大黑汀水库弧形闸门开启高度标定

李秀峰

（海委引滦工程管理局大黑汀水库管理处，河北 迁西 064300）

1 概述

大黑汀水库位于河北省唐山市迁西县滦河干流上，距上游潘家口水库 35 km，是开发滦河的大型骨干工程。溢流坝段有28孔溢流闸，安装于1983年，闸门尺寸为：15 m×12.1 m，闸门型式为：弧形闸门，数量为：28扇，闸门总重量为：2 481 t。

启闭机为上海重型机器厂生产的2×45 t卷扬式启闭机，每台总重27 t。

弧形闸门主要用于汛期泄洪和向滦河下游供水。

2021年7月，大黑汀水库管理处对28孔弧形闸门启闭控制箱及闸位计进行了全部更换，闸位计更换后其开高显示值必须与闸门实际开启高度相一致，因此，需要进行闸门开启高度标定，进而保证日后供水及泄洪流量的准确性。

2 闸门开启高度测量方法

对于平板闸门来说，闸门开启高度的标定比较简单，因为平板闸门开启和关闭都是直上直下，行走轨迹都是直线，不论是卷扬式启闭或液压式启闭其吊点的上下行程，一般都是闸门实际开启高度，直接计算和测量闸门吊点的直线行程，就可以直接在闸门显示器中标定闸门开启高度。

弧形闸门则不同，它的行走轨迹为圆弧型，不论是卷扬式启闭或液压式启闭其吊点行程，都不是闸门的实际开启高度值，闸门开启高度值必须用一定的技术手段才能获取。

3 测量技术手段和方法

卷扬式启闭机控制弧形闸门启闭，其闸门开启高度的测量和标定主要有以下几种技术手段和方法。

（1）建立模型法，通过建立相同的模型，再根据启闭机的运行速度，对模型进行数学公式计算或作图测量计算，推导出闸门开启高度与启闭机运行时间的关系，根据闸门运行时间和开度的计算结果，在闸门开度显示器中进行闸门开启高度标定。

（2）换算计算法，根据闸门安装图纸及启闭机的运行速度，运用计算公式推导画出启闭机运行时间与闸门开度关系曲线表，再根据曲线表和启闭机运行时间，在闸门开度显示器中进行闸门开启高度标定。

（3）直接测量法，开启闸门启闭机使闸门开启合适的高度，然后用水准尺、水准仪、测绳等测量工具直接测量出闸门开度，再在闸门开度显示器中直接标定闸门开度。

4 大黑汀水库弧形闸门开度标定

大黑汀水库弧形闸门开启高度标定，采用直接测量法，该方法具有简单直接，测量精度高、可靠性高等优点，且能满足该闸位计精度要求。

4.1 水准尺、水准仪法闸门开度测量标定

测量标定原理，闸门同一弧形面上的任意一点，在弧形闸门围绕中心轴旋转运行时，每一点位的上升和下降数值完全相同。

在弧形闸门的顶部选择固定测点，该点的上升下降数值，与在同一个弧形面上的弧门底部水封上升下降数值完全相同。开动启闭机提升闸门至合适高度，测量出闸门顶部测点上升高度，就能得出闸门底部水封上升的高度，即闸门的实际开开启高度。

具体测量方法如下：

（1）在靠近闸门启闭钢丝绳附近的弧形闸门顶部面板处（和闸门底部水封基本在同一个弧面上）选择测点。

（2）在测点上放置水准尺。

（3）专业人员拴好安全绳，在闸门顶部将水准尺扶直把正。

（4）在闸门下游侧混凝土闸墩上的合适位置架好水准仪。

（5）闸门完全关闭，用水准仪读取水准尺数值作为基准值，在闸门闸位计中进行0开度标定。

（6）开动启闭机将闸门启升到合适的高度，读取水准尺上升的数值，将该数值与闸门关闭时的基准数值进行对比，得出闸门上升开度值，在闸位计中标定相应的闸门开度值。

（7）再启升闸门至合适位置，然后读取水准尺上升数值，再与闸门关闭时数值进行比较，再得出闸门开度值，在闸位计中标定相应的闸门开度值。

（8）重复上述步骤，至少标定10个闸门开度值，完成闸位计应有的标定。

4.2 水准尺、连通管法闸门开度测量标定

根据连通器原理，当连通管水位一端上升时，连通管另一端水位也上升同样高度、且在同一水平线上。

选用一根直径为12 mm，长为30 m的白色透明塑料软管作为连通管，连通管的一端（固定端）固定在弧形闸门底部水封处，管口高于闸门底部水封10 cm（避免闸门提升时，连通管中水溢出）；连通管的另一端（测量端）固定在水准尺顶部，并将连通管沿着水准尺垂直敷设到底部。

