù)手段才能獲取。

3 測(cè)量技術(shù)手段和方法

卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)控制弧形閘門(mén)啟閉，其閘門(mén)開(kāi)啟高度的測(cè)量和標(biāo)定主要有以下幾種技術(shù)手段和方法。

（1）建立模型法，通過(guò)建立相同的模型，再根據(jù)啟閉機(jī)的運(yùn)行速度，對(duì)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)公式計(jì)算或作圖測(cè)量計(jì)算，推導(dǎo)出閘門(mén)開(kāi)啟高度與啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系，根據(jù)閘門(mén)運(yùn)行時(shí)間和開(kāi)度的計(jì)算結(jié)果，在閘門(mén)開(kāi)度顯示器中進(jìn)行閘門(mén)開(kāi)啟高度標(biāo)定。

（2）換算計(jì)算法，根據(jù)閘門(mén)安裝圖紙及啟閉機(jī)的運(yùn)行速度，運(yùn)用計(jì)算公式推導(dǎo)畫(huà)出啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)間與閘門(mén)開(kāi)度關(guān)系曲線表，再根據(jù)曲線表和啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)間，在閘門(mén)開(kāi)度顯示器中進(jìn)行閘門(mén)開(kāi)啟高度標(biāo)定。

（3）直接測(cè)量法，開(kāi)啟閘門(mén)啟閉機(jī)使閘門(mén)開(kāi)啟合適的高度，然后用水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)儀、測(cè)繩等測(cè)量工具直接測(cè)量出閘門(mén)開(kāi)度，再在閘門(mén)開(kāi)度顯示器中直接標(biāo)定閘門(mén)開(kāi)度。

4 大黑汀水庫(kù)弧形閘門(mén)開(kāi)度標(biāo)定

大黑汀水庫(kù)弧形閘門(mén)開(kāi)啟高度標(biāo)定，采用直接測(cè)量法，該方法具有簡(jiǎn)單直接，測(cè)量精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，且能滿足該閘位計(jì)精度要求。

4.1 水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)儀法閘門(mén)開(kāi)度測(cè)量標(biāo)定

測(cè)量標(biāo)定原理，閘門(mén)同一弧形面上的任意一點(diǎn)，在弧形閘門(mén)圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，每一點(diǎn)位的上升和下降數(shù)值完全相同。

在弧形閘門(mén)的頂部選擇固定測(cè)點(diǎn)，該點(diǎn)的上升下降數(shù)值，與在同一個(gè)弧形面上的弧門(mén)底部水封上升下降數(shù)值完全相同。開(kāi)動(dòng)啟閉機(jī)提升閘門(mén)至合適高度，測(cè)量出閘門(mén)頂部測(cè)點(diǎn)上升高度，就能得出閘門(mén)底部水封上升的高度，即閘門(mén)的實(shí)際開(kāi)開(kāi)啟高度。

具體測(cè)量方法如下：

（1）在靠近閘門(mén)啟閉鋼絲繩附近的弧形閘門(mén)頂部面板處（和閘門(mén)底部水封基本在同一個(gè)弧面上）選擇測(cè)點(diǎn)。

（2）在測(cè)點(diǎn)上放置水準(zhǔn)尺。

（3）專業(yè)人員拴好安全繩，在閘門(mén)頂部將水準(zhǔn)尺扶直把正。

（4）在閘門(mén)下游側(cè)混凝土閘墩上的合適位置架好水準(zhǔn)儀。

（5）閘門(mén)完全關(guān)閉，用水準(zhǔn)儀讀取水準(zhǔn)尺數(shù)值作為基準(zhǔn)值，在閘門(mén)閘位計(jì)中進(jìn)行0開(kāi)度標(biāo)定。

（6）開(kāi)動(dòng)啟閉機(jī)將閘門(mén)啟升到合適的高度，讀取水準(zhǔn)尺上升的數(shù)值，將該數(shù)值與閘門(mén)關(guān)閉時(shí)的基準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，得出閘門(mén)上升開(kāi)度值，在閘位計(jì)中標(biāo)定相應(yīng)的閘門(mén)開(kāi)度值。

