復合型噴水摻氣動力耙在沿海閘下港道的清淤效果及其分析

陸體成 周儉華

（鹽城市四港港道監(jiān)測管理所，江蘇鹽城 224057）

1 概況

江蘇沿海淤泥質(zhì)海岸帶長達580 km，共建有擋潮閘100 余座，擔負著我省沿海及里下河地區(qū)29438 km2的擋潮、蓄淡、排澇等任務。工程建成以來，為保障人民生命財產(chǎn)安全和國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。擋潮閘建成后，改變了水流與泥沙運動的平衡關系，造成港道淤積。里下河地區(qū)主要排水通道“四大港”的淤積尤為嚴重。閘下港道嚴重淤積，直接削弱了擋潮閘的排澇能力。沿海擋潮閘排水效能的下降，延長了里下河腹部地區(qū)高水位持續(xù)時間，加大了洪澇災害損失。

為預防和減少擋潮閘閘下港道淤積，多年來，研究制定和實施了一系列清淤保港措施，“四大港”閘常用的清淤方法為開閘放水沖淤和機械清淤。1978年、1979年連續(xù)兩年干旱，射陽河、新洋港兩閘下游港道瀕臨淤死，為加強清淤保港，維持閘下港道排水能力，1979年江蘇省水利廳、南京水利科學研究院和清淤工程隊聯(lián)合成功研制摻氣耙。摻氣耙在清除浮淤時，工效較高，但在清除高密度板結(jié)淤土時，三角齒耙依靠自重被動入土，耙具時常在河底打滑，摻入的高壓氣體難以使板結(jié)土塊懸浮，清淤效率較低。

針對目前沿海擋潮閘港道清淤機具效率偏低、適應性差，不能常年施工作業(yè)等狀況，需要變被動清淤方式為主動清淤方式，故將被動摻氣耙改制成復合型噴水摻氣動力耙。其工作原理為：在旋轉(zhuǎn)筒上安裝一定數(shù)量上的耙齒，耙齒借助于滾筒旋轉(zhuǎn)及清淤船前進運動的聯(lián)合作用，將泥土切成薄片狀，見圖1，泥土被運動的耙齒切碎和攪動，在高壓空氣和水流的作用下上浮，形成懸浮泥漿，隨開閘下泄水流輸送入海。

圖1 復合型噴水摻氣動力耙動作機理圖

2011年，由于里下河地區(qū)干旱少雨，擋潮閘長期緊閉不開，斗龍港和黃沙港閘下港道嚴重淤積，最嚴重的斗龍港閘口段已淤至▽0.0 m（廢黃河基面，下同）以上，閘門無法正常開啟。在接到鹽城市防辦的清淤指令后，鹽城市四港港道監(jiān)測管理所派出3 艘清淤船赴斗龍港閘下港道進行清淤。3 艘清淤船中，有2 艘為摻氣耙清淤船，1 艘為復合型噴水摻氣動力耙清淤船。復合型噴水摻氣動力耙清淤船的主要任務是迅速在近閘段開挖深槽，因長期淤積，閘口段淤積層較為板結(jié)，復合型噴水摻氣動力耙發(fā)揮了較強的優(yōu)勢，順利地擴寬了閘口段的斷面，保證了汛期排水的暢通。經(jīng)功效測試，3 艘船在斗龍港閘下施工運行796 船時，清淤25 萬m3，工效達314 m3/h。

2 清淤方法與過程

現(xiàn)以2011年斗龍港閘下港道清淤施工為例，簡述復合型噴水摻氣動力耙清淤船的清淤方法。

2.1 清淤初期

因閘下港道1 km 范圍內(nèi)河床已基本淤至▽0.0 m 以上，閘門無法正常啟閉，開閘放水時水量少，流量小，對淤積泥沙的沖刷能力有限。在這種施工條件下，利用復合型噴水摻氣動力耙清淤船在閘室處進行定點清淤時，放緩清淤船行進速度，重點清除閘門處的淤積泥沙，使閘門能最大限度地開啟，保證上游來水快速下泄，提高排澇及沖刷能力。另外，因開閘時閘下港道水深較淺，無法滿足清淤船的施工條件，所以，2 艘摻氣耙清淤船在高平潮后退潮階段進入施工段進行清除浮土施工，以擴大過水斷面。本階段運行452.75 船時，清淤12.598 萬m3，平均清淤工效278 m3/船時。

2.2 清淤中期

經(jīng)過前期的施工，閘室處淤積已大幅減少，此時使用復合型噴水摻氣動力耙清淤船進行拓深河槽施工。利用動力耙的旋轉(zhuǎn)切割功能，清除河槽內(nèi)的板結(jié)淤土，并使河槽兩側(cè)形成陡坎，再利用摻氣耙清淤船緊貼河槽側(cè)施工，使河槽側(cè)的淤泥在下泄水流及摻氣耙清淤船的拖淤作用下不斷倒塌，并隨水流下排入海。本階段運行233.50 船時，清淤9.306 萬m3，平均清淤工效398 m3/船時。

2.3 施工后期

經(jīng)過清浮淤及拓浚河槽施工后，閘下港道斷面基本已達到設計斷面標準，但是由于摻氣耙拖淤船一般只能沿直線行駛，部分河段斷面底角會出現(xiàn)超挖或欠挖，此時利用GPS進行定位，在欠挖段用復合型噴水摻氣動力耙清淤船定點清淤，使斷面達到設計標準。本階段運行110.83 船時，清淤2.868 萬m3，平均清淤工效258 m3/船時。

3 清淤的成本與效率

在2011年度斗龍港閘下港道清淤施工中，復合型噴水摻氣動力耙清淤船發(fā)揮了較大的作用，及時擴大近閘段河床斷面及開挖河槽，使得閘下港道斷面迅速擴大，保證了閘上澇水的及時下排。整個施工過程中，復合型噴水摻氣動力耙清淤船共計運行270 船時，清淤7.56 萬m3，平均工效280 m3/船時。分時清淤成本及效率見表1。

表1 分時清淤成本及效率明細表

表2 摻氣耙同復合型噴水摻氣動力耙的比較

4 功能比較分析

目前，鹽城市四港港道監(jiān)測管理所所屬6 艘清淤船，有5 艘配備摻氣耙，1 艘配備了復合型噴水摻氣動力耙。通過使用及效果分析，兩種耙具各有優(yōu)勢，見表2。

5 結(jié)語

摻氣耙在江蘇沿海已使用30 多年，為清淤保港事業(yè)作出了貢獻，目前處于清淤保港機具的領先行列。但其清淤工效仍然不高，需要清淤水源配合，特別是難以適應板結(jié)河床清淤的弱點日趨明顯，因此，對其進行改進革新和更新?lián)Q代非常必要。復合型噴水摻氣動力耙雖做了一定程度改進，增強了在某些工況下的適應能力，提高了清淤施工工效，但仍存在一些問題，需在以后的工作實踐中進一步加以改進，使之能在沿海閘下港道防淤減淤工作中起到更大的作用。