大黑汀水庫弧形閘門開啟高度標定

李秀峰

（海委引灤工程管理局大黑汀水庫管理處，河北 遷西 064300）

1 概述

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

啟閉機為上海重型機器廠生產的2×45 t卷揚式啟閉機，每臺總重27 t。

弧形閘門主要用于汛期泄洪和向灤河下游供水。

2021年7月，大黑汀水庫管理處對28孔弧形閘門啟閉控制箱及閘位計進行了全部更換，閘位計更換后其開高顯示值必須與閘門實際開啟高度相一致，因此，需要進行閘門開啟高度標定，進而保證日后供水及泄洪流量的準確性。

2 閘門開啟高度測量方法

對于平板閘門來說，閘門開啟高度的標定比較簡單，因為平板閘門開啟和關閉都是直上直下，行走軌跡都是直線，不論是卷揚式啟閉或液壓式啟閉其吊點的上下行程，一般都是閘門實際開啟高度，直接計算和測量閘門吊點的直線行程，就可以直接在閘門顯示器中標定閘門開啟高度。

弧形閘門則不同，它的行走軌跡為圓弧型，不論是卷揚式啟閉或液壓式啟閉其吊點行程，都不是閘門的實際開啟高度值，閘門開啟高度值必須用一定的技術手段才能獲取。

3 測量技術手段和方法

卷揚式啟閉機控制弧形閘門啟閉，其閘門開啟高度的測量和標定主要有以下幾種技術手段和方法。

（1）建立模型法，通過建立相同的模型，再根據啟閉機的運行速度，對模型進行數學公式計算或作圖測量計算，推導出閘門開啟高度與啟閉機運行時間的關系，根據閘門運行時間和開度的計算結果，在閘門開度顯示器中進行閘門開啟高度標定。

（2）換算計算法，根據閘門安裝圖紙及啟閉機的運行速度，運用計算公式推導畫出啟閉機運行時間與閘門開度關系曲線表，再根據曲線表和啟閉機運行時間，在閘門開度顯示器中進行閘門開啟高度標定。

（3）直接測量法，開啟閘門啟閉機使閘門開啟合適的高度，然后用水準尺、水準儀、測繩等測量工具直接測量出閘門開度，再在閘門開度顯示器中直接標定閘門開度。

4 大黑汀水庫弧形閘門開度標定

大黑汀水庫弧形閘門開啟高度標定，采用直接測量法，該方法具有簡單直接，測量精度高、可靠性高等優點，且能滿足該閘位計精度要求。

4.1 水準尺、水準儀法閘門開度測量標定

測量標定原理，閘門同一弧形面上的任意一點，在弧形閘門圍繞中心軸旋轉運行時，每一點位的上升和下降數值完全相同。

在弧形閘門的頂部選擇固定測點，該點的上升下降數值，與在同一個弧形面上的弧門底部水封上升下降數值完全相同。開動啟閉機提升閘門至合適高度，測量出閘門頂部測點上升高度，就能得出閘門底部水封上升的高度，即閘門的實際開開啟高度。

具體測量方法如下：

（1）在靠近閘門啟閉鋼絲繩附近的弧形閘門頂部面板處（和閘門底部水封基本在同一個弧面上）選擇測點。

（2）在測點上放置水準尺。

（3）專業人員拴好安全繩，在閘門頂部將水準尺扶直把正。

（4）在閘門下游側混凝土閘墩上的合適位置架好水準儀。

（5）閘門完全關閉，用水準儀讀取水準尺數值作為基準值，在閘門閘位計中進行0開度標定。

（6）開動啟閉機將閘門啟升到合適的高度，讀取水準尺上升的數值，將該數值與閘門關閉時的基準數值進行對比，得出閘門上升開度值，在閘位計中標定相應的閘門開度值。

（7）再啟升閘門至合適位置，然后讀取水準尺上升數值，再與閘門關閉時數值進行比較，再得出閘門開度值，在閘位計中標定相應的閘門開度值。

（8）重復上述步驟，至少標定10個閘門開度值，完成閘位計應有的標定。

4.2 水準尺、連通管法閘門開度測量標定

根據連通器原理，當連通管水位一端上升時，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）固定在弧形閘門底部水封處，管口高于閘門底部水封10 cm（避免閘門提升時，連通管中水溢出）；連通管的另一端（測量端）固定在水準尺頂部，并將連通管沿著水準尺垂直敷設到底部。

