齊峰

摘 要：耙吸船具有自航、自行作業(yè)的優(yōu)點，可以在無其他設(shè)備配合下完成疏浚作業(yè)。應(yīng)用廣泛。為了進一步研究耙吸船裝艙效率的影響因素，本文以廣州港某進港航道為實例研究對象，結(jié)合實例工程的實際疏浚作業(yè)數(shù)據(jù)，分析滿艙后裝艙效率的影響因素。最后，結(jié)合實例工程在2019-2020年多組實測樣本數(shù)據(jù)，得到了在不同進艙泥漿密度下，耙吸船裝艙效率與流量大小的關(guān)系曲線。

關(guān)鍵詞：耙吸船;疏浚作業(yè);裝艙效率;小波函數(shù)去糙

1 研究背景及實例工程概況

1.1 研究背景

航運是國際貿(mào)易的重要途徑和運輸手段，隨著航運集中化、船舶大型化、裝載高效化的趨勢不斷發(fā)展，對近海港口、航道的吃水要求越來越高。近海航道由于邊界不固定，受到潮汐、洋流、風浪、內(nèi)河河口排入等多重影響，海床演變復(fù)雜，深航槽不易穩(wěn)定，航道普遍呈快速回淤狀態(tài)，需要定期疏浚。在目前常用的疏浚類型中，耙吸船由于具有自航能力，且具備自行完成挖泥、運輸、卸載等作業(yè)，是疏浚作業(yè)中常用的作業(yè)形式?；诎椅谑杩I(yè)務(wù)中的高占有率，因此，加強對耙吸船施工數(shù)據(jù)的搜集、分析，研究耙吸船裝艙效率的影響因素，對于優(yōu)化耙吸船作業(yè)形式，提高生產(chǎn)效率具有十分重要的作用。

1.2 實例工程概況

廣州港位于珠江三角洲地區(qū)的中心，是世界十大港之一;是整個南中國海上的海上運輸中轉(zhuǎn)樞紐和航運龍頭港區(qū)。目前，廣州港內(nèi)包括有珠海、虎門、廣州內(nèi)港、新沙等9個港區(qū)。實例工程為廣州港沙角和燕門之間的進港航道（伶仃航道），位于廣州灣內(nèi)。綜合中山港進港航道外側(cè)潛堤、南中國海與臺灣海峽風浪及潮波影響，工程處洋流特點復(fù)雜，海床演變劇烈，長期需要進行疏浚處理。目前工程海域基本選擇耙吸船作為疏浚作業(yè)方式（占區(qū)域疏浚次數(shù)的83.5%，占區(qū)域總疏浚量的65.9%）。

2 影響因子分析

2.1 與耙頭挖掘能力相關(guān)的敏感因子

主動因素包括耙齒的類型、數(shù)量和角度等。對于實例工程中需要疏浚的海床淤泥，疏浚土的運輸性能和裝載效果主要由泥漿泵工作性能、泥漿回路布設(shè)特性等因素綜合決定。在選擇船型和設(shè)備時，耙吸船設(shè)備與疏浚作業(yè)效率有關(guān)的特性因子，包括諸如泥漿泵特性、耙頭的尺寸、管路動力性能、泥漿罐設(shè)置區(qū)域、泥漿罐具體尺寸、裝載形式（前、后、四角）、溢流裝置，這些因子都有成熟的設(shè)計思路和固定搭配，不容易進行調(diào)整。其他的一些因素，比如土的性質(zhì)、水溫、土壤孔隙率、內(nèi)摩擦角等因素則無法人為確定。

此時，影響儲罐運輸和裝載的可控主動因素是疏浚總量、泥漿罐的總?cè)莘e、泥漿泵工作效率、耙深、船體吃水和潮位，被動因素是泥漿泵真空度、泥漿濃度和流量。

2.2 與輸送和裝艙相關(guān)的敏感因子

根據(jù)以往實踐經(jīng)驗，泥泵的工作能力、泥漿輸送路徑、輸送管路孔徑等因素是決定疏浚效率（包括裝艙速率、泥漿輸送速度）的核心因子。

在實例工程中，實際作業(yè)的耙吸船均是由施工單位進行定額配置;因此耙吸船的船機設(shè)備不容易進行調(diào)整。同時考慮到疏浚區(qū)域土質(zhì)性能（比重、中值粒徑、水溫、土壤孔隙率、內(nèi)摩擦角）都不受人為主觀意愿決定。因此，主觀可改變的敏感因子主要包括：疏?？偭俊δ嗯摰娜萘?、泥漿濃度（被稀釋程度）、泵的真空程度、潮位高低、泵的工作功率等等。

3 實測數(shù)據(jù)處理

3.1 時滯誤差消除

根據(jù)耙吸船的作業(yè)原理，在耙頭進行吸泥作業(yè)后，在被吸入的泥漿到達真空讀數(shù)器安裝位置處以后，真空讀數(shù)器才能進行工作、讀數(shù)。根據(jù)施工單位配置在實例工程區(qū)域各主要型號耙吸船的吸泥管路設(shè)計，管路長度和縱坡降有一定差異，吸入泥漿真空讀數(shù)常常有12～25秒鐘的延遲滯后。為進一步消除時間滯后對讀數(shù)誤差的影響，需要進行時滯誤差消除處理，如圖1所示。

