柳 斌 孫 松 傅 金

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100)

按照“三精”(精密化監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)化調(diào)度、精細(xì)化管理)管理要求，三河閘以工情、水情、雨情精密監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，泄洪流量精準(zhǔn)調(diào)度為關(guān)鍵，助推水利工程運(yùn)行管理方式不斷提檔升級(jí)。通過調(diào)查相關(guān)資料，2020年及2021年上半年，三河閘現(xiàn)場(chǎng)測(cè)流共95次，其中調(diào)度指令流量與實(shí)測(cè)流量相差不大于5%的合格次數(shù)為67次，合格率為70.5%，距精細(xì)化管理要求仍有差距。當(dāng)流量控制不滿足精準(zhǔn)度要求時(shí)，需再次調(diào)整閘門，效率低下且影響調(diào)度指令執(zhí)行時(shí)效。根據(jù)主管部門要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)定流量精準(zhǔn)控制合格率的目標(biāo)值為87.0%。

1 工程概況

三河閘位于江蘇省淮安市洪澤區(qū)與盱眙縣交界處，洪澤湖東南角，是淮河入江水道的控制口門，是我國(guó)建國(guó)初期自主設(shè)計(jì)和施工的大型水閘，是淮河流域防汛抗旱骨干工程。三河閘閘身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘孔凈高6.20m，每孔凈寬10.00m，共63孔，總寬697.75m，底板高程7.50m(廢黃河零點(diǎn)高程，下同)。閘門為鋼結(jié)構(gòu)弧形門，每孔設(shè)有QHM2×100kN卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)1臺(tái)。三河閘按洪澤湖蔣壩水位16.00m設(shè)計(jì)、17.00m校核，設(shè)計(jì)流量12000m3/s。

自1953年7月26日建成放水以來，三河閘已累計(jì)泄洪1.29萬(wàn)億m3，極大地緩解了下游地區(qū)防洪壓力，充分發(fā)揮了淮河骨干工程作用。

2 原因分析

2.1 流態(tài)影響分析

為分析三河閘流量精準(zhǔn)控制不合格產(chǎn)生的原因，對(duì)實(shí)測(cè)流量與調(diào)度指令流量(堰流時(shí)調(diào)度指令流量采用流量關(guān)系查線流量值)相差大于5%的不合格數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查，其中淹沒孔流不合格次數(shù)為19次，占不合格次數(shù)的67.9%，是流量精準(zhǔn)控制不合格的主要問題(見表1)。

表1 三河閘流量精準(zhǔn)控制不合格調(diào)查

2.2 問題癥結(jié)分析

三河閘于1953年建成放水，擁有近70年的水文觀測(cè)資料，水位差ΔZ-開度e-流量Q關(guān)系經(jīng)長(zhǎng)期率定，穩(wěn)定可靠。三河閘為平底弧形門，根據(jù)規(guī)范淹沒孔流流量計(jì)算公式見式(1)[1]。根據(jù)流量公式，影響流量偏差的主要原因?yàn)殚l門開度、上下游水位等。

(1)

式中Q——泄洪流量，m3/s；

μ1——淹沒孔流流量系數(shù)；

n——開啟孔數(shù)；

b——單孔閘門凈寬，m，為10m；

e——閘門開啟高度，m；

ΔZ——上下游水位差，m。

為進(jìn)一步分析流量精準(zhǔn)控制不合格的問題癥結(jié)，對(duì)淹沒孔流流態(tài)下不合格數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，“閘門開度偏差”不合格的次數(shù)為14次，占不合格次數(shù)的73.7%，是淹沒孔流精準(zhǔn)控制不合格的癥結(jié)所在(見表2)。

表2 淹沒孔流精準(zhǔn)度不合格調(diào)查

3 主要影響因素確認(rèn)

三河閘閘門啟閉已完全實(shí)現(xiàn)電氣化操作，閘門開度采用閘位編碼器讀數(shù)值。從組成分析閘門開度偏差原因，繪制形成閘門開度偏差原因分析系統(tǒng)圖，得出閘門開度偏差末端原因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)責(zé)任未落實(shí)到位、教育培訓(xùn)不到位、計(jì)算公式誤差、職工考核不到位、操作票執(zhí)行不嚴(yán)和未按規(guī)定測(cè)流等6項(xiàng)(見圖1)。