（7）再啟升閘門(mén)至合適位置，然后讀取水準(zhǔn)尺上升數(shù)值，再與閘門(mén)關(guān)閉時(shí)數(shù)值進(jìn)行比較，再得出閘門(mén)開(kāi)度值，在閘位計(jì)中標(biāo)定相應(yīng)的閘門(mén)開(kāi)度值。

（8）重復(fù)上述步驟，至少標(biāo)定10個(gè)閘門(mén)開(kāi)度值，完成閘位計(jì)應(yīng)有的標(biāo)定。

4.2 水準(zhǔn)尺、連通管法閘門(mén)開(kāi)度測(cè)量標(biāo)定

根據(jù)連通器原理，當(dāng)連通管水位一端上升時(shí)，連通管另一端水位也上升同樣高度、且在同一水平線上。

選用一根直徑為12 mm，長(zhǎng)為30 m的白色透明塑料軟管作為連通管，連通管的一端（固定端）固定在弧形閘門(mén)底部水封處，管口高于閘門(mén)底部水封10 cm（避免閘門(mén)提升時(shí)，連通管中水溢出）；連通管的另一端（測(cè)量端）固定在水準(zhǔn)尺頂部，并將連通管沿著水準(zhǔn)尺垂直敷設(shè)到底部。

將水準(zhǔn)尺垂直固定在浮動(dòng)檢修閘門(mén)與弧形閘門(mén)之間的閘墩上，底部與弧形閘門(mén)底部水封及閘門(mén)底坎平齊。

將多余的連通管全部盤(pán)放在測(cè)量尺底部及固定端之間的堰頂上，向連通管中灌滿水，保證固定端、測(cè)量端水面與閘門(mén)底部水封均處于同一水平面上。

當(dāng)開(kāi)啟閘門(mén)時(shí)，連通管固定端將隨閘門(mén)一起提高，由于連通管中水量保持恒定不變，因此，測(cè)量端與固定端管內(nèi)水面將同時(shí)升高且保持在同一水平面。

根據(jù)連通器里水量保持恒定原理，當(dāng)測(cè)量端管內(nèi)水面上升高度為1時(shí)，閘門(mén)實(shí)際啟升高度為1/2，通過(guò)讀取測(cè)量端管內(nèi)水面上升高度值，直接計(jì)算得出閘門(mén)實(shí)際啟升高度，在閘位計(jì)中標(biāo)定閘門(mén)開(kāi)度。測(cè)量方法示意圖如圖1。

圖1 測(cè)量方法示意圖

測(cè)量方法

（1）準(zhǔn)備好水準(zhǔn)尺、連通管、注水用具等。

（2）按照上述方法將連通管、測(cè)量尺固定好。

（3）按要求向連通管中注好水。

（4）閘門(mén)完全關(guān)閉，用水準(zhǔn)儀讀取水準(zhǔn)尺數(shù)值作為基準(zhǔn)值，在閘門(mén)閘位計(jì)中進(jìn)行0開(kāi)度標(biāo)定。

（5）開(kāi)動(dòng)啟閉機(jī)將閘門(mén)啟升到合適的高度，讀取水準(zhǔn)尺上升的數(shù)值，將該數(shù)值與閘門(mén)關(guān)閉時(shí)的基準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，得出閘門(mén)上升開(kāi)度值，在閘位計(jì)中標(biāo)定相應(yīng)的閘門(mén)開(kāi)度值。

（6）再啟升閘門(mén)至合適位置，然后讀取水準(zhǔn)尺上升數(shù)值，再與閘門(mén)關(guān)閉時(shí)數(shù)值進(jìn)行比較，再得出閘門(mén)開(kāi)度值，在閘位計(jì)中標(biāo)定相應(yīng)的閘門(mén)開(kāi)度值。

（7）重復(fù)上述步驟，至少標(biāo)定10個(gè)閘門(mén)開(kāi)度值，完成閘位計(jì)應(yīng)有的標(biāo)定。

5 兩種測(cè)量方法的優(yōu)劣比較

5.1 水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)儀法閘門(mén)開(kāi)度標(biāo)定

