复合型喷水掺气动力耙在沿海闸下港道的清淤效果及其分析

陆体成 周俭华

（盐城市四港港道监测管理所，江苏盐城 224057）

1 概况

江苏沿海淤泥质海岸带长达580 km，共建有挡潮闸100 余座，担负着我省沿海及里下河地区29438 km2的挡潮、蓄淡、排涝等任务。工程建成以来，为保障人民生命财产安全和国民经济的持续发展发挥了重要作用。挡潮闸建成后，改变了水流与泥沙运动的平衡关系，造成港道淤积。里下河地区主要排水通道“四大港”的淤积尤为严重。闸下港道严重淤积，直接削弱了挡潮闸的排涝能力。沿海挡潮闸排水效能的下降，延长了里下河腹部地区高水位持续时间，加大了洪涝灾害损失。

为预防和减少挡潮闸闸下港道淤积，多年来，研究制定和实施了一系列清淤保港措施，“四大港”闸常用的清淤方法为开闸放水冲淤和机械清淤。1978年、1979年连续两年干旱，射阳河、新洋港两闸下游港道濒临淤死，为加强清淤保港，维持闸下港道排水能力，1979年江苏省水利厅、南京水利科学研究院和清淤工程队联合成功研制掺气耙。掺气耙在清除浮淤时，工效较高，但在清除高密度板结淤土时，三角齿耙依靠自重被动入土，耙具时常在河底打滑，掺入的高压气体难以使板结土块悬浮，清淤效率较低。

针对目前沿海挡潮闸港道清淤机具效率偏低、适应性差，不能常年施工作业等状况，需要变被动清淤方式为主动清淤方式，故将被动掺气耙改制成复合型喷水掺气动力耙。其工作原理为：在旋转筒上安装一定数量上的耙齿，耙齿借助于滚筒旋转及清淤船前进运动的联合作用，将泥土切成薄片状，见图1，泥土被运动的耙齿切碎和搅动，在高压空气和水流的作用下上浮，形成悬浮泥浆，随开闸下泄水流输送入海。

图1 复合型喷水掺气动力耙动作机理图

2011年，由于里下河地区干旱少雨，挡潮闸长期紧闭不开，斗龙港和黄沙港闸下港道严重淤积，最严重的斗龙港闸口段已淤至▽0.0 m（废黄河基面，下同）以上，闸门无法正常开启。在接到盐城市防办的清淤指令后，盐城市四港港道监测管理所派出3 艘清淤船赴斗龙港闸下港道进行清淤。3 艘清淤船中，有2 艘为掺气耙清淤船，1 艘为复合型喷水掺气动力耙清淤船。复合型喷水掺气动力耙清淤船的主要任务是迅速在近闸段开挖深槽，因长期淤积，闸口段淤积层较为板结，复合型喷水掺气动力耙发挥了较强的优势，顺利地扩宽了闸口段的断面，保证了汛期排水的畅通。经功效测试，3 艘船在斗龙港闸下施工运行796 船时，清淤25 万m3，工效达314 m3/h。

2 清淤方法与过程

现以2011年斗龙港闸下港道清淤施工为例，简述复合型喷水掺气动力耙清淤船的清淤方法。

2.1 清淤初期

因闸下港道1 km 范围内河床已基本淤至▽0.0 m 以上，闸门无法正常启闭，开闸放水时水量少，流量小，对淤积泥沙的冲刷能力有限。在这种施工条件下，利用复合型喷水掺气动力耙清淤船在闸室处进行定点清淤时，放缓清淤船行进速度，重点清除闸门处的淤积泥沙，使闸门能最大限度地开启，保证上游来水快速下泄，提高排涝及冲刷能力。另外，因开闸时闸下港道水深较浅，无法满足清淤船的施工条件，所以，2 艘掺气耙清淤船在高平潮后退潮阶段进入施工段进行清除浮土施工，以扩大过水断面。本阶段运行452.75 船时，清淤12.598 万m3，平均清淤工效278 m3/船时。

2.2 清淤中期

经过前期的施工，闸室处淤积已大幅减少，此时使用复合型喷水掺气动力耙清淤船进行拓深河槽施工。利用动力耙的旋转切割功能，清除河槽内的板结淤土，并使河槽两侧形成陡坎，再利用掺气耙清淤船紧贴河槽侧施工，使河槽侧的淤泥在下泄水流及掺气耙清淤船的拖淤作用下不断倒塌，并随水流下排入海。本阶段运行233.50 船时，清淤9.306 万m3，平均清淤工效398 m3/船时。

2.3 施工后期

经过清浮淤及拓浚河槽施工后，闸下港道断面基本已达到设计断面标准，但是由于掺气耙拖淤船一般只能沿直线行驶，部分河段断面底角会出现超挖或欠挖，此时利用GPS进行定位，在欠挖段用复合型喷水掺气动力耙清淤船定点清淤，使断面达到设计标准。本阶段运行110.83 船时，清淤2.868 万m3，平均清淤工效258 m3/船时。

3 清淤的成本与效率

在2011年度斗龙港闸下港道清淤施工中，复合型喷水掺气动力耙清淤船发挥了较大的作用，及时扩大近闸段河床断面及开挖河槽，使得闸下港道断面迅速扩大，保证了闸上涝水的及时下排。整个施工过程中，复合型喷水掺气动力耙清淤船共计运行270 船时，清淤7.56 万m3，平均工效280 m3/船时。分时清淤成本及效率见表1。

表1 分时清淤成本及效率明细表

表2 掺气耙同复合型喷水掺气动力耙的比较

4 功能比较分析

目前，盐城市四港港道监测管理所所属6 艘清淤船，有5 艘配备掺气耙，1 艘配备了复合型喷水掺气动力耙。通过使用及效果分析，两种耙具各有优势，见表2。

5 结语

掺气耙在江苏沿海已使用30 多年，为清淤保港事业作出了贡献，目前处于清淤保港机具的领先行列。但其清淤工效仍然不高，需要清淤水源配合，特别是难以适应板结河床清淤的弱点日趋明显，因此，对其进行改进革新和更新换代非常必要。复合型喷水掺气动力耙虽做了一定程度改进，增强了在某些工况下的适应能力，提高了清淤施工工效，但仍存在一些问题，需在以后的工作实践中进一步加以改进，使之能在沿海闸下港道防淤减淤工作中起到更大的作用。