3.2 傅里葉小波函數(shù)去糙

傅里葉小波函數(shù)去糙的核心思想是通過頻率誤差分析，去除由儀器自身噪聲（頻率振動）引起的讀數(shù)影響。傅里葉小波函數(shù)去糙步驟如下：

（1）信號的小波分解。首先需要明確小波共有多少頻數(shù)N;然后對N頻小波進行分解。小波包分解算法即由求在子空間和中，即：

4 滿艙后裝艙效率的直接影響因素分析

根據(jù)以往工程經(jīng)驗，可把泥漿裝艙細分成如下幾個階段。

在第一階段，進入泥漿池的泥漿不會從泥漿池溢出，并且大部分挖出的疏浚土顆粒會沉淀在泥漿池中。第一階段從耙頭開始吸入泥漿作業(yè)開始，到吸入泥漿的液面曲線頂高程與溢流桶桶高相同。

當污泥的液位到達溢流表面時，溢流現(xiàn)象開始，裝料過程進入第二階段。淤泥池中沉淀了疏浚土顆粒，上泥中的小顆粒以懸浮、移動和層移動的形式懸浮或移動在艙中的泥面上。由于溢流桶內(nèi)泥漿會持續(xù)進行沉淀，導致上部流態(tài)密度小，下部流態(tài)密度逐漸增大。同時后進入溢流桶的泥漿密度也將大于艙內(nèi)上層泥漿的密度。進入船艙的泥漿流向溢流口，在時，大顆粒沉降。進入駕駛室的泥漿中的空氣含量應(yīng)盡可能小，以避免泥漿中氣泡的垂直移動而妨礙沉積。泥漿流速也應(yīng)在合理范圍內(nèi)盡可能低，以減少泥漿罐中泥漿流體的湍流，使更多的土壤顆粒沉降下來。因此在疏浚不易沉降的小顆粒（粒徑小于0.1 mm，常以懸浮形式浮于溢流桶表面）時，艙裝滿后，有時尾隨的抽吸船會使用單層裝載。

在第三階段中，泥漿流的形狀改變，槽中的泥漿表面上升，并且泥漿流過泥漿表面的速度非常高。即使最大的疏浚土顆粒也難以沉降，并且淤泥的頂層也被清除，導致溢流損失急劇增加。從第二階段到第三階段的過渡取決于土壤侵蝕狀態(tài)，細粒土的啟動速度較低，因此細粒土的轉(zhuǎn)化比粗粒土快，對于一些非常粗的顆粒，很少達到第三階段。

相對溢流損失也與泥漿管中的泥漿流速成正相關(guān)，因為較大的流速會增加泥漿池中泥漿流場的湍流，而流動的水將攜帶更多的泥漿，沙土和泥漿罐泥漿池中的土壤體積曲線呈下降趨勢。有時耙吸船疏浚一些細顆粒的土壤時，滿罐后的單層施工比雙耙施工更為有效。

在上述兩個公式中。Q2可以根據(jù)溢流桶桶高（泥漿布滿溢流桶后）、自由面高綜合決定。由于在實際裝艙過程中，溢流桶桶高不會改變，為了減小溢流損失，必須增大Q1和C1;并且盡可能減小C2。由于Q1和C2是正相關(guān)關(guān)系，Q1增大則C2必然跟著增大。因此，需要在Q1的增加和C2的下降之間找到最高效的平衡，該平衡點（曲線拐點）就是裝艙效率的最優(yōu)解。

因此，結(jié)合實例工程在2019-2020年多組實測樣本數(shù)據(jù)，可以得到在不同進艙泥漿密度下，耙吸船裝艙效率與流量大小的關(guān)系曲線，見下圖。

5 結(jié)論

為進一步研究耙吸船裝艙效率的影響因素，本文結(jié)合廣州港的實際疏浚作業(yè)數(shù)據(jù)，首先篩選分析了與裝艙效率有關(guān)的敏感因子，在此基礎(chǔ)上，通過時滯誤差消除和傅里葉小波函數(shù)去糙對數(shù)據(jù)進行了處理，進一步提高了實測數(shù)據(jù)的準確性，去除了儀器噪音干擾;最后，對滿艙后裝艙效率的直接影響因素進行了分析，結(jié)合實例工程在2019-2020年多組實測樣本數(shù)據(jù)，得到了在不同進艙泥漿密度下，耙吸船裝艙效率與流量大小的關(guān)系曲線。

參考文獻：

[1]Peerlings P H J，Geers M G D，Borst R D，et al.A critical comparison of nonlocal and gradient-enhanced softening continua[J].international jourmal and structures，2014（38）：7723-7746.

[2]田俊峰，吳興元，侯曉明，等.我國疏浚技術(shù)與裝備“十五”、“十一五”十年發(fā)展回顧[J].水運工程，2015， 25（12）：93-97.