將水準尺垂直固定在浮動檢修閘門與弧形閘門之間的閘墩上，底部與弧形閘門底部水封及閘門底坎平齊。

將多余的連通管全部盤放在測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、測量端水面與閘門底部水封均處于同一水平面上。

當開啟閘門時，連通管固定端將隨閘門一起提高，由于連通管中水量保持恒定不變，因此，測量端與固定端管內水面將同時升高且保持在同一水平面。

根據連通器里水量保持恒定原理，當測量端管內水面上升高度為1時，閘門實際啟升高度為1/2，通過讀取測量端管內水面上升高度值，直接計算得出閘門實際啟升高度，在閘位計中標定閘門開度。測量方法示意圖如圖1。

圖1 測量方法示意圖

測量方法

（1）準備好水準尺、連通管、注水用具等。

（2）按照上述方法將連通管、測量尺固定好。

（3）按要求向連通管中注好水。

（4）閘門完全關閉，用水準儀讀取水準尺數值作為基準值，在閘門閘位計中進行0開度標定。

（5）開動啟閉機將閘門啟升到合適的高度，讀取水準尺上升的數值，將該數值與閘門關閉時的基準數值進行對比，得出閘門上升開度值，在閘位計中標定相應的閘門開度值。

（6）再啟升閘門至合適位置，然后讀取水準尺上升數值，再與閘門關閉時數值進行比較，再得出閘門開度值，在閘位計中標定相應的閘門開度值。

（7）重復上述步驟，至少標定10個閘門開度值，完成閘位計應有的標定。

5 兩種測量方法的優劣比較

5.1 水準尺、水準儀法閘門開度標定

必須由專業測量人員站立到閘門頂部，將水準尺安放在閘門頂部，再通過水準儀讀取閘門頂部水準尺讀數，通過計算得出閘門啟升的高度，然后進行閘門開啟高度標定，此方法存在以下弊端。

（1）直接測量的是閘門頂部啟升的高度，弧形閘門在旋轉提升的過程中，閘門頂、底點存在一定的誤差，閘門開啟的高度越大，其偏差一般也越大，因此用閘門頂部啟升的高度替代閘門底部開啟的高度存在一定的誤差。

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

（3）扶水準尺人員站在閘門頂部屬于高空作業，一般都處于極度緊張狀態，因此水準尺很難達到很穩定的狀態，尺根工作點經常發生位移，導致讀取數據存在較大誤差。

（4）每次調整閘門高度，扶測量尺人員需要自閘門頂部回到閘墩處休息，調整完閘門開度后，需要再次攀爬到閘門頂部工作，勞動強度大，并且無法保證將水準尺完全放置在同一點，影響數據讀取精度。

（5）由于受水準尺高度限制，水準儀放置位置受閘墩限制，因而測量閘門開啟高度也受一定限制，無法測量到閘門全部開啟開度。

（6）測量精度只能達到厘米級。

5.2 水準尺、連通管法閘門開啟高度標定

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

（2）測量人員不需要站立到閘門頂，有效提高了工作的安全性。

（3）在測量過程中，連通管中水面無人為因素干擾，直接讀取數值提高了精確度。

（4）連通管固定好以后，連通管測量系統不再需要操作，即可直接讀取數據，極大的減輕了測量人員的勞動強度，提高了工作效率。

（5）閘門開啟高度測量不受其它因素限制，可以測量閘門最大開高，提高了數據的全面性。

（6）測量精度能達到毫米級。

6 應用效果

大黑汀水庫管理處主壩溢洪道弧形閘門開啟高度標定，采用水準尺、水準儀法標定后，通過放水流量對比存在少許誤差。改用水準尺、連通管法標定后，經日后多次的開閘放水證實，開高和下游流量對比基本沒有誤差。

7 結論

水準尺、連通管法測量垂直高度應用廣泛，例如：垂直位移監測中的靜力水準監測。該方法用于弧形閘門開度標定，具有測量精度高，方法簡單實用的優點，值得推廣。