将水准尺垂直固定在浮动检修闸门与弧形闸门之间的闸墩上，底部与弧形闸门底部水封及闸门底坎平齐。

将多余的连通管全部盘放在测量尺底部及固定端之间的堰顶上，向连通管中灌满水，保证固定端、测量端水面与闸门底部水封均处于同一水平面上。

当开启闸门时，连通管固定端将随闸门一起提高，由于连通管中水量保持恒定不变，因此，测量端与固定端管内水面将同时升高且保持在同一水平面。

根据连通器里水量保持恒定原理，当测量端管内水面上升高度为1时，闸门实际启升高度为1/2，通过读取测量端管内水面上升高度值，直接计算得出闸门实际启升高度，在闸位计中标定闸门开度。测量方法示意图如图1。

图1 测量方法示意图

测量方法

（1）准备好水准尺、连通管、注水用具等。

（2）按照上述方法将连通管、测量尺固定好。

（3）按要求向连通管中注好水。

（4）闸门完全关闭，用水准仪读取水准尺数值作为基准值，在闸门闸位计中进行0开度标定。

（5）开动启闭机将闸门启升到合适的高度，读取水准尺上升的数值，将该数值与闸门关闭时的基准数值进行对比，得出闸门上升开度值，在闸位计中标定相应的闸门开度值。

（6）再启升闸门至合适位置，然后读取水准尺上升数值，再与闸门关闭时数值进行比较，再得出闸门开度值，在闸位计中标定相应的闸门开度值。

（7）重复上述步骤，至少标定10个闸门开度值，完成闸位计应有的标定。

5 两种测量方法的优劣比较

5.1 水准尺、水准仪法闸门开度标定

必须由专业测量人员站立到闸门顶部，将水准尺安放在闸门顶部，再通过水准仪读取闸门顶部水准尺读数，通过计算得出闸门启升的高度，然后进行闸门开启高度标定，此方法存在以下弊端。

（1）直接测量的是闸门顶部启升的高度，弧形闸门在旋转提升的过程中，闸门顶、底点存在一定的误差，闸门开启的高度越大，其偏差一般也越大，因此用闸门顶部启升的高度替代闸门底部开启的高度存在一定的误差。

（2）测量人员站在闸门顶部扶测量尺，由于闸门顶部距底坎堰面至少有12.1 m高，并且人员站在闸门顶部无处依靠，自身处于非常危险状态。

（3）扶水准尺人员站在闸门顶部属于高空作业，一般都处于极度紧张状态，因此水准尺很难达到很稳定的状态，尺根工作点经常发生位移，导致读取数据存在较大误差。

（4）每次调整闸门高度，扶测量尺人员需要自闸门顶部回到闸墩处休息，调整完闸门开度后，需要再次攀爬到闸门顶部工作，劳动强度大，并且无法保证将水准尺完全放置在同一点，影响数据读取精度。

（5）由于受水准尺高度限制，水准仪放置位置受闸墩限制，因而测量闸门开启高度也受一定限制，无法测量到闸门全部开启开度。

（6）测量精度只能达到厘米级。

5.2 水准尺、连通管法闸门开启高度标定

（1）此方法直接测量的是闸门底部启升的高度，有效避免了测量闸门顶部启升高度所形成的误差。

（2）测量人员不需要站立到闸门顶，有效提高了工作的安全性。

（3）在测量过程中，连通管中水面无人为因素干扰，直接读取数值提高了精确度。

（4）连通管固定好以后，连通管测量系统不再需要操作，即可直接读取数据，极大的减轻了测量人员的劳动强度，提高了工作效率。

（5）闸门开启高度测量不受其它因素限制，可以测量闸门最大开高，提高了数据的全面性。

（6）测量精度能达到毫米级。

6 应用效果

大黑汀水库管理处主坝溢洪道弧形闸门开启高度标定，采用水准尺、水准仪法标定后，通过放水流量对比存在少许误差。改用水准尺、连通管法标定后，经日后多次的开闸放水证实，开高和下游流量对比基本没有误差。

7 结论

水准尺、连通管法测量垂直高度应用广泛，例如：垂直位移监测中的静力水准监测。该方法用于弧形闸门开度标定，具有测量精度高，方法简单实用的优点，值得推广。