圖1 閘門開度偏差原因分析系統(tǒng)

3.1 養(yǎng)護(hù)責(zé)任落實(shí)情況

通過查看2020年及2021年上半年閘門啟閉機(jī)檢查養(yǎng)護(hù)資料，三河閘啟閉機(jī)檢查養(yǎng)護(hù)責(zé)任人已落實(shí)，并根據(jù)《三河閘卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)檢查養(yǎng)護(hù)規(guī)程》要求，每周開展1次日常檢查，每次操作前進(jìn)行運(yùn)行檢查，汛前、汛后各開展1次定期檢查，未影響流量精準(zhǔn)控制。

3.2 教育培訓(xùn)情況

通過查看2020年職工教育培訓(xùn)資料，三河閘閘門運(yùn)行工包括高級(jí)技師2人、技師4人、高級(jí)工5人，養(yǎng)護(hù)人員均持證上崗，年度繼續(xù)教育均達(dá)到90學(xué)時(shí)，培訓(xùn)率100%，未影響流量精準(zhǔn)控制。

3.3 計(jì)算公式誤差

現(xiàn)場(chǎng)抽查實(shí)測(cè)了15～20號(hào)閘門開度，并與閘門監(jiān)控系統(tǒng)高度指示讀數(shù)進(jìn)行對(duì)比。采用激光測(cè)距儀測(cè)量，每個(gè)開度檢測(cè)閘門底部左、右2個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位測(cè)量2次，實(shí)測(cè)開度取平均值。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，閘門高度指示裝置讀數(shù)與實(shí)測(cè)開度偏差在9～39cm，偏差率在10%左右，對(duì)三河閘流量控制精準(zhǔn)性影響重大。

3.4 職工考核不到位

通過對(duì)2020年及2021年上半年職工考核情況進(jìn)行調(diào)查，管理所對(duì)職工按時(shí)開展平時(shí)考核和年終考核，考核結(jié)果合格率100%，未影響流量精準(zhǔn)控制。

3.5 操作票執(zhí)行不嚴(yán)

對(duì)2020年三河閘閘門啟閉操作票執(zhí)行情況進(jìn)行調(diào)查，閘門啟閉操作25次，其中執(zhí)行調(diào)度20次，其他5次，閘門啟閉操作票執(zhí)行率100%，啟閉記錄填寫率100%。閘門啟閉均嚴(yán)格按照調(diào)度指令及操作票要求進(jìn)行，紀(jì)錄填寫完整準(zhǔn)確，未影響流量精準(zhǔn)控制。

3.6 未按規(guī)定測(cè)流

對(duì)2020年三河閘測(cè)流情況進(jìn)行調(diào)查，三河閘2020年測(cè)流78次，精度滿足要求。根據(jù)上年測(cè)流數(shù)據(jù)，每年年初組織對(duì)三河閘流量-水位-開度關(guān)系曲線進(jìn)行修正，未影響流量精準(zhǔn)控制。

綜上所述，經(jīng)對(duì)以上6條末端原因進(jìn)行分析調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，確認(rèn)“計(jì)算公式誤差”為三河閘閘門開度偏差的主要原因。

4 采取的措施

為解決計(jì)算公式誤差引起的流量控制偏差，設(shè)定對(duì)策目標(biāo)為：實(shí)測(cè)開度與閘位編碼器讀數(shù)誤差不大于3cm。

4.1 轉(zhuǎn)換公式推導(dǎo)

為了查清閘門閘位指示編碼器數(shù)據(jù)與閘門實(shí)際開度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，首先研究分析弧形閘門垂高與弧高之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)閘門底從A點(diǎn)開啟到A′，根據(jù)幾何關(guān)系可得閘門開度與弧長(zhǎng)關(guān)系公式為式(2)、式(3)[2](見圖2)。

圖2 三河閘弧形閘門弧長(zhǎng)垂高轉(zhuǎn)換示意

(2)

(3)