必須由專業(yè)測(cè)量人員站立到閘門(mén)頂部，將水準(zhǔn)尺安放在閘門(mén)頂部，再通過(guò)水準(zhǔn)儀讀取閘門(mén)頂部水準(zhǔn)尺讀數(shù)，通過(guò)計(jì)算得出閘門(mén)啟升的高度，然后進(jìn)行閘門(mén)開(kāi)啟高度標(biāo)定，此方法存在以下弊端。

（1）直接測(cè)量的是閘門(mén)頂部啟升的高度，弧形閘門(mén)在旋轉(zhuǎn)提升的過(guò)程中，閘門(mén)頂、底點(diǎn)存在一定的誤差，閘門(mén)開(kāi)啟的高度越大，其偏差一般也越大，因此用閘門(mén)頂部啟升的高度替代閘門(mén)底部開(kāi)啟的高度存在一定的誤差。

（2）測(cè)量人員站在閘門(mén)頂部扶測(cè)量尺，由于閘門(mén)頂部距底坎堰面至少有12.1 m高，并且人員站在閘門(mén)頂部無(wú)處依靠，自身處于非常危險(xiǎn)狀態(tài)。

（3）扶水準(zhǔn)尺人員站在閘門(mén)頂部屬于高空作業(yè)，一般都處于極度緊張狀態(tài)，因此水準(zhǔn)尺很難達(dá)到很穩(wěn)定的狀態(tài)，尺根工作點(diǎn)經(jīng)常發(fā)生位移，導(dǎo)致讀取數(shù)據(jù)存在較大誤差。

（4）每次調(diào)整閘門(mén)高度，扶測(cè)量尺人員需要自閘門(mén)頂部回到閘墩處休息，調(diào)整完閘門(mén)開(kāi)度后，需要再次攀爬到閘門(mén)頂部工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且無(wú)法保證將水準(zhǔn)尺完全放置在同一點(diǎn)，影響數(shù)據(jù)讀取精度。

（5）由于受水準(zhǔn)尺高度限制，水準(zhǔn)儀放置位置受閘墩限制，因而測(cè)量閘門(mén)開(kāi)啟高度也受一定限制，無(wú)法測(cè)量到閘門(mén)全部開(kāi)啟開(kāi)度。

（6）測(cè)量精度只能達(dá)到厘米級(jí)。

5.2 水準(zhǔn)尺、連通管法閘門(mén)開(kāi)啟高度標(biāo)定

（1）此方法直接測(cè)量的是閘門(mén)底部啟升的高度，有效避免了測(cè)量閘門(mén)頂部啟升高度所形成的誤差。

（2）測(cè)量人員不需要站立到閘門(mén)頂，有效提高了工作的安全性。

（3）在測(cè)量過(guò)程中，連通管中水面無(wú)人為因素干擾，直接讀取數(shù)值提高了精確度。

（4）連通管固定好以后，連通管測(cè)量系統(tǒng)不再需要操作，即可直接讀取數(shù)據(jù)，極大的減輕了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

（5）閘門(mén)開(kāi)啟高度測(cè)量不受其它因素限制，可以測(cè)量閘門(mén)最大開(kāi)高，提高了數(shù)據(jù)的全面性。

（6）測(cè)量精度能達(dá)到毫米級(jí)。

6 應(yīng)用效果

大黑汀水庫(kù)管理處主壩溢洪道弧形閘門(mén)開(kāi)啟高度標(biāo)定，采用水準(zhǔn)尺、水準(zhǔn)儀法標(biāo)定后，通過(guò)放水流量對(duì)比存在少許誤差。改用水準(zhǔn)尺、連通管法標(biāo)定后，經(jīng)日后多次的開(kāi)閘放水證實(shí)，開(kāi)高和下游流量對(duì)比基本沒(méi)有誤差。

7 結(jié)論

水準(zhǔn)尺、連通管法測(cè)量垂直高度應(yīng)用廣泛，例如：垂直位移監(jiān)測(cè)中的靜力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。該方法用于弧形閘門(mén)開(kāi)度標(biāo)定，具有測(cè)量精度高，方法簡(jiǎn)單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，值得推廣。