式中e——閘門垂直開啟高度，m；

R——弧形閘門臂長(zhǎng)，m，為6.50m；

φ——關(guān)閘時(shí)閘門底至弧心連線與底板水平線之間夾角，為常數(shù)；

α——弧形閘門轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；

l——閘門轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)，m。

其次，分析閘門轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)與閘位指示編碼器讀數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。閘位開度編碼器固定于傳動(dòng)軸軸向側(cè)邊，啟閉閘門的鋼絲繩纏繞固定于卷筒上，根據(jù)啟閉機(jī)的傳動(dòng)關(guān)系，可得弧長(zhǎng)與編碼器讀數(shù)關(guān)系公式為式(4)。

(4)

式中p——編碼器讀數(shù)；

K——編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)一周的數(shù)值，為常數(shù)；

n——啟閉機(jī)的傳動(dòng)比，為常數(shù)。

綜合式(2)、式(3)和式(4)關(guān)系，最終得到閘門開度與閘位開度讀數(shù)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換關(guān)系公式為式(5)。

(5)

4.2 轉(zhuǎn)換公式固化

在研究查清閘門閘位指示編碼器讀數(shù)與閘門實(shí)際開度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系后，對(duì)現(xiàn)地閘門控制柜和工控機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件中編碼器讀數(shù)與閘門開度轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行更新，將準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換公式固化于系統(tǒng)軟件中。轉(zhuǎn)換公式更新后，現(xiàn)場(chǎng)抽查了1～5號(hào)孔開度，其中1～4號(hào)孔閘位編碼器讀數(shù)與閘門實(shí)測(cè)開度偏差在0～3cm，但5號(hào)閘門偏差為3～6cm，仍不滿足設(shè)定的目標(biāo)要求。

4.3 下限位調(diào)整

在對(duì)可能導(dǎo)致閘門開度偏差的非要因的進(jìn)一步梳理中，發(fā)現(xiàn)5號(hào)閘門在下限位時(shí)啟閉機(jī)鋼絲繩未處于拉緊狀態(tài)，閘門從閉門狀態(tài)開啟的初始階段，閘位編碼器讀數(shù)雖變動(dòng)至5cm，但閘門實(shí)際開度一直為0。

針對(duì)下限位存在的問題，對(duì)全閘63臺(tái)啟閉機(jī)下限位進(jìn)行全面排查，對(duì)不滿足要求的啟閉機(jī)下限位進(jìn)行逐一調(diào)整。主要控制要點(diǎn)為當(dāng)閘門處于下限位閉門狀態(tài)時(shí)，閘位編碼器讀數(shù)為0，同時(shí)鋼絲繩處于拉緊狀態(tài)。調(diào)整后，5號(hào)閘門實(shí)測(cè)開度與閘位編碼器讀數(shù)偏差縮小至0～3cm，滿足設(shè)定目標(biāo)，成功地解決了閘門開度偏差問題(見表3)。

表3 三河閘5號(hào)閘門開度偏差對(duì)比 單位：m

5 運(yùn)行效果

對(duì)策實(shí)施后，2021年7月至2021年11月對(duì)三河閘流量精準(zhǔn)控制的合格率進(jìn)行效果檢查，共實(shí)測(cè)流量74次，實(shí)測(cè)流量與調(diào)度指令流量相差大于5%的不合格次數(shù)為5次，合格率93.2%，大幅提升了閘門精準(zhǔn)控制的合格率，達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)值，滿足江蘇省水利廳“精準(zhǔn)調(diào)度”及上級(jí)主管部門關(guān)于流量精準(zhǔn)控制的要求(見表4、圖3)。

圖3 目標(biāo)完成對(duì)比柱狀

表4 三河閘流量精準(zhǔn)控制合格率效果檢查調(diào)查

6 結(jié) 語(yǔ)

三河閘圍繞工程管理現(xiàn)代化的總目標(biāo)，按照“精密化監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)化調(diào)度、精細(xì)化管理”的管理要求，通過本次問題的研究與實(shí)踐，將科學(xué)管理方法與水利工程方面的專業(yè)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，以工情、水情、雨情精密監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，泄洪流量精準(zhǔn)調(diào)度為關(guān)鍵，對(duì)提高工程管理水平起到了積極的推進(jìn)作用。活動(dòng)成果可為類似大型水閘流量精準(zhǔn)控制提供借鑒。